可用于3D打印的PA12材料特性、打印問題以及后處理過程

導讀：尼龍（也稱為聚酰胺或 PA）是一種有彈性且堅固的材料，可以應用于運動服中，使紡織品更堅固。由于其具有很好的耐磨性，可用于行李箱輪中；具有耐用、輕便且耐熱的特點，可以用于汽車的進氣歧管和電子設備的外殼。尼龍 PA12 甚至具有生物相容性，因此它也被用于骨科產品中，例如 3D 打印石膏和支架。那么PA12到底是什么?可以用于哪種3D中？后處理過程有什么呢？別著急，南極熊將為您一一解答。

人們使用尼龍已經近一個世紀，它已成為3D打印中常用且可靠的材料，是增材制造中最常用的塑料材料。尼龍由于熔點低而易于加工，在3D打印中具有很高的機械性能，該材料具有耐化學性、尺寸穩定且不易發生應力開裂等特點，在功能原型以及最終用途部件（如夾具和固定裝置、備件、汽車部件、運動器材等）中得到廣泛應用。

接下來，南極熊將重點介紹尼龍變體PA12（而不是 PA11 或 PA6），以及如何使用其粉末形式進行3D打印。首先，讓我們一起來看看 PA12 有吸引力的材料特性。

什么是PA12尼龍？


△由 3D Systems 的 PA12 材料制成的零件， DuraForm。

PA12 代表聚酰胺 12，它是一種屬于聚酰胺或尼龍家族的熱塑性聚合物。它是 12-氨基十二烷酸或月桂內酰胺分子的聚合。聚合是一種化學過程，小分子（稱為單體）結合形成更大、更復雜的結構（稱為聚合物）。

PA12 具有 12 個分子并不一定比 3D 打印中另外兩種常見的尼龍 PA11 或 PA6 更強，但它確實賦予了它一些不同的特性。一般來說，PA6 具有高強度和高剛度的特點，PA11具有柔韌性和耐化學性。PA12 的特性通常介于兩者之間，具有強度、韌性和耐化學性的平衡，這也使其成為最受歡迎的尼龍。

PA12特性：
●強度、韌性和抗沖擊性
●耐磨
●耐化學腐蝕
●熱穩定性
●尺寸穩定性
●生物相容性

并非所有 PA12 都相同：

盡管 PA12 是指一種特定類型的聚合物，但其配方和性能有許多變化。不同品牌的 PA12 可以通過不同的制造工藝來制造。材料制造商還添加各種添加劑以滿足特定的性能要求，并且通常擁有 PA12 的專有配方。

一些材料制造商和供應商并不將其尼龍標識為 PA12（或 PA6 或 PA11），而是選擇將其命名為專有名稱。例如，DuraForm ProX PA 和 ProX HST 都是 3D Systems 開發的 PA12 材料，用于其選擇性激光燒結 3D 打印技術。ProX PA 是一種食品級尼龍，而 ProX HST 是該公司推薦用于高溫應用的材料。

PA12 添加劑通常可以提高抗紫外線性或耐熱性、阻燃性和適印性。還有帶有增強材料的 PA12，例如添加碳纖維或玻璃纖維，以增強強度、剛度或尺寸穩定性等機械性能。


△使用 Sinterit 的粉末和打印機打印 PA12 零件

還有回收 PA12 形式的“可持續”PA12，例如，PowderMonkey 品牌 rePA12 是翻新 PA12 與部分原始 PA12 的混合物，專為低功耗臺式 SLS 打印機而設計。某些 PA12材料具有“高可重復使用性”。例如，可以使用 60% 或更多的重復使用粉末，而不是 50% 重復使用的粉末與 50% 原始粉末。這節省了粉末使用量和總體成本。由于每種 PA12 都不相同，因此請考慮 PA12 的具體配方及其所擁有的具體屬性，在使用前請查看材料的詳細介紹的技術數據表。

典型的 PA12 具有以下一般特性：

●極限拉伸強度最小/最大 (MPa)：43/50
●拉伸模量最小/最大 (MPa)：1550/1850
●斷裂伸長率最小/最大 (%)：15/25
●彎曲模量最小值/最大值：1510/1600
●部件密度（g/cm 3）：0.9
●肖氏硬度： 肖氏 D

PA12 通常為灰色或黑色，但也有白色，這是添加顏色的最佳選擇。這種材料很容易在后處理中著色，通常使用 DyeMansion 的著色機，用戶也可以簡單地涂上油漆。

可持續發展和回收 PA12 尼龍


△Sculpteo 的 Multi Jet Fusion 3D 打印機使用 HP 的 PA12 材料

與任何粉末床融合工藝一樣，每次 3D 打印都會產生大量未使用或剩余的材料。幸運的是，PA12 可以多次熔化和再加工，而不會顯著降低其性能。這意味著剩余的粉末可以全部扔回料斗并用于下一次打印，但并不總是不與一些新鮮的、未使用的粉末混合。在零件質量受到影響之前，相同粉末的重復使用次數也是有限的。

如果要 3D 打印 PA12 零件，并將其用于受監管行業或符合認證標準，則可能只能使用 100% 原始粉末。然而，根據您的零件所需的機械特性，最多可以 100% 重復使用，但一般會保持60%-70% 的重復使用率。

回收PA12 零件：

尼龍 PA12 通常是可回收的。然而，特定尼龍 PA12 產品的可回收性取決于多種因素，例如其配方和添加劑。回收過程通常包括收集用過的尼龍 PA12 產品，將其熔化，并將材料重新制成新產品，但這只有在回收相同類型和品牌的 PA12 時才可能實現。通常，用戶可以將舊原型和失敗的打印件發送到工業回收設施。

