近年來，塑料的增材製造——尤其是激光燒結已發展成為(wei) 係列生產(chan) 工藝。數百萬(wan) 把睫毛刷和數萬(wan) 副眼鏡架的生產(chan) 就是很好的例子，它們(men) 表明即使是大批量產(chan) 品也可以實現經濟高效的高質量生產(chan) 。激光燒結的一個(ge) 主要優(you) 勢是利用該工藝標準的熱塑性材料可以加工成性能接近注塑成型的高質量零件。盡管激光燒結工藝已經非常成熟，但材料的選擇仍然有限。

■作為(wei) 一種機械性能優(you) 異的耐高溫阻燃材料，PA66為(wei) 激光燒結帶來了新的應用可能性，例如：應用在傳(chuan) 感器支架上（來源：空中客車）

目前市場上的主導產(chan) 品仍然是聚酰胺11（PA11）和聚酰胺11PA12。通過這些聚合物，該工藝已達到了良好的技術成熟度。但是，它們(men) 都不是傳(chuan) 統塑料加工的主要材料。聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）等塑料占據的市場份額明顯更高。即使在聚酰胺產(chan) 品中，PA6和PA66也比PA11和PA12占據更高的地位，成為(wei) 了重要應用中的利基材料。

因此，由於(yu) 缺乏合適的材料，許多重要的應用領域仍然無法實現增材製造。但是，很多令人關(guan) 注的應用領域即將大量應用到增材製造，例如：汽車、航空航天、電子和電氣以及機械工程領域。然而，很多公司對一步到位同時改變材料和製造工藝感到猶豫，因為(wei) 增加製造工藝需要投入的精力太多，沒有更多的精力同時考慮因為(wei) 引入新材料帶來的變量了。因此，許多潛在的係列應用仍然封閉，盡管加工數量和應用領域大體(ti) 上都適合。

PA11和PA12的替代需求

近年來，這些行業(ye) 對此進行了反思。他們(men) 對增材製造進行了開發利用，聲稱在廣泛使用的PA11和PA12方麵有了明顯的突破。這一趨勢的焦點是利用該領域常用的材料進行增材製造。因此，人們(men) 對增材工藝需要更多原料的呼聲越來越高。

但是，用於(yu) 激光燒結或粉末床熔融的材料的開發通常非常複雜。用料要求和製造部件的要求都基於(yu) 注塑成型的參考材料。然而，這兩(liang) 種工藝在所需材料的特性方麵有著根本的不同，甚至與(yu) 這些要求相反。

注塑成型需要快速凝固和短結晶時間，而這會(hui) 使激光燒結加工複雜化。此外，熔融和結晶之間需要一個(ge) 較寬的加工窗口，而這隻有少數半結晶材料能夠提供。其他難題還包括缺乏輔助成型的工藝壓力以及難以生產(chan) 具有良好流動性和合適粒度分布的粉末。這些要求不論過去還是現在，都導致許多材料加工性能或零件性能不佳。用戶體(ti) 驗差往往導致他們(men) 拒絕使用PA11和PA12的替代粉末材料，最終阻礙必要的市場流通。

增材製造的傳(chuan) 統塑料

AM Polymers公司專(zhuan) 門解決(jue) 了這個(ge) 問題——通過注塑成型開發了標準的熱塑性塑料和工程塑料用於(yu) 激光燒結，專(zhuan) 注於(yu) 即插即用的解決(jue) 方案。在過去數年裏，他們(men) 推出了許多基於(yu) 熱塑性聚氨酯（TPU）、PE、PP、PBT和PA6的粉末材料，品牌名為(wei) Rolaserit。它們(men) 的特點是部件性能可與(yu) 注塑成型相媲美，並且具有良好的加工性能、高斷裂伸長率和良好的批次穩定性。該公司特別注重通過廣泛的加工技術支持將磨合期縮短至數天，方便客戶快速開始零件生產(chan) 。

用於(yu) 激光燒結的PA66

Rolaserit PA66-01是AM Polymers首次推出用於(yu) 激光燒結工藝的PA66粉末材料。與(yu) 其他聚合物相比，PA66的主要特點在於(yu) 高熱變形溫度和耐老化性。此外，這種材料還具有高硬度和高剛度以及良好的耐磨性。憑借這些特性，該材料特別適用於(yu) 電子以及機械工程、汽車和設備製造領域需要承受高機械應力和熱應力的模製部件。由PA66製成的典型部件包括線圈體(ti) 、滑動軸承、齒輪、聯軸器零件以及覆蓋物和外殼部件。

該材料是德國聯邦教育及研究部（BMBF）通過項目管理組織（Projektträger Jülich）資助的Flatisa聯合項目的一部分。該項目是與(yu) 空中客車（Airbus）和西門子（Siemens）聯合開發的Promat_3D計劃的一部分（資助編號：03XP0099F）。它已經在上述兩(liang) 家公司經過成功測試，可用於(yu) 航空航天和電子行業(ye) 試件的生產(chan) （標題圖和圖1）。

