Derzeit gibt es etwa 14 Arten von Materialien, die normalerweise auf 3D-Druckern verwendet werden können, und 107 Arten von Materialien wurden auf dieser Grundlage kombiniert und weiterentwickelt. Die meisten dieser Materialien sind Drähte, Pulver oder viskose Flüssigkeiten.
Die 3D-Drucktechnologie gibt es seit Jahrzehnten. Seit seiner Kommerzialisierung in den 1980er Jahren ist es in der Zerspanung, im Automobilbau und in anderen Branchen weit verbreitet und wurde auch in Branchen wie Bauwesen, medizinische Versorgung, kulturelle Kreativität und Restaurierung kultureller Relikte schrittweise gefördert.
Derzeit gibt es vier Hauptmethoden zum Aushärten und Formen von 3D-Druckmaterialien: Erhitzen, Kühlen, ultraviolette Bestrahlung und Lasersintern. Aus dem Kostenvergleich verschiedener Technologien geht hervor, dass Fused Deposition Modeling (FDM) zweifellos die niedrigsten Gesamtkosten sind, so dass die Popularität relativ hoch ist. Aus der Sicht der Materialien sind die gebräuchlichsten Sicherungsdrähte, und die Materialien sind hauptsächlich ABS, synthetischer Kautschuk, gegossenes Wachs und Polyesterthermoplaste. Neben der wirtschaftlichsten Fused Deposition Modeling (FDM) ist das selektive Lasersintern (SLS) derzeit die genaueste 3D-Drucktechnologie, und viele medizinische Modelle und Luftfahrtmodelle werden mit dieser Technologie gedruckt. Aus den aktuellen praktischen Anwendungen geht jedoch hervor, dass die für den 3D-Druck verfügbaren Verbrauchsmaterialien nicht sehr reichhaltig sind. Obwohl auch die 3D-Drucktechnologie von Knochenmehl, Hydrogel, Zellen und anderen Bio-Tinten als Verbrauchsmaterialien entwickelt und erfolgreich getestet wurde, haben auch die Entfernungs-Großserienanwendungen eine lange Entwicklungszeit.
Aus der Sicht der Materialien werden sie nach ihren Unterschieden in metallische Werkstoffe, biologische Werkstoffe sowie nichtmetallische und nichtbiologische Werkstoffe unterteilt.
1. Hauptmetallmaterialien
1) Titanlegierung ist eines der wichtigsten Strukturmetalle, die vom Menschen entdeckt wurden. Titanlegierungen sind aufgrund ihrer ultrahohen Festigkeit, hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und hohen Temperaturbeständigkeit in verschiedenen Bereichen weit verbreitet. Aufgrund der Eigenschaften des Materials haben Titanlegierungen die Vorteile einer hohen Festigkeit und geringen Dichte, einer guten Entladeleistung, Zähigkeit und einer guten Korrosionsbeständigkeit. Die jährliche Produktion von Titanlegierungen in der Welt hat mehr als 40.000 Tonnen erreicht, und es gibt mehr als 30 Arten von Titanlegierungen. Unter ihnen sind die am häufigsten verwendeten Titanlegierungen TI6AI4V (TC4), TI5AI2.5Sn (TA7) und industrielles Reintitan (TA1 / TA2 / TA3).
Hauptsächlich verwendet in EOS Firma M-Serie, 3D-Systeme Unternehmen SPRO Serie Metallpulver Sinterformanlagen. Wird in der Luft- und Raumfahrt, bei medizinischen Implantaten, in der High-End-Fertigung usw. eingesetzt.
2) Eisen- und Stahlpulver bezieht sich hauptsächlich auf das Aggregat von Eisenpartikeln mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm, die Farbe ist schwarz und der Hauptrohstoff der Pulvermetallurgie. In Bezug auf die Materialeigenschaften ist vollständig reines metallisches Eisen silberweiß. Der Grund, warum Eisenpulver schwarz ist, ist auf die Absorption von Licht zurückzuführen. Stahlpulver hat eine hohe Festigkeit, eine hohe Oberflächenglätte, eine starke Korrosionsbeständigkeit und eine geringe Flexibilität.
Hauptsächlich verwendet in EOS Firma M-Serie, 3D-Systeme Unternehmen SPRO Serie Metallpulver Sinterformanlagen. Für industrielle Fertigung, Modellbau, Konstruktion, etc.
3) Die Verwendung von Aluminiumlegierungspulver im Bereich des 3D-Drucks ist der von Titanpulver und Eisenpulver sehr ähnlich und wird hauptsächlich in SLS-Geräten (Selective Laser Sintering) verwendet.
4) Andere 3D-Druckmetallmaterialien umfassen Gold und Silber, Wolframlegierung, Kupferlegierung usw.
2. Materialien für Biomaterialien
1) Die Biomaterial-3D-Drucktechnologie hat sehr breite Perspektiven in biomedizinischen Bereichen wie regenerative Medizin, Tissue Engineering, Arzneimittelentwicklung und medizinische Hilfsmittel entwickelt. Zu den wichtigsten verwendeten Materialien gehören lebende Zellen, biomedizinische Polymermaterialien und anorganische Materialien. , Hydrogel-Materialien, Polyetheretherketon (PEEK).
