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2021/10/21
《3D列印養成術 三》5大列印材料大比併、應用知識最終補帖！
《3D列印養成術》系列來到最終回了！3D列印要用什麼材料來印？可以用在什麼項目上？這集給你詳述3D列印常見的五大材料、應用項目，深入了解3D列印的最後一課，開始上課吧！
回顧《3D列印養成術 一》什麼是3D列印？必修基礎大補帖！、《3D列印養成術 二》3D列印的七大技術原理與優缺點
詳述3D列印材料尼龍 PA 12
3D列印材料概述
近年，隨著3D列印市場對材料和機械性能有著不同的特定需求，無形中推動了材料科學的進步，3D列印的材料數量亦因此日益增長，要把所有材料都了解清楚的話，絕非三言兩語可解決的，但我們還是可以就某些材料只針對某種3D列印技術的特點，來進行簡單的概述。
迄今為止，熱塑性和熱固性聚合物是最常見的3D列印材料，但金屬、複合材料和陶瓷也可以進行3D列印。
我們也可以根據材料的特性來進行分類，例如︰價位、耐化學性、溶解性、柔韌性、耐用性、耐熱性、剛性、防水性、抗紫外線等。很多工業都需要應用到耐用的塑料，而尼龍12就是最常見的塑料選擇，另外，大多數的3D列印玩家會使用FDM最常用的PLA或ABS。
以下為你介紹3D列印最常見的5大材料︰
1. ABS
ABS就是樂高積木所使用的塑料，它堅韌、無毒且不易褪色，但ABS會被紫外線輻射分解，會因此褪色並脆化，所以不適合在戶外長期使用。ABS的熔點大約在攝氏220度，它在加熱時會變得柔軟，並會迅速凝固，所以需要一台擁有加熱平台的列印機，以防止列印品黏在列印機上。
ABS具防水和耐化學性，加熱時難免產生難聞的氣味，因此需要良好的通風系統。它適合製作概念和功能模型、以及用在製造業的齒輪、零件生產上。
2. PLA
PLA是一種生物聚合物塑料，由玉米澱粉或甘蔗製成，是可生物降解的材料。PLA的熔點在攝氏180 - 200度之間。
PLA堅韌且富彈性，但不如ABS耐熱，它會在高於攝氏60度時開始變形；它也不防水或耐化學性，在加熱時會有輕微的氣味，但無毒。雖然PLA不是食品安全的材料，而且還有點脆，但有些製造商會添加化學品來製造所謂的「堅韌PLA」，從而創造出不易脆化且更耐高溫的PLA。
跟ABS相比，PLA更容易列印，因此成為低成本3D列印機的首選，並適用於一般製造業的3D列印和彩繪微縮模型。
3. PVA
PVA是一種水溶性聚合物，用來製作固定3D列印品的支撐。它的熔點大約是攝氏200度，在加熱時會釋放出一些化學物質，因此也要注意通風系統。
作為支撐用途的材料，PVA會搭配別的材料一起列印，當列印完成後，把零件浸泡水中，就可溶解PVA的支撐，只留下其餘不溶解的零件，這種方法可以讓需要支撐的複雜模型、或帶有活動零件的模型，變得更容易列印。
4. 尼龍
尼龍最初是用來作為絲綢的替代品，具很高的抗拉強度，其承重力極高且不會斷裂，無毒，熔點在攝氏250度左右。
雖然尼龍在最近才被應用在3D列印的材料中，但因為它生產的列印品堅韌又耐損壞，價格低廉，加上不會被大多數常見的化學品損壞，所以它在各個行業中愈來愈被普及應用。
尼龍需要更高的溫度來列印，而攝氏250度的溫度比許多擠出機都要來得高。與ABS或PLA相比，要讓尼龍黏在列印平台上也比較困難，所以它通常需要加熱平台和白膠才能黏住底座。尼龍適合用來列印食物器具和花盆。
5. TPU
TPU是一種柔韌、耐磨、耐油、耐化學性的熱塑性塑料，非常適合應用於消費性和工業用途的製造(例如汽車行業)。它的熔點大概是攝氏220-250度，因具有良好的層間附著力，在3D列印過程中不易捲曲，所以TPU不需要加熱平台。
TPU耐低溫，可在低溫下保持其彈性，因此不具脆化及難以使用的隱憂；TPU也耐高溫，可承受高達攝氏80度的環境，因此以TPU列印的零件非常耐用。
5大3D列印材料的比較表
| 材料 |
特點 |
適用的製造 |
列印溫度 |
加熱平台溫度 |
