PA11與PA12：選擇哪種類型的尼龍進行3D打印？

魔猴君  知識堂   206天前

尼龍，也稱為聚酰胺(PA)，是一組常用于3D打印的熱塑性聚合物或塑料。尼龍因其承受強機械應力、耐熱、抗撕裂和耐磨的能力而受到特別贊賞。因此，這種材料經常用于制造耐磨零件，例如汽車和航空航天工業，但也用于醫療領域。3D打印使用多種類型的尼龍，其名稱根據其所含碳原子的數量而有所不同。PA6最常用于FDM打印，而PA11和PA12用于粉末工藝。盡管PA11和PA12的應用領域有重疊，但這兩種塑料還是有一些區別。因此，我們建議您比較這兩種材料并檢查它們各自的屬性、來源、打印要求，最后檢查應用和價格類別。

產地和機械性能

聚酰胺通過命名法進行區分，常見PA代碼后面的數字是碳原子數的函數。因此，PA11和PA12看起來非常接近。然而，這兩種尼龍在很多方面都有所不同，首先是它們的來源和制造。PA12是一種半結晶線性熱塑性塑料，從天然氣或石油中獲得。化學過程可以獲得月桂酸內酰胺，它是制造PA12的起始分子。1963年，Chemische Werke Hüls AG與Emser Werke在多馬特首次推出PA12。從那時起，由單一單體成分組成的均聚物已在許多應用中得到確立。盡管如此，PA12因其起源及其對環境的影響而越來越頻繁地成為爭論的焦點。

PA11是從蓖麻油中提取的，因此被認為是PA12的更環保的替代品。（照片來源：Jellypipe）

為了尋求更大的可持續性和“更綠色”的生產，公司正在轉向具有類似特性的替代材料。這促成了PA11的興起，因為這種聚酰胺的起源是生物性的。PA11由從植物衍生物中獲得的可再生原材料制成。大多數情況下，使用蓖麻油，其本身是通過壓榨非洲奇跡樹“蓖麻”的種子而獲得的。然后通過單體合成將蓖麻油轉化為氨基酸，即11-氨基十一烷酸。隨后單體聚合生成PA11。因此，它的起源與PA6非常相似，并且與其代碼鄰居PA12相去甚遠。盡管PA11由于其生物來源而被認為是更可持續的替代品，但它不可生物降解。與其他聚酰胺一樣，它必須在專門的收集系統中進行分類，然后才能進行回收處理。

盡管PA11和PA12的起源有很大不同，但它們的機械性能相似，這就是為什么它們在工業中經常用于類似的用途。因此，PA11和PA12被認為極其堅固、堅固且耐用，其滑動和磨損行為以及耐化學性令人信服。PA12被認為是所有聚酰胺塑料中最輕的，其特點是其酰胺基濃度低。此外，PA12在低吸水率和密度方面優于其他聚酰胺。盡管PA11對聚酰胺的吸水性也相對較少，但在這方面它無法與PA12競爭。其優點在于其機械性能超過PA12。PA11具有高延展性和優異的抗沖擊性。它具有很高的耐磨性和抗疲勞性，PA11零件具有更高的各向同性。它可承受高達190°C的溫度，但永久溫度在-40°C至125°C之間。成品PA11部件既堅固又靈活、耐用，并具有不透明的彩色啞光表面。我們還在PA12零件中發現了后者。在這兩種情況下，這些碎片都可以被著色。

PA 12（白色）是最輕的尼龍類型，而PA 11（灰色）具有更好的機械性能。（照片來源：Jellypipe）

在使用溫度方面，PA12的表現不如PA11，因為雖然它可以抵抗-50°C–150°C的極端范圍，但其連續使用溫度并不只有50-80°C。與PA11一樣，它也非常耐磨，并且具有很高的抗疲勞性。它耐油脂、油、溶劑、堿和鹽溶液，使得PA12制成的零件非常耐磨且易于焊接和粘合。PA12不僅是最輕的PA，而且也是最耐應力開裂的。盡管PA12的沖擊性能非常好，但仍不能完全與PA11相媲美。與PA11直接比較，PA12在強度和硬度方面也不太達標。這就是為什么PA12經常使用玻璃纖維或碳纖維等添加劑進行增強，以彌補這一缺陷。

這兩種材料通常與織物相容，并且由它們制成的部件適合與人體皮膚接觸。然而，應該提到的是，一些制造商生產的PA12因此可以用于與食品接觸的部件，而PA11則并非總是如此。不過，也有PA11粉末，例如APC-Tec的PA11 Blue，已獲得FDA批準用于食品接觸。

使用PA11和PA12進行3D打印

在3D打印中，PA主要以長絲和粉末形式使用。我們還找到了用于SLA工藝的PA樹脂，它模仿了PA熱塑性塑料的特性。PA長絲最常見的是PA6，它主要以這種形式提供，并且僅在有限程度上以粉末形式提供，這也可能導致加工問題。相比之下，粉末工藝主要使用PA11和PA12。這是通過材料的熱塑性特性來解釋的，因為尼龍特別擅長受熱變形或連接在一起。在這些工藝中，我們會發現選擇性激光燒結（SLS）、多噴射熔融、選擇性吸收熔融（SAF）和高速燒結（HSS）。它們的特點是生產率高，并且未用于零件的粉末可以在一定程度上回收利用。

