3D打印线材

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
[编辑]商业生产的线材
[编辑]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
[编辑]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
[编辑]将 3D 打印线材转变为 3D 模型的过程:
- 丝线被送入3D打印机。
- 热塑性材料在喷头内加热至其玻璃化转变温度之上。
- 线材由挤出头挤出并沉积于建模平台上,待其冷却。
- 该过程是连续的,逐层堆叠以建立模型。
原料列表
[编辑]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 | 中 | 1240 [9] | 低 | 中 | 低 | 180–230 |
| |
| ABS树脂 |
|
功能性零件 | 中 | 1010 [10] | 中 | 高 | 中 | 210–250 | 50–100 | |
| 聚对苯二甲酸乙二醇酯醇改性(PETG) |
|
全部 | 中 | 1270 [11] | 高 | 高 | 中 | 220–235 | 不需热床 | |
| 乙二醇改性聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCTG) |
|
全部 | 中 | 1230 [12] | 高 | 高 | 中 | 250–270 | 90–110 | |
| 尼龙(Nylon) |
|
全部 | 高 | 1020 [13] | 高 | 高 | 中 | 220–260 | 50–100 | 具吸湿性,不使用时需密封 |
| 热塑性弹性体(TPE) |
|
|
低 | 高 | 中 | 高 | 225–235 | 40 | 需以极慢速打印 | |
| 热塑性聚氨酯(TPU) |
|
|
低 | 高 | 中 | 高 | 225–235 | 不需热床 | 需以慢速打印 | |
| 木 | 木纹质感 | 家居装饰 | 中 | 1400 [14] | 中 | 中 | 中 | 195–220 | 不需热床 | |
| 耐冲击聚苯乙烯(HIPS) |
|
以双喷嘴打印ABS时,做为支撑结构用 | 低 | 1040 [15] | 中 | 高 | 中 | 210–250 | 50–100 | |
| 聚乙烯醇(PVA) |
|
以双喷嘴打印ABS或PLA时,做为支撑结构用 | 高 | 低 | 中 | 低 | 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) |
|
全部 | 高 | 高 | 高 | 中 | 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 | 中 | 低 | 高 | 高 | 195–220 | 不需热床 | 需使用硬化喷嘴 | |
| 加入碳纤维的聚乳酸(PLA Carbon Fiber) |
|
功能性零件 | 中 | 低 | 高 | 中 | 195–220 | 不需热床 | 需使用硬化喷嘴 | |
| 木质素 (bioFila) |
|
中 | 低 | 中 | 低 | 190–225 | 55 | |||
| 聚碳酸酯(PC) |
|
功能性零件 | 高 | 1180 – 1200 [16] | 高 | 高 | 中 | 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 | 中 | 中 | 低 | 低 | 215–230 | 不需热床 | 需使用硬化喷嘴 | |
| 蜡 (MOLDLAY) | 可完全熔化 | 脱蜡法铸造 | 低 | 低 | 低 | 低 | 170–180 | 不需热床 | ||
| PETT (T‑Glase) |
|
功能性零件 | 高 | 高 | 高 | 中 | 235–240 | 不需热床 | ||
| 丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA) |
|
户外使用 | 中 | 低 | 高 | 中 | 240–260 | 100–120 | ||
| 聚丙烯(PP) |
|
柔性元件 | 中 | 1040 [17] | 高 | 中 | 高 | 210–230 | 120–150 | |
| 乙缩醛树脂(POM Acetal) |
|
功能性零件 | 高 | 低 | 中 | 高 | 210–225 | 130 | ||
| 丙烯酸聚合物(PMMA Acrylic) |
|
光扩散器 | 中 | 低 | 高 | 中 | 235–250 | 100–120 | ||
| LAYBRICK(造型塑料) |
|
建筑 | 低 | 低 | 低 | 中 | 165–210 | 不需热床 | ||
| 夜光塑胶(塑胶混合物) | 夜光 | 玩具等趣味用 | 中 | 中 | 中 | 低 | 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 | 低 | 150–260 | 不需热床 | ||
| 聚碳酸酯-ABS树脂(PC-ABS) |
|
功能性零件 | 中 | 低 | 高 | 高 | 260–280 | 120 | ||
| 磁性线材(PLA混合物) | 带有磁性 | 玩具等趣味用 | 中 | 中 | 中 | 高 | 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 | 中 | 中 | 中 | 低 | 215 | 不需热床 | ||
| nGen(共聚酯) |
|
全部 | 中 | 高 | 高 | 中 | 210–240 | 60 | ||
| TPC |
|
|
低 | 高 | 中 | 高 | 210 | 60–100 | ||
| PORO-LAY |
|
实验用 | 低 | 高 | 中 | 低 | 220–235 | 不需热床 | ||
| FPE | 柔韧 | 弹性零件 | 低 | 高 | 高 | 中 | 205–250 | 75 [18][19][20][21][22] | ||
| 聚醚酰亚胺(PEI) |
|
|
高 | 1270 | 中 | 高 | 中 | 340–380 | 180–200 | 加热腔内需可加热到220℃ |
标示
[编辑]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
[编辑]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
[编辑]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
[编辑]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 | 可退火 | 打印后加热可提升强度与耐热性。 |
| Support / Breakaway / Soluble | 支撑材质 | 如PVA、HIPS、BVOH等材质,通常需以双喷头打印。 |
参考资料
[编辑]- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ The 3mm Filament Problem. 31 August 2018 [2020-04-26]. (原始内容存档于2020-09-14).
- ^ What is 3D Printer Filament?. [2022-09-12]. (原始内容存档于2022-08-23).
- ^ 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).
- ^ HOW ARE FILAMENTS MADE. [2018-11-07]. (原始内容存档于2018-11-07).
- ^ What Effect Does Humidity Have On Your Filament?. [2018-11-07]. (原始内容存档于2018-11-07).
- ^ 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).
- ^ 1.75mm EasyFil PLA Sapphire Grey. Formfutura. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英语).
- ^ 1.75mm Premium ABS Natural. Formfutura. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英语).
- ^ rigid.ink Filament Comparison Guide "Complete 3D Printing Filament Comparison Guide" 互联网档案馆的存档,存档日期2017-12-15., rigid.ink, 2017-12-14
- ^ PCTG - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2025-06-09].
- ^ NYLON PA12 - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2020-03-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-09-15) (英语).
- ^ FiberWood - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2020-03-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-09-15) (英语).
- ^ 1.75mm EasyFil HIPS White. Formfutura. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英语).
- ^ PC-Max - Polymaker. Polymaker. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23) (英国英语).
- ^ PP - Polypropylene - Technical Data Sheet (PDF). Fiberlogy. [2020-03-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-09-15) (英语).
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- ^ 3D Printer Filament Comparison | MatterHackers. MatterHackers. [2017-04-20]. (原始内容存档于2017-04-29).
- ^ 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).
- ^ 3D Printing Temperatures & Printing Guidelines. Filaments.ca. [2017-04-22]. (原始内容存档于2017-04-23).
- ^ 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).