■圖1：通過激光燒結生產(chan) 的PA66電子元件的功能試件：該材料在許多領域都可以替代PA11和PA12（來源：西門子）

該材料具有PA66典型部件的特性，幹燥狀態下的彈性模量為(wei) 3100MPa，強度為(wei) 75MPa，斷裂伸長率高達15%。此外，該材料的防火等級達到了UL94 V2。作為(wei) 商業(ye) 化步驟的第一步，該材料將作為(wei) 在AM Polymers設備上生產(chan) 的零件出現在用戶市場上。該材料在激光燒結係統（型號：ST252P，製造商：Farsoon Europe）上表現出了優(you) 異的可加工性，並且因為(wei) 具有良好的延性，還可用於(yu) 生產(chan) 小零件。由於(yu) 熔融溫度高，它需要用合適的機器和足夠高的加工溫度進行加工。但是，這種機器並不常見。不過，各種機器製造商提供的適用機器產(chan) 品正在穩步增加。因此，可以預見，未來PA66將與(yu) 其他用於(yu) 激光燒結的材料一樣在市場上隨處可見。

可在標準機器上加工的PBT

為(wei) 了進一步開發新產(chan) 品，AM Polymers 和三菱化學（Mitsubishi Chemical）聯合開發了用於(yu) 激光燒結的各種PBT牌號。PBT作為(wei) 聚合物的主要特點在於(yu) 良好的抗滑動磨損性能、不受濕度影響的良好的電絕緣性能以及高尺寸穩定性。其典型應用包括滑動軸承、閥門模壓件、滾子、泵殼、葉輪、聯軸器以及電氣行業(ye) 中的線圈體(ti) 、夾具和連接器塊等。

PBT的典型熔融溫度為(wei) 223°C，因此激光燒結通常需要200°C以上的粉末床溫度。此外，產(chan) 品名稱為(wei) Rolaserit PBT01的材料可以在所有標準的激光燒結機上進行加工。例如，該材料已經在Farsoon Europe公司的ST252P係統、3D-Systems公司的Vanguard HS和EOS公司的EOS P360係統上成功進行了加工。因此，它在各種應用的機器技術方麵沒有任何限製。

與(yu) PA12相比，該材料的主要特點是在強度48MPa時具有更高的剛度2650MPa，以及較低的吸濕性和不受濕度影響的材料特性。激光燒結可獲得高達15%的斷裂伸長率，與(yu) PA12大致相同。即使沒有經過後處理，該材料也具有非常光滑的高質量表麵，而且它的表麵質量還可以通過蒸汽平滑化學後處理進一步改善（圖2）。該材料還具有優(you) 異的電絕緣性能。其表麵電阻為(wei) 5 · 1016Ωm，體(ti) 積電阻為(wei) 3 · 1015Ω，比PBT製成的傳(chuan) 統注塑材料具有更高的效能。這些特性使該材料極其適用於(yu) 電氣和電子部件，如特殊連接器的應用所示（圖3）。因為(wei) 具有高構件延性，它還可用於(yu) 生產(chan) 合理質量的小零件和卡扣式連接器。這些都已通過應用和功能測試得到了證實。

■圖2：通過激光燒結生產(chan) 的PBT部件在打印後具有非常光滑的表麵（左）。蒸汽平滑處理還可進一步提高表麵質量（右）（來源：AM Technologies）

■圖3：帶接頭和薄連接器元件的PBT激光燒結特殊連接器：因為(wei) 具有電絕緣特性，所用的PBT極其適合此類部件（來源：AM Polymers） 

含填充材料的PBT牌號

在基礎牌號的基礎上還有更多填充版本被開發了出來，再次擴展了PBT在激光燒結領域的應用範圍。首先考慮的是玻璃纖維和碳纖維填充牌號。纖維填充PBT基材料首次被成功引入激光燒結領域。纖維填充顯著改善了材料的性能。其剛度可提高至5500-6000MPa，強度可達60MPa，耐溫性可提高到180°C。盡管使用了纖維，通過適當的材料製備仍可防止加工行為(wei) 的惡化。因此，盡管使用了纖維填料，仍能獲得良好的粉末鋪展性。

結語與(yu) 展望

增材製造——尤其是激光燒結等粉末床融合工藝日漸成為(wei) 了重要的批量生產(chan) 技術。但是，在許多情況下，批量生產(chan) 都需要合適的材料，而這些材料已在相關(guan) 應用中被用於(yu) 注塑成型。但是，它們(men) 通常隻能在有限的範圍內(nei) 被用於(yu) 增材製造。AM Polymers目前正在解決(jue) 這一問題，努力使具有特定應用特性的傳(chuan) 統注塑材料可用於(yu) 激光燒結。未來，他們(men) 將為(wei) 激光燒結創造出一係列類似的材料。