本文來自微信公衆号：TCT亞洲視角（TCTAsia）
對于3D列印來說，無論是金屬、塑膠還是陶瓷材料，都會影響從支撐結構的使用到收縮問題和最終零件的性能等，但如果兩種完全不同的材料都能用于最終零件時，該如何選擇呢？
最好的例子無疑是高性能聚合物 (HPP) 和金屬之間的比較，聚合物的性能和特點可以與許多金屬材料相媲美，成為一種可行的替代品。但是兩者之間的主要差別是什麼？在列印時又需要注意些什麼？接下來TCT小編将結合海外資訊，研究這些問題。
AON3D使用HPP制作的大型部件
金屬和高性能聚合物的差異始于它們的起源。雖然大多數金屬都是在自然界中發現的（當然合金除外），但聚合物則是人造的。此外，3D列印中使用的特定聚合物是由化學性質不同的聚合物鍊纏結在一起制成的。
雖然它們在誕生之初可能截然不同，但我們所認為的HPP的性能和特性和金屬類似。不過，工程塑膠往往具有更高的強度、純度、剛度、耐磨性和耐化學性。其中包括ULTEM、PEKK、PEEK等熱塑性塑膠。
雖然TPE/TPU、PC和尼龍有時也被歸為熱塑性塑膠，但它們應被視為“工程熱塑性塑膠”，而“高性能”熱塑性塑膠則自成一類。需要注意的是，工程材料雖然性能不如金屬或高性能熱塑性塑膠，但足以滿足某些應用要求，且價格更低。使用者在選擇時應準确地考慮自己的需求。
不同的聚合物有不同的分類，如圖所示，金字塔旨在減緩與SLS的相容性
用于增材制造的金屬種類也很多，包括自然形成的金屬以及合金。常用的金屬包括鋁及其合金、鋼（包括不鏽鋼和工具鋼）、銅合金、镓、钛及其合金、钴鉻鎳基合金，近年來甚至出現了金或銀等貴金屬。所使用的金屬類型取決于端部零件的預期用途，因為每種金屬都有不同的特性。
HPP和金屬都具有機械、熱和化學特性。事實上，高性能熱塑性塑膠可與大多數金屬相媲美，尤其是所謂的“超級”聚合物，如 PAEK（包括聚醚酮家族的所有材料，如 PEEK 和 PEKK）和 PEI（其品牌名稱Ultem更為人所知）。
例如，PAEK材料以其優異的耐化學性、耐流體性、耐磨性、耐溫度性和耐火性而聞名。此外，它們具有優異的熱性能和機械性能，即使在高溫或零度以下也具有很高的沖擊強度。不僅如此，使用高性能聚合物的最大優點之一是高性能聚合物的最大優勢之一是其極高的強度重量比（甚至比鋁的強度重量比約輕60-70%），這使得部件不但堅固而且重量也輕。玻璃化轉變溫度也往往很高，斷裂伸長率也很高，盡管這PEI、PEKK和PEEK之間有所不同。與金屬相比，耐腐蝕性也是所有聚合物的顯著優勢。
鋁與普通HPP材料的抗拉強度差異
另一方面，不同的金屬确實存在差異。例如，鋁比許多其他金屬都要弱，但卻輕很多。而銅則具有導電和導熱性能，以及良好的延展性。還有，钛以其生物相容性而聞名，而钴則因其強度和延展性而備受青睐。
總的來說，金屬因其強度和剛度而廣受歡迎，高性能聚合物密度通常低于金屬。根據所使用的特定合金，金屬也往往能夠處理更寬範圍的溫度。然而，金屬零件也往往需要更多時間和技術成本，因為加工工藝涉及雷射。
2024年TCT亞洲展部分聚合物材料展商：
Polymaker、eSun易生、巴斯夫Forward AM、諾思貝瑞、元嘉生物、愛的合成、珠海三綠、聚豐新材、中山大簡、NatureWorks、阿科瑪、廣州優塑、赢創、愛麗茲、雷孚斯、樂信康甯、絡合高新、海正生物、Corbion、杭州卓普、勇電（排名不分先後）等
2024年TCT亞洲展部分金屬材料展商：
威拉裡、甯波衆遠、江蘇金物、南通金源、安徽中體、赫格納斯、浙江天钛、飛而康、兵科院、河北依鉑、遼甯冠達、湖南奧科、中天上材、甯波尚材、陝西鼎益、星塵科技、銀納科技、有研增材、寶雞嘉琦、西安歐中、高冶新材、星冠新材料、盤星（排名不分先後）等
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由于材料的性質不同，所使用的工藝也不盡相同。與高性能聚合物相比，與金屬相容的增材制造技術要多得多。
在金屬粉末方面，常見加工方式是雷射粉末床熔融工藝，如DMLS和EBM等。定向能量沉積(DED)工藝（包括 WAAM、EBAM 和 WAM 等許多其他工藝）能使用金屬絲或粉末來制造或修複超大金屬零件（目前唯能做到這一點的增材制造技術）。
許多金屬3D列印工藝都涉及雷射
在不使用雷射的工藝中，例如粘合劑噴射技術，粘合劑被噴射出來，進而将粉末粘合在一起。不過，由于其特性，這種技術需要進行大量的後處理，如在初始列印後進行燒結。再是擠壓技術，隻有某些公司可以提供這種技術，在擠壓技術中，金屬與聚合物基質一起被列印出來。然而，在使用該零件之前，還需要進行脫脂和燒結。
