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3D打印尼龙材料的性能和应用领域

白小令
2020-05-15 19:02:58

一、耐用性尼龙材料的性能

1. 与3D打印材料有关的尼龙的主要性能

 

(1)力学性能。

 

尼龙具有优良的力学性能。其拉伸强度、压缩强度、冲击强度、刚性及耐磨性都比较好,适合制造一些需 要高强度、高韧性的制品。但是其力学性能受温度及湿度的影响较大,其拉伸强度随温度和湿度的增加而减小。尼龙的冲击性能很好.其随温度和吸水率的增大而上升,硬度随含水率的增大而下降。

 

(2)电性能。

 

在低温和干燥的条件下,尼龙具有良好的电绝缘性,但是在潮湿的条件下,其体积电阻率和介电强度均会降低,介电常数和介电损耗也会明显增大。在FDM和SLS工艺打印中均需避免尼龙粉末因摩擦生成静电对打印的干扰。

 

(3)热性能。

 

尼龙属于极性较强的一类高分子材料,分子间可以形成氢键,因此熔融温度比较高,且熔融温度范围比较窄,有明显的熔点。同其他高分子材料相比,尼龙材料的分子量通常较小,因此热变形温度较低,一般在80℃以下。由于多数尼龙的熔融温度远大于热变形温度.导致尼龙的熔体粘度较小。无法满足FDM打印的要求,FDM打审的要求,因此尼龙材料多数采用SLS工艺进行打印。

 

(4) 耐化学药品性能。

 

尼龙具有良好的化学稳定性、结晶性和高的内聚能,不溶于普通的溶剂,由于它能耐很多化学药品,所以不受酸、碱、酮、醇、脂、油脂、润滑油、汽油.盐水及清洁剂的影响。常温下,尼龙溶解于某些盐的饱和溶液和一些强极性溶剂。它还对某些细菌表现出很好的稳定性,因此可以用于一些生物医疗用器械的打印。

 

(5) 其他性能。

 

尼龙耐候性一般,长时间暴露于大气中会变脆,力学性能明显下降,加入碳灰和稳定剂后可以改善其耐候性。 目前通过几个方面的改性有助于提供3D打印尼龙材料的综合性能;降低吸水性;提供尺寸稳定性;提高阻燃性;提高力学性能;改善低温脆性;提高耐磨性;降低成本。

惠普黑色尼龙

 

二、耐用性尼龙材料在3D打印中的应用 耐用性尼龙材料因具有易于加工和上色的优点使其在3D打印领域得到了广泛的应用。

 

目前,3D打印耐用性尼龙材料主要用于制造功能性测试的原型件和不需要工具加工的耐用性成品零件以及满足厂商需求的精密零件的样件。 在3D打印人工骨制造领域,国外起步较早,耐用性尼龙材料在3D打印中的一一个突出用途就在3D打印人工骨制造方面的应用。在3D打印人工骨制造领域,国外起步较早,自20世纪90年代初起便有许多专家学者利用该办法进行合金材料及热塑性高分子材料人工骨的研究工作,大胆地进行了应用尝试,并取得了较满意的效果,展示出该技术巨大的潜在价值和市场前景。Berr等人采用耐用性尼龙材料,应用SLS方法对颅骨三维CT扫描数据进行烧结,得到完整的颅骨模型。此后,耐用性尼龙在该领域得到了越来越广泛的应用。 与ABS等其它高分子材料相比,耐用性尼龙的加工温度稍高,其3D打印制品具有柔软性好,韧性好,机械性能高,收缩率低,耐化学腐蚀能力强,可以耐受大部分的有机溶剂等特点。另外,它的制品韧性高于ABS的制品,冲击强度是普通PLA的10倍以上,断裂伸长率是普通PLA的50倍以上,因此常被应用于高机械强度的零件制造。

惠普灰色尼龙(右)

 

1.耐用性尼龙材料在3D打印中的应用 当前,耐用性尼龙材料在3D打印中的应用主要包括以下几个方面:

(1) 结构复杂的、薄壁的管道(电动工具、航天航空设备)。

(2) 外壳产品。

(3) 叶轮和连接器。

(4) 运动用消费品。

(5) 汽车仪表盘和格窗。

(6) 装配设计。

(7) 接近最终使用的产品性能特征的功能原型件。

(8) 适用于中小体积的快速制造。

(9) 要求适合USP Class VI 或生物适应性标准的医疗应用设备。

(10) 车床加工或用黏合剂黏合而成的零件。

(11) 结构复杂的产品和塑料原型件。

(12) 外观、结构或功能性原型件。

来源:AM

 

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