3D打印尼龍PA12材質介紹

魔猴君  知識堂   347天前

尼龍（又稱聚酰胺或PA）是一種彈性和堅固的材料，大多數人幾乎每天都會接觸到它。它用于運動服裝，因為它能使紡織品更加結實。它用于行李輪，因為它耐磨。它是汽車的進氣歧管和電子產品的外殼，因為它耐用、輕便、耐熱。尼龍PA12甚至還具有生物相容性，因此您會發現它被用于骨科產品，如3D打印石膏和支架。

尼龍已被制造商們使用了近一個世紀，它已成為3D打印技術中最熟悉、最可靠的選擇，也是增材制造中最常用的塑料，尤其是在公斤銷售量方面。

尼龍熔點低，易于加工，但在3D打印中卻能產生令人印象深刻的機械性能。這種材料耐化學腐蝕、尺寸穩定、不易產生應力開裂，因此在功能原型、夾具、備件、汽車零件、運動器材等最終使用部件中有著廣泛的應用。

在本指南中，魔猴網將重點介紹尼龍變體PA12（相對于PA11或PA6），以及如何和為什么要使用其粉末狀3D打印（作為長絲使用的情況要少得多）。但首先，讓我們來看看PA12的材料特性。

什么是PA12尼龍？

由3D Systems的PA12材料制成的零件，稱為DuraForm（來源：3D Systems）

PA12是Polyamide 12的縮寫，是一種熱塑性聚合物，屬于聚酰胺或尼龍家族。它是12-氨基十二烷酸或月桂內酰胺分子的聚合。聚合是小分子（稱為單體）連接形成更大、更復雜結構（稱為聚合物）的化學過程。

擁有12個分子并不一定會使PA12比PA11或PA6（3D打印中另外兩種常見的尼龍）更強，但它確實賦予了PA12一些不同的特性。一般來說，PA6通常因其高強度和剛度而被選用，而PA11則因其柔韌性和耐化學性而被選用。PA12的特性通常介于兩者之間，兼顧強度、韌性和耐化學性，是最受歡迎的尼龍。

PA12特性：

強度、韌性和抗沖擊性

耐磨

耐化學腐蝕

熱穩定性

尺寸穩定性

生物相容性

并非所有PA12都相同

盡管PA12指的是一種特定類型的聚合物，但其配方和性能卻有很多不同。不同品牌的PA12可能采用不同的制造工藝，從而影響材料的性能（提示：一分錢一分貨）。材料制造商還會添加各種添加劑，以滿足特定的性能要求，而且他們的PA12通常都有專有配方。

事實上，你會發現有些材料制造商和供應商并不將他們的尼龍標明為PA12（或PA6或PA11），而是將其命名為專有名稱。例如，DuraForm ProX PA和ProX HST都是由3D Systems公司開發的PA12材料，用于其選擇性激光燒結3D打印技術。ProX PA是一種食品級尼龍，而ProX HST則是該公司推薦用于高溫應用的材料。

PA12的添加劑通常可以提高抗紫外線或耐熱性、阻燃性和打印性能。此外，PA12還具有增強功能，如添加碳纖維或玻璃纖維，以提高強度、剛度或尺寸穩定性等機械性能。

使用Sinterit的粉末和打印機打印PA12零件（來源：Sinterit）

典型的PA12具有以下一般特性：

極限拉伸強度最小/最大(MPa)：43/50

拉伸模量最小/最大(MPa)：1550/1850

斷裂伸長率最小/最大(%)：15/25

彎曲模量最小值/最大值：1510/1600

部件密度（g/cm 3）：0.9

PA12尼龍有哪些顏色？

PA12通常為灰色或黑色，白色，這是添加顏色的最佳選擇。這種材料很容易在后處理中著色，通常使用DyeMansion的著色機，但您也可以簡單地涂上油漆。

PA12打印出現的問題

SLS打印中的一個問題稱為“橘皮”，這是一種表面光潔度打印偽影，其中光滑平坦的表面看起來粗糙且凹凸不平，通常與層對齊。當您要打印的層的邊緣在燒結區域和未燒結區域之間經歷熱梯度并且它們往往會收縮時，就會發生這種情況。在許多層上，這會導致凹凸不平的偽影。

這通常可以通過在床上更好的熱管理或不使用構建區域的整個體積，而是在中間打印更多來解決。

當某些層未完全燒結到先前的層時，分層是一種打印失敗。這可能是激光的問題。更換或有時只是清潔光學元件會有所幫助。骯臟的光學器件還可能導致零件強度不如預期。

翹曲，或者當零件偏離模型尺寸時，是熱管理的另一個癥狀。當構建室不允許正常冷卻或在構建室仍熱時拆開部件包裝時，可能會發生這種情況。當打印過程中加熱不足時，也可能會發生這種情況，或者您的設計可能具有可變的壁厚或整體太細長。

當某些零件的幾何形狀導致冷卻不均勻時，例如內部夾有粉末的大型零件，可能會出現表面凹坑、凹痕或不規則現象。這也可能是打印床溫度過高的癥狀。

后處理和表面精加工PA12

PA12零件使用DyeMansion的機器染色（來源：DyeMansion）

PA12零件經過3D打印和冷卻后，就可以從粉末床中取出了。這可以通過手工或機器完成。未使用的粉末會被吸走、篩選、按所需比例與新鮮粉末重新混合，然后裝回機器或儲存起來。然后使用刷子、空氣噴射器或滾揉機清理部件上多余的粉末。

SLS零件清潔站用于在零件從粉末床上取出后安全地清除零件上多余的PA12粉末。左邊是Sintratec，右邊是Formlabs的新型Fuse Blast。

PA12可以滿足哪些表面光潔度？

PA12從打印機中出來時具有粗糙的表面，這可能適合您的應用。如果不是，您還有其他選擇，其中一些可能需要額外的設備。

打磨和平滑：打磨PA12零件的表面可以幫助去除層線并形成更平滑的表面。打磨可以手動或使用工具完成。

噴漆和涂層：PA12部件可以噴漆或涂層以添加顏色、提高美觀度并提供額外的保護。各種油漆和涂料，包括底漆和透明涂料，都與PA12兼容。

染色：通常對白色或淺灰色PA12進行染色，以便定制零件的顏色。可以使用適合聚酰胺材料的特定染料進行染色。

蒸氣平滑：蒸氣平滑涉及將PA12部件暴露于蒸發溶劑中，這有助于熔化印刷品的外層，減少層線并形成更平滑的表面光潔度。這可以大批量完成。

PA12易于噴漆（來自Weerg），當蒸汽光滑時（來自增材制造技術），灰色部件呈現出光滑的黑色表面。

熱處理：可以對PA12零件進行熱處理以提高其機械性能。這可能涉及將部件暴露在高溫下一段受控的時間。

插入物和嵌入：金屬插入物（例如螺紋、磁鐵或其他組件）可以在打印期間或打印后嵌入或插入到3D打印的PA12零件中，以添加功能或裝配特征。

超聲波焊接：為了連接多個PA12零件或組件，可以使用超聲波焊接。該方法通過使用高頻振動在零件之間建立牢固的結合。

電鍍：在某些情況下，PA12零件可以經過電鍍工藝來涂上一層薄金屬涂層，從而增強其導電性、外觀或耐腐蝕性。

緞面拋光：可采用機械或化學拋光方法來提高PA12零件的表面光潔度，降低粗糙度，提高清晰度。

編譯整理：ALL3DP