相比之下，雖然标準聚合物與多種增材制造技術相容，但高性能聚合物則不然。這些材料的主要3D列印生産工藝是擠出，既可以使用長絲，也可以使用顆粒（不過目前更多使用的是長絲）。SLS 也可以實作，但可用的解決方案要少得多（特别是 EOS P810 機器），由于不需要支撐結構，它可以很好地發揮作用。
但必須考慮的是，高性能聚合物不易列印。即使擠出是主要工藝，也不是任意一台 FDM或FGF 3D列印機都能勝任的，必須使用專為高性能熱塑性塑膠設計的列印機。
使用高性能聚合物制造的部件通常采用擠壓工藝
不僅如此，由于PEEK 和 PEKK等半結晶聚合物的性質，它們在熔化時可能不穩定，即使是擁有裝置的專業使用者來說也很難進行列印，尤其是所有高性能聚合物都很容易翹曲。
金屬和高性能聚合物之間的相似之處還在于列印過程中的困難：在密閉室和高溫下，這兩種材料都需要大量的工作才能成功列印。但即使是這樣，對于金屬來說也更加困難，因為機器需要在無氧氣的封閉室中進行列印，否則在列印過程中氧氣會與金屬發生反應。為了避免這種情況，密閉室中必須充滿氩氣等惰性氣體。
此外，由于雷射的使用和金屬的性質，有些人确實認為高性能聚合物更容易列印，因為涉及的步驟更少。另一個例子是，雷射粉末床融合需要額外的安全措施和安全裝置，包括呼吸器和防護服，以確定粉末不會進入肺部或接觸皮膚。
在向100%再生材料邁進的過程中，首要考慮的是反應性較低的合金，如不鏽鋼、鎳基合金或钴基合金。雖然這些材料更容易回收利用，但人們對高活性合金的回收利用非常感興趣，這對國防和高性能應用至關重要。戰略考慮因素包括數量可用性、金屬機關價值和粉末需求，其中鎳超合金、钛和鋁是有希望的起點。
HPP和金屬的應用領域也有很大的重疊。例如，兩者都用于航空航天等行業，因為高強度、耐腐蝕的部件對于溫度的巨大變化以及符合安全關鍵部件的規定至關重要。HPP與金屬相比重量更輕，這一點在航空領域非常重要。
在汽車和運輸領域，全球汽車原始裝置制造商的鋁型材供應商WKW.automotive通過與巴斯夫Forward AM 合作，WKW.automotive公司利用3D列印金屬材料和技術，為汽車行業提供創新應用和解決方案。
巴斯夫Forward AM（展位号：8D50）的Ultrafuse® 17-4 PH金屬線材和Ultrafuse® Support Layer支撐線材具有硬度、強度和剛度高的特點，在機械性能上也優于塑膠材料，是生産原型工具的完美材料。巴斯夫Forward AM還提供金屬脫脂燒結服務，以及必要的後處了解決方案，如抛光，使其符合所有公差和機械性能要求。
醫療應用也很重要，但需要注意的是，并非所有HPP或金屬都适合醫療應用。钛因其生物相容性而受歡迎，因為它具有普遍的抗體液腐蝕性、與骨骼結合的能力和高極限。而聚醚醚酮（PEEK）具有與人類骨骼非常相似的特性，使得這種材料特别适用于3D列印植入物。
就在2023年10月，赢創（展位号：7Q05）推出全球首款3D列印醫療植入物碳纖增強型PEEK長絲。根據赢創的資料，本次新推出的産品分别是碳纖含量12%的VESTAKEEP® iC4612 3DF和碳纖含量20%的VESTAKEEP® iC4620 3DF，使用者可根據3D列印植入物（如骨闆和其他人工假體）所需的力學性能進行選擇。
碳纖的高強度和PEEK出色的韌性，賦予VESTAKEEP® iC4612 3DF和VESTAKEEP® iC4620 3DF優異的力學性能。碳纖增強型PEEK長絲的碳纖排布可以在3D列印過程中進行控制。該材料具有卓越的生物相容性，是金屬過敏患者的不二之選，同時在X射線下也不會産生僞影。
赢創新碳纖增強型聚醚醚酮（PEEK）長絲材料3D列印的植入物
聚合物更适合應用在較輕的部件，而且在有腐蝕因素的環境中，聚合物更勝一籌。此外，它們具有有效的熱絕緣體和電絕緣體，是電氣應用的理想選擇。然而，當涉及到不考慮重量的強度時，金屬将會更有優勢。因為它們的選擇範圍越大，根據特定的性能來選擇所需要的材料越容易。此外，金屬是導電的，雖然不适合需要絕緣的應用，但在電子元件和布線系統中大有裨益。這也是建立傳感器或生物醫學裝置時的一個要素。
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TCT Asia 2024
時間與地點
5月7日 09:00 - 17:30
5月8日 09:00 - 17:30
5月9日 09:00 - 15:00
國家會展中心（上海）7.1&8.1館