3D打印尼龙PA12材质介绍

魔猴君  知识堂   144天前

尼龙（又称聚酰胺或PA）是一种弹性和坚固的材料，大多数人几乎每天都会接触到它。它用于运动服装，因为它能使纺织品更加结实。它用于行李轮，因为它耐磨。它是汽车的进气歧管和电子产品的外壳，因为它耐用、轻便、耐热。尼龙PA12甚至还具有生物相容性，因此您会发现它被用于骨科产品，如3D打印石膏和支架。

尼龙已被制造商们使用了近一个世纪，它已成为3D打印技术中最熟悉、最可靠的选择，也是增材制造中最常用的塑料，尤其是在公斤销售量方面。

尼龙熔点低，易于加工，但在3D打印中却能产生令人印象深刻的机械性能。这种材料耐化学腐蚀、尺寸稳定、不易产生应力开裂，因此在功能原型、夹具、备件、汽车零件、运动器材等最终使用部件中有着广泛的应用。

在本指南中，魔猴网将重点介绍尼龙变体PA12（相对于PA11或PA6），以及如何和为什么要使用其粉末状3D打印（作为长丝使用的情况要少得多）。但首先，让我们来看看PA12的材料特性。

什么是PA12尼龙？

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

PA12是Polyamide 12的缩写，是一种热塑性聚合物，属于聚酰胺或尼龙家族。它是12-氨基十二烷酸或月桂内酰胺分子的聚合。聚合是小分子（称为单体）连接形成更大、更复杂结构（称为聚合物）的化学过程。

拥有12个分子并不一定会使PA12比PA11或PA6（3D打印中另外两种常见的尼龙）更强，但它确实赋予了PA12一些不同的特性。一般来说，PA6通常因其高强度和刚度而被选用，而PA11则因其柔韧性和耐化学性而被选用。PA12的特性通常介于两者之间，兼顾强度、韧性和耐化学性，是最受欢迎的尼龙。

PA12特性：

强度、韧性和抗冲击性

耐磨

耐化学腐蚀

热稳定性

尺寸稳定性

生物相容性

并非所有PA12都相同

尽管PA12指的是一种特定类型的聚合物，但其配方和性能却有很多不同。不同品牌的PA12可能采用不同的制造工艺，从而影响材料的性能（提示：一分钱一分货）。材料制造商还会添加各种添加剂，以满足特定的性能要求，而且他们的PA12通常都有专有配方。

事实上，你会发现有些材料制造商和供应商并不将他们的尼龙标明为PA12（或PA6或PA11），而是将其命名为专有名称。例如，DuraForm ProX PA和ProX HST都是由3D Systems公司开发的PA12材料，用于其选择性激光烧结3D打印技术。ProX PA是一种食品级尼龙，而ProX HST则是该公司推荐用于高温应用的材料。

PA12的添加剂通常可以提高抗紫外线或耐热性、阻燃性和打印性能。此外，PA12还具有增强功能，如添加碳纤维或玻璃纤维，以提高强度、刚度或尺寸稳定性等机械性能。

使用Sinterit的粉末和打印机打印PA12零件（来源：Sinterit）

典型的PA12具有以下一般特性：

极限拉伸强度最小/最大(MPa)：43/50

拉伸模量最小/最大(MPa)：1550/1850

断裂伸长率最小/最大(%)：15/25

弯曲模量最小值/最大值：1510/1600

部件密度（g/cm 3）：0.9

PA12尼龙有哪些颜色？

PA12通常为灰色或黑色，白色，这是添加颜色的最佳选择。这种材料很容易在后处理中着色，通常使用DyeMansion的着色机，但您也可以简单地涂上油漆。

PA12打印出现的问题

SLS打印中的一个问题称为“橘皮”，这是一种表面光洁度打印伪影，其中光滑平坦的表面看起来粗糙且凹凸不平，通常与层对齐。当您要打印的层的边缘在烧结区域和未烧结区域之间经历热梯度并且它们往往会收缩时，就会发生这种情况。在许多层上，这会导致凹凸不平的伪影。

这通常可以通过在床上更好的热管理或不使用构建区域的整个体积，而是在中间打印更多来解决。

当某些层未完全烧结到先前的层时，分层是一种打印失败。这可能是激光的问题。更换或有时只是清洁光学元件会有所帮助。肮脏的光学器件还可能导致零件强度不如预期。

翘曲，或者当零件偏离模型尺寸时，是热管理的另一个症状。当构建室不允许正常冷却或在构建室仍热时拆开部件包装时，可能会发生这种情况。当打印过程中加热不足时，也可能会发生这种情况，或者您的设计可能具有可变的壁厚或整体太细长。

当某些零件的几何形状导致冷却不均匀时，例如内部夹有粉末的大型零件，可能会出现表面凹坑、凹痕或不规则现象。这也可能是打印床温度过高的症状。

后处理和表面精加工PA12

PA12零件使用DyeMansion的机器染色（来源：DyeMansion）

PA12零件经过3D打印和冷却后，就可以从粉末床中取出了。这可以通过手工或机器完成。未使用的粉末会被吸走、筛选、按所需比例与新鲜粉末重新混合，然后装回机器或储存起来。然后使用刷子、空气喷射器或滚揉机清理部件上多余的粉末。

SLS零件清洁站用于在零件从粉末床上取出后安全地清除零件上多余的PA12粉末。左边是Sintratec，右边是Formlabs的新型Fuse Blast。

PA12可以满足哪些表面光洁度？

PA12从打印机中出来时具有粗糙的表面，这可能适合您的应用。如果不是，您还有其他选择，其中一些可能需要额外的设备。

打磨和平滑：打磨PA12零件的表面可以帮助去除层线并形成更平滑的表面。打磨可以手动或使用工具完成。

喷漆和涂层：PA12部件可以喷漆或涂层以添加颜色、提高美观度并提供额外的保护。各种油漆和涂料，包括底漆和透明涂料，都与PA12兼容。

染色：通常对白色或浅灰色PA12进行染色，以便定制零件的颜色。可以使用适合聚酰胺材料的特定染料进行染色。

蒸气平滑：蒸气平滑涉及将PA12部件暴露于蒸发溶剂中，这有助于熔化印刷品的外层，减少层线并形成更平滑的表面光洁度。这可以大批量完成。

PA12易于喷漆（来自Weerg），当蒸汽光滑时（来自增材制造技术），灰色部件呈现出光滑的黑色表面。

热处理：可以对PA12零件进行热处理以提高其机械性能。这可能涉及将部件暴露在高温下一段受控的时间。

插入物和嵌入：金属插入物（例如螺纹、磁铁或其他组件）可以在打印期间或打印后嵌入或插入到3D打印的PA12零件中，以添加功能或装配特征。

超声波焊接：为了连接多个PA12零件或组件，可以使用超声波焊接。该方法通过使用高频振动在零件之间建立牢固的结合。

电镀：在某些情况下，PA12零件可以经过电镀工艺来涂上一层薄金属涂层，从而增强其导电性、外观或耐腐蚀性。

缎面抛光：可采用机械或化学抛光方法来提高PA12零件的表面光洁度，降低粗糙度，提高清晰度。

编译整理：ALL3DP