聚氨酯是類似橡膠的材料，全世界約有75％的用途是用於(yu) 硬質和軟質泡沫。應用包括室內(nei) 裝潢，泡沫密封件和墊片，彈性車輪和輪胎，汽車懸架襯套等。

盡管有熱塑性聚氨酯，但大多數聚氨酯是熱固性的，這意味著它們(men) 在加熱時不會(hui) 熔化。在3D打印中，熱固性材料是桶型光聚合技術的領域，該技術使用紫外線來硬化光敏聚合物樹脂。

聚氨酯是通過異氰酸酯（由稱為(wei) 胺的氨的衍生物製成的一類化學物質）與(yu) 多元醇（具有多組氧與(yu) 氫鍵合的有機材料）之間的反應生成的。多元醇有助於(yu) 聚合物的柔韌性，交聯的量決(jue) 定了它的韌性或剛性。

具有低交聯度的長鏈會(hui) 產(chan) 生可拉伸的材料，具有大量交聯鍵的短鏈會(hui) 導致其變硬。具有中間交聯的長鏈產(chan) 生了可用於(yu) 泡沫材料的聚合物。

聚氨酯合成，其中氨基甲酸酯基團NH-（C = O）-O-連接分子單元。

在聚氨酯的生產(chan) 中，異氰酸酯與(yu) 水反應生成氨基甲酸酯和脲鍵。在Carbon的RPU 130（一種剛性聚氨酯）的情況下，這些鍵對於(yu) 所得的物理性能是必需的。

Carbon的材料高級副總裁Jason Rolland向3DPrint.com解釋說：“ RPU 130是一種剛性的雙固化聚氨酯-脲材料。材料中氨基甲酸酯和脲鍵的存在允許發生顯著的氫鍵。這使材料具有很高的韌性以及很高的軟化溫度。”

Carbon的數字光合成（DLS）技術是公司特定形式的數字光投影（DLP），其中將紫外線投射到一桶光敏聚合物樹脂上，並通過使用透氧窗對材料進行連續固化迅速地。此過程可實現各向同性的物理特性，即在零件的所有方向上都相同的特性。

盡管3D打印中使用的大多數光敏聚合物會(hui) 產(chan) 生較弱，較脆的零件，更適合用於(yu) 原型製作，但DLS製成的組件由於(yu) 在打印過程完成後便會(hui) 進行加熱，因此具有工程級的機械特性。

Carbon解釋了它是如何工作的：

Rolland說：“ Carbon開發的雙固化材料，包括RPU 130，是光固化和熱固化化學物質的混合物。” 當樹脂反複暴露在圖案化的紫外線下時，光固化基團在印刷過程中會(hui) 活化並聚合。這使我們(men) 可以在打印過程中精確定義(yi) 零件的形狀。在後烘烤過程中觸發熱活性基團，形成一個(ge) 單獨的聚合物網絡。材料的最終性能由紫外線和熱聚合物網絡決(jue) 定。”

由於(yu) 光敏聚合物的上述問題，從(cong) 曆史上看，它們(men) 不適合通過3D打印進行最終零件生產(chan) 。但是，像Carbon這樣的公司所取得的進步正在改變這一狀況。Carbon告訴3DPrint.com，光敏聚合物的性質導致試圖在衝(chong) 擊強度和熱特性之間取得平衡，而這對熱塑性塑料的阻礙較小。

“紫外線固化材料的主要挑戰是在衝(chong) 擊強度和熱性能之間進行權衡。通常，您需要選擇一個(ge) 。尼龍等熱塑性塑料在平衡這些特性方麵做得更好。RPU 130的獨特之處在於(yu) 它具有很高的衝(chong) 擊強度（在Gardner衝(chong) 擊試驗中大於(yu) 30 J）和很高的熱變形溫度（120 oC），” Rolland解釋說。

“通過RPU 130實現的性能組合使其在增材製造領域具有高度差異性；它是各種應用中ABS，尼龍或聚丙烯等普通熱塑性塑料的理想替代品。使用RPU 130和Carbon的技術證明了可顯著節省成本的小批量汽車零件生產(chan) 。RPU 130潛在的工業(ye) 和消費產(chan) 品應用的其他示例包括用於(yu) 車輛，太陽鏡，工具外殼和設備外殼的風道和製動鉗蓋。”

正如我們(men) 在其他地方所討論的那樣，迫切需要將我們(men) 的塑料生產(chan) 從(cong) 化石燃料來源轉變為(wei) 可再生來源。正在進行大量的研究工作，以尋求開發用於(yu) 3D打印的基於(yu) 植物的光敏聚合物，其中許多具有廣闊的前景。

裝配技術製造商ARaymond打印的3D管道固定器緊固件，用於(yu) 汽車生產(chan) 。圖片由Carbon提供。

在將這些材料擴大到商業(ye) 規模之前，像Carbon這樣的公司正在嚐試使用更多的可再生材料作為(wei) 其材料。羅蘭(lan) 德談到碳素公司的硬質聚氨酯：

“近30％的RPU 130由稱為(wei) Susterra丙二醇的植物性原料組成，該原料是杜邦Tate＆Lyle Bio Products生產(chan) 的玉米原料。這完全符合Carbon在開發新材料時對可持續性原則的承諾。新型聚合物材料創新可以與(yu) 環保原則相結合。RPU 130顯示出增強的材料性能和改善的材料可持續性不一定是相反的目標。

植物來源的原料通常比石油來源的原料具有更低的碳足跡，而Susterra丙二醇（經USDA認證的100％基於(yu) 生物的產(chan) 品）可減少48％的溫室氣體(ti) 排放，並減少來自搖籃的不可再生能源46％。與(yu) 傳(chuan) 統的基於(yu) 石油的替代品相比”。