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3D打印线材

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各种不同颜色的 3D 打印线材,以及所打印出的模型。

3D打印线材(英语:3D printing filament),是熔融沉积成型(FDM)的3D打印机所使用之热塑性原料。市面上有多种不同特性与用途的耗材可供选择[1]

线材的直径范围很广,最常见的为 1.75 mm 和 2.85 mm[2],后者常与较少见的 3 mm 混淆[3]

耗材由一条连续细长的塑胶线卷入卷筒中所组成[4]

生产

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商业生产的线材

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3D 打印机用线材是透过加热、挤出与冷却塑料的过程来将原料球转变成成品。然而与 3D 打印机不同,丝材是被拉出而非被推入喷嘴以形成丝材。丝材的直径由加热塑料后的加工过程决定,而非挤出机喷嘴的直径。当丝材从挤出机拉出时,会施加不同的力与速度以定义丝材的宽度,最常见的直径为 1.75 mm 或 2.85 mm[5][6]

线材的原料塑胶颗粒通常是白色或透明。将色料或其他添加剂加入材料中,使其在熔融前形成彩色长丝或具有特殊性质的长丝,例如增强强度或磁性。长丝被挤出之前,颗粒先加热至 80 °C 以干燥并降低水分含量。由于多数热塑性塑料具有吸湿性,若挤出含水的塑料会造成尺寸上的缺陷(完成的长丝在打印时亦是如此[7])。接着颗粒被送入单螺杆挤出机,在其中加热并挤出成长丝[5] 。直径常透过激光束测量(非熔融状态)作为品质控制机制,以确保长丝直径正确。然后长丝经过温水槽冷却,使长丝成形。再经冷水槽冷却至室温。最后卷绕成卷,成为成品[5]

DIY 线材生产

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DIY 线材制作机与 FDM 3D 打印机采用相同的方法,即透过挤出机推送材料丝以制造正确直径的线材。市面上有多种 DIY 线材机型,既有开源计划也有商业机型。

食品脱水机可用于在高于 70 °C 的温度下去除吸湿材料的水分[8]

用法

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将 3D 打印线材转变为 3D 模型的过程:

  1. 丝线被送入3D打印机。
  2. 热塑性材料在喷头内加热至其玻璃化转变温度之上。
  3. 线材由挤出头挤出并沉积于建模平台上,待其冷却。
  4. 该过程是连续的,逐层堆叠以建立模型。

原料列表

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依使用原料,有下列种类线材:

线材 特性 用途 强度 密度
(kg/m3)
弹性 耐久性 打印难度 打印温度
(°C)
热床温度
(°C)
打印说明
聚乳酸(PLA)
消费性产品 1240 [9] 180–230
  • 不需要热床
  • 或建议60至80℃
ABS树脂
  • 耐用
  • 抗冲击
功能性零件 1010 [10] 210–250 50–100
聚对苯二甲酸乙二醇酯醇改性(PETG)
  • 比PLA或ABS柔韧
  • 耐用
全部 1270 [11] 220–235 不需热床
乙二醇改性聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCTG)
  • 比PETG柔韧
  • 耐用
全部 1230 [12] 250–270 90–110
尼龙(Nylon)
  • 坚固
  • 柔韧
  • 耐用
全部 1020 [13] 220–260 50–100 具吸湿性,不使用时需密封
热塑性弹性体(TPE)
  • 极度柔韧
  • 类似橡胶
  • 弹性零件
  • 可穿戴
225–235 40 需以极慢速打印
热塑性聚氨酯(TPU)
  • 极度 柔韧
  • 类似橡胶
  • 弹性零件
  • 可穿戴
225–235 不需热床 需以慢速打印
木纹质感 家居装饰 1400 [14] 195–220 不需热床
耐冲击聚苯乙烯(HIPS)
  • 可溶解
以双喷嘴打印ABS时,做为支撑结构用 1040 [15] 210–250 50–100
聚乙烯醇(PVA)
  • 可溶解
  • 水溶性
  • 可生物分解
  • 耐油
以双喷嘴打印ABS或PLA时,做为支撑结构用 180–230 不需热床 具吸湿性,不使用时需密封
聚对苯二甲酸乙二酯(PET、CEP)
  • 坚固
  • 柔韧
  • 耐用
  • 可回收
全部 220–250 不需热床
加入金属粉的聚乳酸(PLA Metal) 金属处理与饰面 珠宝 195–220 不需热床 需使用硬化喷嘴
加入碳纤维聚乳酸(PLA Carbon Fiber)
  • 刚性
  • 比纯PLA坚固
功能性零件 195–220 不需热床 需使用硬化喷嘴
木质素 (bioFila)
  • 可生物分解
  • 比PLA坚固
190–225 55
聚碳酸酯(PC)
  • 非常坚固
  • 柔韧
  • 耐用
  • 透明
  • 耐热
功能性零件 1180 – 1200 [16] 270–310 90–105 在约 60℃的环境温度下使用封闭加热腔
电导体(通常为石墨-塑胶混合物) 具导电性 电子 215–230 不需热床 需使用硬化喷嘴
(MOLDLAY) 可完全熔化 脱蜡法铸造 170–180 不需热床
PETT (T‑Glase)
  • 坚固
  • 柔韧
  • 透明
  • 清晰
功能性零件 235–240 不需热床
丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)
  • 刚性
  • 耐用
  • 耐候
户外使用 240–260 100–120
聚丙烯(PP)
  • 柔韧
  • 化学抗性
柔性元件 1040 [17] 210–230 120–150
乙缩醛树脂(POM Acetal)
  • 坚固
  • 刚性
  • 低摩擦
  • 有弹性
功能性零件 210–225 130
丙烯酸聚合物(PMMA Acrylic)
  • 刚性
  • 耐用
  • 透明
  • 清晰
  • 抗冲击
光扩散器 235–250 100–120
LAYBRICK(造型塑料)
  • 由研磨的白垩粉末混合共聚酯制成
  • 具有砂岩质感的饰面
建筑 165–210 不需热床
夜光塑胶(塑胶混合物) 夜光 玩具等趣味用 215 不需热床 需使用硬化喷嘴
清洁线材 做为清洁喷嘴之用 清除喷嘴阻塞 N/A N/A N/A 150–260 不需热床
聚碳酸酯-ABS树脂(PC-ABS)
  • 刚性
  • 耐用
  • 抗冲击
  • 具韧性
  • 转移热量
功能性零件 260–280 120
磁性线材(PLA混合物) 带有磁性 玩具等趣味用 195–220 不需热床
变色线材(塑胶混合物) 热致变色 玩具等趣味用 215 不需热床
nGen(共聚酯)
  • 类似PETG
  • 耐热
  • 透明
全部 210–240 60
TPC
  • 极度柔韧
  • 类似橡胶
  • 耐化学性
  • 耐热
  • 耐紫外线
  • 弹性零件
  • 户外使用
210 60–100
PORO-LAY
  • 部分水溶性
  • 多孔性
  • 柔韧
实验用 220–235 不需热床
FPE 柔韧 弹性零件 205–250 75 [18][19][20][21][22]
聚醚酰亚胺(PEI)
  • 耐热
  • 坚固
  • 耐燃
  • 功能性零件
  • 3D打印机热床上的打印板(打印平台)常以PEI做为涂层
1270 340–380 180–200 加热腔内需可加热到220℃

标示

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许多线材生产厂商在标准原料加上其他材质或添加剂等,以增进线材的特性或外观修饰,下列是常用的标示:

功能性添加类

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这类着重机械强度、耐热性或特殊机能:

标示 / 缩写 全称/ 翻译 意义与特性
CF Carbon Fiber 碳纤维强化,刚性高、翘曲低。部分厂牌在后方加上数字代表添加百分比。
GF Glass Fiber 玻璃纤维强化,韧性佳、耐热。部分厂牌在后方加上数字代表添加百分比。
AF Aramid Fiber 芳纶纤维(Kevlar),极耐磨但贵。
PC Polycarbonate 聚碳酸酯基材,高强度、耐热。
ABS+ / PLA+ Plus 版本 添加韧性或流动性改良剂。
ASA Acrylonitrile Styrene Acrylate 户外用耐候塑料,抗紫外线。
PAHT High-Temp Nylon 高温尼龙,需高温喷嘴与热床。
ESD Electrostatic Discharge 抗静电线材,含碳填料,导电但高电阻。
Conductive 导电 含碳或金属粉,微导电。
FR Flame Retardant 加入阻燃剂,用于电气外壳。

外观质感类

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这类线材强调视觉表现与表面效果:

标示 / 缩写 全称 / 翻译 特性
Matte 雾面 表面柔雾、散光、层纹不明显。
Silk 丝光 高亮度反射,如缎带、丝绸般质感。
Rainbow / Gradient 渐层色 线材内含多色区段,打印渐变。
Glow / GITD Glow in the Dark 夜光效果,含磷光粉
Sparkle / Glitter 闪亮粉末 含金属亮片,视觉华丽。
Wood / Bamboo / Cork 木质线材 混木粉,表面有木纹、可打磨。
Marble 大理石纹 含白色斑点颜料,模仿石材质感。
Transparent / Clear / Glass 透明系 透光度高,适合灯罩。

加工性能类

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着重于速度、稳定性、温度耐性:

标示 / 缩写 全称 / 翻译 特性
HF / HS / HT High Flow / High Speed / High Temp 对应高流量、高速、高温或专用喷嘴,可缩短打印时间。
LW Light Weight 发泡 PLA(发泡密度可降至 0.6 g/cm³),非常轻,可用于无人机、飞机模型之类。
Easy / EZ 易打印版本 低温可印、收缩小、对新手友好。
Low Warp 低翘曲 特别配方降低内应力,ABS树脂常见。
Annealable 退火 打印后加热可提升强度与耐热性。
Support / Breakaway / Soluble 支撑材质 PVAHIPSBVOH等材质,通常需以双喷头打印。

参考资料

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  1. ^ 16 Types of 3D Printer Filaments. 3D Insider. 2017-03-09 [2017-12-12]. (原始内容存档于2017-12-12) (美国英语). 
  2. ^ A Curious Thing About 3.00 vs 1.75 mm 3D Printer Filament. Fabbaloo. [2017-04-20]. (原始内容存档于2017-04-22) (美国英语). 
  3. ^ The 3mm Filament Problem. 31 August 2018 [2020-04-26]. (原始内容存档于2020-09-14). 
  4. ^ What is 3D Printer Filament?. [2022-09-12]. (原始内容存档于2022-08-23). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 How It Is Made: 3D Printing Filament | Make. Make: DIY Projects and Ideas for Makers. 2015-02-11 [2017-04-20]. (原始内容存档于2017-04-22). 
  6. ^ HOW ARE FILAMENTS MADE. [2018-11-07]. (原始内容存档于2018-11-07). 
  7. ^ What Effect Does Humidity Have On Your Filament?. [2018-11-07]. (原始内容存档于2018-11-07). 
  8. ^ Can you 3D Print with Trimmer Line?! - YouTube. YouTube. 14 November 2020 [2022-09-12]. (原始内容存档于2022-08-24). 
  9. ^ 1.75mm EasyFil PLA Sapphire Grey. Formfutura. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英语). 
  10. ^ 1.75mm Premium ABS Natural. Formfutura. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英语). 
  11. ^ rigid.ink Filament Comparison Guide "Complete 3D Printing Filament Comparison Guide" 互联网档案馆存档,存档日期2017-12-15., rigid.ink, 2017-12-14
  12. ^ PCTG - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2025-06-09]. 
  13. ^ NYLON PA12 - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2020-03-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-09-15) (英语). 
  14. ^ FiberWood - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2020-03-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-09-15) (英语). 
  15. ^ 1.75mm EasyFil HIPS White. Formfutura. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英语). 
  16. ^ PC-Max - Polymaker. Polymaker. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英国英语). 
  17. ^ PP - Polypropylene - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2020-03-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-09-15) (英语). 
  18. ^ 30 Types of 3D Printer Filament - Guide & Comparison Chart | All3DP. All3DP. 2017-01-03 [2017-04-20]. (原始内容存档于2017-04-22) (美国英语). 
  19. ^ 3D Printer Filament Comparison | MatterHackers. MatterHackers. [2017-04-20]. (原始内容存档于2017-04-29). 
  20. ^ What Material Should I Use For 3D Printing? | 3D Printing for Beginners. 3D Printing for Beginners. 2013-02-10 [2017-04-20]. (原始内容存档于2017-03-24) (美国英语). 
  21. ^ 3D Printing Temperatures & Printing Guidelines. Filaments.ca. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23). 
  22. ^ 3D Printer Filament Types Overview. 3D Printing from scratch. 2014-12-10 [2017-12-12]. (原始内容存档于2017-12-13) (美国英语).