PA12 打印故障排除


△SLS 打印機制造商 Sinterit 提供開放參數，您可以在其 Sinterit Studio 軟件中調整這些參數

盡管 SLS 或 MJF 3D 打印機具有打印過程的設置調節功能，但它并不總是完美無缺的。一些 SLS 3D 打印機具有封閉的周邊，這意味著您無法調整設置，例如激光功率或床溫度。無論您擁有一臺“一勞永逸”的機器還是一臺開放的機器，您仍然會遇到打印問題。以下是一些最常見的問題和解決方案。

●粗糙：SLS 打印中的一個問題稱為“橘皮”，這是一種表面光潔度打印偽影，其中光滑平坦的表面看起來粗糙且凹凸不平，通常與層對齊。當您要打印的層的邊緣在燒結區域和未燒結區域之間經歷熱梯度并且它們往往會收縮時，就會發生這種情況。在許多層上，這會導致凹凸不平的偽像。遇到這種問題，需要在打印平臺上進行熱管理或不使用構建區域的整個體積，而是在中間區域進行打印。

●分層：當某些層未完全燒結到先前的層時，就會出現分層。這可能是激光的問題，更換或是清潔光學元件會有所幫助。

●翹曲：當打印床的溫度管理不到位，會出現零件偏離模型尺寸的問題。當構建室不允許正常冷卻或在構建室仍熱時拆開部件包裝時，也會發生翹曲。當打印過程中加熱不足時，也可能會發生這種情況，或者零件本身具有可變的壁厚或整體太細長。

●凹坑：當某些零件的幾何形狀導致冷卻不均勻時，例如內部夾有粉末的大型零件，可能會出現表面凹坑、凹痕或不規則現象，這也可能是打印床溫度過高的癥狀。

后處理和表面處理 PA12


△PA12 零件使用 DyeMansion 的機器染色

PA12 零件完成 3D 打印并冷卻后，即可從粉末床上拿出，這一步驟可以用手或機器完成。未使用的粉末被吸塵、篩分、以所需的比例與新鮮粉末重新混合，然后裝回機器或儲存。然后使用刷子、噴氣機或滾筒清除零件上多余的粉末。

打印機用戶可以購買后處理自動化和重新混合粉末的機器，松散的 PA12 粉末無毒，但只要接觸松散的粉末，就應采取安全預防措施。如下圖所示的封閉式清潔站可以減少危險。


△SLS 零件清潔站用于在零件從粉末床上取出后安全地清除零件上多余的 PA12 粉末。左邊是 Sintratec，右邊是 Formlabs 的新型 Fuse Blast。

PA12 可以滿足哪些表面光潔度？
PA12 從打印機中出來時具有粗糙的表面，這可能適合您的應用。如果不是，您還有其他選擇，其中一些可能需要額外的設備。

●打磨和平滑：打磨 PA12 零件的表面可以幫助去除層線并形成更平滑的表面。打磨可以手動或使用工具完成。

●噴漆和涂層： PA12 部件可以噴漆或涂層以添加顏色、提高美觀度并提供額外的保護。各種油漆和涂料，包括底漆和透明涂料，都與 PA12 兼容。

●染色：通常對白色或淺灰色 PA12 進行染色，以便定制零件的顏色。可以使用適合聚酰胺材料的特定染料進行染色。

●蒸氣平滑：蒸氣平滑涉及將 PA12 部件暴露于蒸發溶劑中，這有助于熔化印刷品的外層，減少層線并形成更平滑的表面光潔度。這可以大批量完成。


△PA12 易于噴漆，當蒸汽光滑時（來自增材制造技術），灰色部件呈現出光滑的黑色表面。

●熱處理：可以對PA12零件進行熱處理以提高其機械性能。這可能涉及將部件暴露在高溫下一段受控的時間。

●插入物和嵌入：金屬插入物（例如螺紋、磁鐵或其他組件）可以在打印期間或打印后嵌入或插入到 3D 打印的 PA12 零件中，以添加功能或裝配特征。

●超聲波焊接：為了連接多個 PA12 零件或組件，可以使用超聲波焊接。該方法通過使用高頻振動在零件之間建立牢固的結合。

●電鍍：在某些情況下，PA12 零件可以經過電鍍工藝來涂上一層薄金屬涂層，從而增強其導電性、外觀或耐腐蝕性。

●緞面拋光：可采用機械或化學拋光方法來提高PA12零件的表面光潔度，降低粗糙度，提高清晰度。

PA12尼龍粉常用品牌
尼龍 12 的專有配方在整個增材制造行業中很常見。一些打印機制造商已針對其機器對材料進行了微調，而其他制造商則已“認證”來自特定供應商的 PA12 粉末，可在其機器上使用。例如，Formlabs 的 Fuse 1 不是開放材料打印機，因此 Formlabs 尼龍 12 是用戶唯一的選擇。不過，這可能是一件好事，因為實現預期結果所需的實驗和預測工作要少得多。

如果您擁有開放材料 3D 打印機，則可以貨比三家，選擇最適合您應用的 PA12。可以閱讀所有發布的材料數據表，或者更簡單的方法是訪問材料數據門戶之一，例如 Senvol。如果您對 PA12 材料特性并不重要，您可以從打印機制造商或打印機服務處訂購樣品零件，并進行自己的內部測試。

許多制造商都提供用于 SLS 的 PA12 粉末，比如化學公司（例如 Evonik）以及打印機制造商（例如 Prodways），這些制造商采用了現有材料并對其進行了調整，以使其在打印機上發揮最佳性能。

對于 Multi Jet Fusion，只能從 HP 或其經銷商之一獲取 PA12 材料。文章來源：南極熊