MJF流程（圖片來源：Hubs）

PA12比PA11更常用于增材制造，因為它的可用性較舊，而且熔點較低。PA12的熔化溫度為175-180°（取決于制造商），而PA11僅在200°左右熔化。這些熔化溫度的差異也解釋了為什么我們不能將粉末混合在一起進行相同的打印。盡管大多數制造商為每種材料提供特定的構建單元解決方案，但粉末加工對這些3D打印工藝來說是一個挑戰。

后處理

無論您選擇哪種PA11和PA12打印工藝，后處理都是必不可少的步驟。因此，在這一點上，材料之間沒有區別，因為兩者都必須執行某些精加工步驟。第一步是除粉，包括從粉餅中取出碎片并用真空吸塵器吸走周圍的粉末。然后可以在一定程度上將其回收用于新的打印批次。不同的工藝可以延長零件的清潔時間（因為零件上總是有一點殘留粉末），并改善表面狀況。在后續步驟中，還可以對PA11和PA12部件進行噴漆或著色。

所有基于粉末的工藝中的一個重要步驟是后處理。（照片來源：Protiq） 

PA11和PA12的應用

這兩種材料屬于同一組塑料，在3D打印過程中有多種應用，但它們的應用領域存在一些重疊。

在醫療領域，只要制造商聲明具有生物相容性，就可以使用PA11和PA12粉末。它們用于制造假肢、矯形器、醫療器械和醫療器械。然而，在醫學領域，PA 11因其生物相容性和靈活性而比PA12更受歡迎，而PA12通常具有更高的電阻。

PA11和PA12常用于假肢和矯形器。（照片來源：EOS）

這兩種材料也用于汽車工業。PA11廣泛用于車輛原型制造和大規模生產的零件。由于其抗沖擊性和耐化學性，它還可用于制造室內（PA11不會分裂）和室外的車輛碰撞部件，例如墊圈、發動機部件和涂層。PA12還用于汽車3D打印，即用于車輛構造，特別是精密管道，包括耐壓和抗震燃油管線。在航空領域，PA11因其耐沖擊、重量輕而被用于3D打印，例如飛機的整流罩和內部結構件。PA12也是制造精密管道的理想選擇，尤其是耐壓和抗沖擊的燃油管線。在汽車和航空航天領域，與PA12不同，PA11因其生產的部件更輕且對能源效率的貢獻而受到贊賞，而PA12的優勢在于其剛性和硬度，適用于需要更高阻力的部件。

體育行業也使用這兩種材料：PA11因其耐磨性（例如用于滑雪覆蓋物和足球鞋鞋底）以及良好的柔韌性而使用。PA12由于其在低溫下具有特殊的機械阻力，可用于冬季運動裝備，例如高山和越野滑雪靴或滑雪固定器。

PA11和PA12也用于運動領域。（照片來源：Prodways/Salomon）

在機械工程、電氣工程或電子以及包裝行業中，這兩種材料都會使用，PA11因其使用壽命而特別受到贊賞，而PA12則因其高韌性而受到特別贊賞。PA12用于制造精密管道和管材，特別是耐壓和耐沖擊的燃油管線以及濕式驅動元件或水下傳動部件（需要高尺寸精度）以及機械結構部件（例如鉸鏈）和齒輪以及絕緣膜。在電氣工程和電子領域，PA11用作電纜、連接器和電子設備外殼的絕緣和保護材料，并且由于其特別長的使用壽命，通常用于高科技應用。

尼龍連接器（照片來源：EOS）

PA11、PA12廠家及價格

一般來說，與PA11相比，PA12通常是尼龍系列中更昂貴的變體，因為目前PA11的需求仍然較低。PA11可以從一些制造商處購買，價格為50歐元/公斤，但從其他制造商處購買的價格為200歐元/公斤。同一類型粉末的價格差異與其是標準粉末還是增強粉末有關。如果我們比較兩種不同材料制造的成品零件的價格，很容易看出PA11批量生產的零件比PA12便宜得多，大約便宜30%，具體取決于生產數量。另一方面，對于生產獨特的零件，使用PA12具有成本效益。

這兩種材料均可從眾多制造商處獲得。在最知名的PA11中，我們發現了EMS-Grivory或法國集團Arkema，后者以RILSAN?PA11名稱銷售PA11。阿科瑪還提供PA12，以前與PA11名稱相同，但現在更名為RILSAMID?，以便更好地區分。PA12也經常以VESTAMID?或VESTOSINT?的名稱在市場上出售。巴斯夫化學集團還提供粉末狀的PA12和PA11。PA12也可以在贏創等制造商中找到，但也可以在3DSystems和Farsoon中找到，它們提供與化學公司合作開發的粉末，但對這些材料開發合作伙伴關系保密。

除了發明更環保的PA11材料外，不同制造商也越來越多地努力使PA12生產更加有機和綠色。例如，德國設備和材料供應商EOS提供PA12作為注塑成型中流行的ABS或PA6塑料的高性能替代品，并不斷提高這種材料的生產效率，例如通過使用可再生能源減少碳足跡。市場上也有添加凱夫拉纖維、碳纖維甚至玻璃珠的聚酰胺粉末。例如，HP提供的這種熱塑性塑料含有40%的玻璃珠，具有很高的回收率。該材料的名稱為HP 3D高可重復使用性PA12玻璃珠。近期，惠普還宣布推出與阿科瑪合作開發的新型PA12粉末，名為HP 3D HR PA 12 S，其重復利用率高達85%，有助于減少浪費。