列印平台 |
強度
1-5 |
耐受性
1-5 |
伸縮性
1-5 |
列印難易度
1-5 |
| ABS |
堅固耐用 |
零件和外殼 |
230-250°C |
90-95°C |
膠水、藍色膠布 |
3 |
3 |
1 |
3 |
| PLA |
可生物降解的全天然材料 |
模型和產品 |
180-210°C |
20-45°C |
膠水、藍色膠布 |
3 |
2 |
1 |
5 |
| PVA |
可在水中輕鬆溶解 |
水溶性支撐 |
190-210°C |
20-45°C |
膠水 |
2 |
2 |
1 |
2 |
| 尼龍 |
極其耐用、耐磨性 |
高衝擊或高壓力零件 |
255-275°C |
100-110°C |
膠水、PEI |
4 |
5 |
3 |
3 |
| TPU |
柔性聚合物 |
靈活、耐用的零件 |
210-240°C |
20-70°C |
膠水、藍色膠布 |
2.5 |
5 |
5 |
3 |
有關更多3D列印的材料概述，可參閱以下文章︰
3D列印最常用到的PETG和ABS，材質差異一次說清楚！
掌握更好的金屬粉末，給你更優質的金屬3D列印！
「竹」夠潮？環保線材拼出新強度！
塑膠再見！金屬線材上場了，直接把金屬列印出來吧！
3D列印的應用
速度就是模型設計的一切，因此3D列印非常適合應用於模型製作上。對於生產零件來說，速度和價格都很重要，而3D列印既可滿足速度的要求之外，對於單件、小批量生產也非常經濟實惠，但其實3D列印最常被利用的特點，是模型的設計自由和定製的難易度。
醫療3D列印
3D列印在醫療行業上有相當傑出的應用，每年都有不少醫生和科學家利用這個快速成長的科技，研究出各種創新的醫療技術。而3D列印的速度和多功能性，有助於完美開發義肢、植入物，以及病人專用的骨骼、器官和血管複製品等，它還能應用在手術工具、解剖學模型、客製醫療設備等一系列的醫學工具上。
汽車3D列印
不少汽車製造商使用3D列印技術來測試零件的形狀、契合度，以及美學處理，它可製造波紋管、工程複雜的管道，並快速製造複雜且輕便的安裝支架，確保所有的零件都能按預期操作。
3D列印珠寶
許多珠寶設計師都會使用3D列印技術來製作珠寶，因為這個技術能生產非常複雜的設計，完全解決了傳統珠寶製作上的一些技術限制，例如CNC加工、手工製作和脫蠟鑄造。來到數位製造愈來愈發達的今天，貴金屬已可迅速、更實惠地被3D列印成各種圖案和設計。
3D列印有何優缺點？
3D列印對於零件定製和模型製作而言，是一個非常理想的工具，它有一系列的獨特優勢，但在某些方面仍然落後於傳統製造，其主要優點和缺點如下︰
優點︰
- 啟動製作的成本極低
- 製作速度極快
- 可用材料的種類繁多
- 設計自由，無需額外成本
- 每個零件都能輕鬆定製
缺點︰
- 大批量生產的話，成本競爭力較低
- 精度和公差有限
- 通常需要後處理和移除支撐結構
3D列印的未來趨勢
這兩年因為新型冠狀病毒(COVID-19，武漢肺炎)的影響，3D列印業成為數位製造業中跑得最快的一匹黑馬，這項技術的走向愈來愈成熟，也開發了不少嶄新的技術應用，有關它突破性的成長，可詳閱以下文章︰
3D列印市場情緒指數——大環境挑戰愈大，人們創意力愈強
走過挑戰重重的2020年，誰來主宰2021年的3D列印業？〈上〉
走過挑戰重重的2020年，誰來主宰2021年的3D列印業？〈下〉
從《3D列印養成術 一》什麼是3D列印？必修基礎大補帖！、《3D列印養成術 二》3D列印的七大技術原理與優缺點，到本篇的3D列印材料及應用的補帖最終回，你對3D列印有更深入的了解了嗎？歡迎來到DiMan的FB、IG討論你的想法。
所以，現在要下課了嗎？當然不！3D列印的技術及新聞從未有停下腳步的時候，想掌握最新、最夯的技術知識，請繼續密切注意DiMan，讓我們並肩走進數位製造及科技資訊的未來吧！。
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