2) PEEK ist ein technischer Kunststoff mit ausgezeichneter Leistung, mit hoher Temperaturbeständigkeit, Selbstschmierung, chemischer Stabilität, Strahlungsbeständigkeit und elektrischen Eigenschaften sowie hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die im Maschinenbau und in der Luft- und Raumfahrtfertigung eingesetzt werden können. Im Bereich der Biomedizin verfügt PEEK über eine ausgezeichnete Biokompatibilität. Im Vergleich zu Implantaten aus Metallmaterialien ist sein Elastizitätsmodul näher an dem des menschlichen Knochens, was den Abstand zwischen dem Elastizitätsmodul von Metall und menschlichem Knochen stark reduziert. Die mechanischen Eigenschaften von PEEK-Implantaten können die normalen physiologischen Bedürfnisse des menschlichen Körpers erfüllen, daher ist PEEK ein gutes orthopädisches Implantatmaterial. Im Vergleich zu Metallimplantaten liegt der Elastizitätsmodul von PEEK nahe an dem von kortikalem Knochen. Zweitens kann PEEK Röntgen-, CT- oder MRT-Scans ohne Artefakte übertragen, so dass es einfacher ist, das Knochenwachstum und den Heilungsprozess zu überwachen.
3. Neben Metallen und Biomaterialien umfassen andere Druckmaterialien Kunststoffe, lichtempfindliche Harze, Wachse, Gips, Nylon, Keramik.
1) Kunststoffmaterialien werden auch Harz genannt, das seine Form und seinen Stil frei ändern kann und sehr bequem zu verwenden ist. Im industriellen Bereich sind PP / HDPE / LDPE / PVC / PS als die fünf wichtigsten Allzweckkunststoffe bekannt. Aber im 3D-Druck sind die am häufigsten verwendeten Materialien ABS und PLA. Sie werden hauptsächlich im Maschinenbau, im Modellbau, in der Aus- und Nachbildung, in der Bekleidungstechnik usw. eingesetzt.
2) Lichtempfindliches Harz ist allgemein als UV-härtender schattenloser Kleber oder UV-Harz (Kleber) bekannt. Lichtempfindliche Harze werden im Allgemeinen in flüssigem Zustand gelagert und häufig zur Herstellung von hochfesten, hochtemperaturbeständigen, wasserdichten und anderen Materialien verwendet. Mit dem Aufkommen der SLA-3D-Drucktechnologie wurde dieses Material im Bereich des 3D-Drucks eingesetzt. Traditionelle lichtempfindliche Harze werden in Schmuck, Modelldesign, Maschinenbau usw. verwendet, und hochleistungsfähige lichtempfindliche Harze werden in der großtechnischen Herstellung von Konsumgütern und industriellen Endprodukten verwendet.
3) Der Gefrierpunkt von Wachs ist relativ hoch, bei 38-90 °. Der gebräuchlichste professionelle Wachs-3D-Drucker ist die PROJET 3500-Serie des amerikanischen 3D-Systemhauses. Das 3D-Druckwachs ist ein spezielles Industriewachs. Der endgültige Druckeffekt ist sehr zart, die Oberfläche des Objekts ist glatt und voller Textur, mit guten Details und ausgezeichneter Präzision. Grad, wie in Abb. Wird hauptsächlich in Schmuckguss, mikromedizinischen Geräten, medizinischen Implantaten, Figuren usw. verwendet.
4) Gipsmaterial ist eines der fünf wichtigsten Gelmaterialien, und der Gips, der für 3D-Druckgeräte verwendet wird, ist normalerweise weißes Pulver. Gipspulver wird hauptsächlich als dreidimensionaler Druckdrucker (3DP) verwendet. Die Düse des Bindemittels kann gleichzeitig mit Farbtintenpatronen hinzugefügt werden, und die Farbe wird während des Drucks in das Bindemittel integriert, um das Modell einzufärben, wodurch dieser Prozess zum aktuellsten wird Die ausgereifteste Vollfarb-3D-Drucktechnologie. Wird hauptsächlich für den Modellbau, den Maschinenbau, die Ausbildung und medizinische Versorgung usw. verwendet.
5) Nylonmaterialien werden auch als widerstandsfähiges Rad (PA) bezeichnet. Nylonmaterialien sind in der Regel weiße, sehr feine Pulverobjekte. Die Nylon-3D-Druckprodukte haben die Eigenschaften einer hohen Festigkeit, hohen Präzision, guten Zähigkeit usw. und können einem bestimmten Druck standhalten. Wird häufig in komplexen Modellen, konzeptionellen Modellen, kleinen Modellen, Beleuchtung und funktionaler Produktion verwendet.
6) Keramische Materialien haben eine ausgezeichnete Hochtemperaturleistung, hohe Festigkeit, hohe Härte, geringe Dichte und gute chemische Stabilität, was sie in der Luft- und Raumfahrt, im Automobil, in der Biologie und in anderen Branchen weit verbreitet macht. Entsprechend den verschiedenen Formen keramischer Materialien können verschiedene 3D-Drucktechnologien verwendet werden, um sich zu formen. Gängige Techniken sind wie folgt:
A. Fused Deposition Modeling (FDM), das hauptsächlich Keramikpaste verwendet, um Porzellan für die Betrachtung und Verwendung herzustellen.
B. Stereolithographie Aussehen (SLA) unter Verwendung von Keramikschlamm gemischt mit lichtempfindlichem Harz, der hauptsächlich in Dentalprodukten, Implantaten, Schmuck usw. verwendet wird
C. Selektives Lasersintern (SLS), bei dem keramische Pulvermaterialien verwendet werden, wird diese Technologie aufgrund ihrer relativ geringen Präzision und der hohen Anforderungen an das Pulver nicht häufig eingesetzt.