简而言之，增材制造可使用的材料范围非常广泛且正在迅速扩大，主要分为三大类：聚合物（塑料）、金属和复合材料。虽然塑料最常见，但现在的技术进步已经可以打印从用于医疗植入物的生物相容性钛到用于高温应用的特种陶瓷部件等所有材料。
要理解的最关键概念是，材料的选择与打印工艺的选择密不可分。您选择的不仅仅是一种材料；您选择的是一种材料与工艺的组合，以提供最终部件所需的特定性能。
增材制造中的主要材料类别
增材制造材料根据其化学成分以及用于打印的形式（如长丝、液态树脂或细粉末）来定义。
聚合物（塑料）：最常见的领域
聚合物是迄今为止 3D 打印中使用最广泛的材料，因其多功能性、低成本和易用性而受到重视。它们大致分为两类。
热塑性塑料是指可以多次熔化和固化而不会降解的塑料。这使得它们非常适合基于长丝的打印。常见示例包括：
- PLA（聚乳酸）：易于打印且可生物降解，非常适合快速原型制作和非功能性模型。
- ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：比 PLA 更坚固、耐温性更好，用于手机壳和汽车饰件等功能部件。
- PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）：在强度、耐温性和易打印性之间取得了良好的平衡。常用于机械部件。
- 尼龙 (PA)：以其卓越的韧性、柔韧性和耐用性而闻名，非常适合齿轮、活动铰链和其他高磨损部件。
热固性塑料是液态树脂，在紫外光固化后会永久变硬。它们用于需要极高细节和光滑表面光洁度的工艺中。
- 标准树脂：非常适合制作具有光滑、类似注塑成型的视觉模型和原型。
- 工程树脂：配方具有特定的性能，如高韧性、柔韧性或耐温性，可模仿工程级塑料。
金属：从原型到生产部件
金属增材制造通过制造传统方法无法生产的复杂、轻质和高强度部件，彻底改变了航空航天、医疗和汽车等行业。
这些材料通常以细粉末形式加工。主要示例包括：
- 不锈钢：因其强度、耐腐蚀性和延展性而受到重视。
- 钛：具有卓越的强度重量比和高生物相容性，是医疗植入物和航空航天部件的首选材料。
- 铝：重量轻，具有良好的热性能，用于热交换器和汽车部件。
- 因科镍合金（高温镍基合金）：在极端温度下仍能保持强度，对喷气发动机和火箭部件至关重要。
复合材料：为高性能而设计
复合材料涉及一种基础聚合物（如尼龙），通过短切纤维或连续纤维进行增强，以显著提高其机械性能。
主要优点是实现了高强度重量比，通常可与金属媲美，但重量却轻得多。
- 碳纤维增强聚合物：最常见的复合材料，为夹具、固定装置和最终用途功能部件提供卓越的刚度和强度。
- 玻璃纤维增强聚合物：比碳纤维更具成本效益的选择，比标准塑料在强度和耐用性方面有显著提高。
打印工艺如何决定材料选择
3D 打印机的技术决定了它可以处理的材料类型和形式。这种联系是理解您选择的基础。
熔融沉积成型 (FDM)
这种常见的桌面技术通过逐层挤出熔融的热塑性塑料（如 PLA 或 ABS）长丝来工作。它具有成本效益和多功能性，但分辨率较低。
粉末床熔融 (SLS 和 DMLS)
这些工艺使用高功率激光来熔结或熔化细粉末颗粒。
- 选择性激光烧结 (SLS) 用于聚合物粉末，主要是尼龙。
- 直接金属激光烧结 (DMLS) 用于金属粉末，如钛和铝。
光聚合（SLA 和 DLP）
这些技术使用紫外光源选择性地固化槽中的液态热固性树脂，从而产生具有出色细节和表面光洁度的部件。
理解权衡
选择材料始终是成本、性能和工艺复杂性之间的平衡。没有单一的“最佳”材料。
成本与性能
材料性能与成本之间存在直接关系。一卷标准 PLA 长丝可能花费 25 美元，而相同重量的高性能碳纤维复合材料可能贵五倍。金属粉末的成本则要高出一个数量级。
工艺复杂性和后处理
在 FDM 打印机上使用基本热塑性塑料打印相对简单。相比之下，金属打印需要高度受控的环境、大量的支撑结构以及重要的后处理步骤，如热处理和机械加工，以达到最终所需的性能。
设计限制
材料和工艺的组合会带来设计限制。例如，FDM 打印中对支撑结构的需求会影响表面光洁度，而在金属打印中，必须在设计阶段就考虑到热应力，以防止部件失效。
为您的目标做出正确的选择
您的应用应始终驱动您的材料选择。在决定部件应由什么制成之前，请考虑该部件需要做什么。
- 如果您的主要重点是快速、低成本的原型制作：使用 FDM 技术的 PLA 是验证形状和尺寸最易于使用且最具成本效益的途径。
- 如果您的主要重点是坚固的功能性塑料部件：尼龙、PETG 或碳纤维复合材料等材料为最终用途应用提供了卓越的机械性能。
- 如果您的主要重点是高分辨率细节和平滑的表面：使用热固性树脂进行光聚合（SLA/DLP）是视觉模型或模具图案的理想选择。
- 如果您的主要重点是任务关键型、高强度应用：尽管成本较高，但需要使用钛或不锈钢等材料进行直接金属激光烧结 (DMLS)。
最终，选择材料是决定您的 3D 打印部件的能力、成本和用途的战略决策。
摘要表：
| 材料类别 | 常见示例 | 关键特性 | 典型打印工艺 |
|---|---|---|---|
| 聚合物（塑料） | PLA、ABS、PETG、尼龙 | 多功能、经济高效、易于使用 | FDM、SLA/DLP（树脂） |
| 金属 | 不锈钢、钛、铝 | 高强度、耐热性、轻质 | DMLS、SLM（粉末床熔融） |
| 复合材料 | 碳纤维、玻璃纤维增强 | 卓越的强度重量比 | FDM、SLS |
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