如何选用快速成型用材料

　　不同的快速成型方法要求使用与其成型工艺相适应的不同性能的材料，成型材料的分类与决速成型方法及材料的物理状态、化学性能密切相关。 

　　 l 按材料的物理状态分类   可以分为液体材料、薄片材料、粉末材料、丝状材料等

　　2 按材料的化学性能分类可以分为树脂类材料、石蜡材料、金属材料、陶瓷材料及其复合材料等。

　　3 按材料成型方法分类    可以分为： SLA材料、 LOM 材料、SLS材料、 FDM 材料等。

　　4 按材料成型步骤分类    可以分为：直接成型用材料（包括反应型聚合物、非反应型聚合物、纸、金属、砂、陶瓷等）、间接复制用材料（包括硅橡胶、金属基复合材料、陶瓷复合材料、反应成型塑料等）。

　　快速成型工艺对材料性能的要求

　　快速成型工艺的核心问题是将材料添加到待成型表面上，并用某种方法使其粘接固化，目的是得到一个具有一定形状尺寸和功能的三维实体。其中有两个关键参数：添加材料时的最小重量和粘接固化的最小几何分辨率。目前在快速成型制造（rapid prototyping)和快速模具制造（rapid prototyping)领域广泛使用的材料见表4-2。要想实现很小的添加重量，这些材料可以呈现的物质形态无非是液态和粉末态，而使不断添加的材料不断粘接固化的方法主要是树脂或塑料的链式反应固化、无化学反应的熔融粘接固化和用粘结剂将片体粘接的方法，每次固化粘接的形式可以分为点、线、面，。

　　与成型过程有关的材料问题材料主要影响能否成型及成型后的形状与尺寸。为了能成型，材料必须容易固化粘接，成型后还需具有一定的连接强度，固化粘接过程中除用小光斑激光光源外，还要求材料本身的热影响区小，成型边界清晰，烧结或化学反应产生的应力小，同时它还应该容易被激光穿透以保证成型深度。液态光敏树脂的粘度不能太高，以保证铺层平整并减少 Z 向等待时间，固态粉末的颗粒度和自由密度要合适，颗粒太大精度差也不容易烧结，颗粒太小则烧结深度浅且粉末容易飞扬。材料胜能要均匀稳定。

　　2 与成型构件性能有关的材料问题整个形体在成型过程中收缩变形要小，容易实现较小层厚以保证表面粗糙度。成型件要具备足够的强度和韧性，还要耐潮湿和外力冲击，用作模具时还要求合适的热物理性能，在使用寿命内成型件要稳定。对人体无毒无害，有时还要求具有某种颜色（或透明）。当用 SL 成型件作注射模具时，要求材料的以下哇能合格：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度、冲击韧度、耐磨性、表面硬度、热膨胀系数和导热系数等。

　　快速成型工艺对材料技术的需求

　　在 RP 技术发展的早期阶段，汽车工业和航空工业在 RP 市场的占有量将近一半，虽然随着 RP 技术的发展， RP 市场已向其他许多领域渗透，但材料的需求和更新使得这两大工业市场占有量仍然是不容忽视的。

　　汽车工业是许多工业先进国家的支柱产业、也是用材的大户。以美国为例，汽车用材料包括金属、塑料与橡胶、陶瓷与玻璃在内共约 6000 万吨材料，占材料消耗的很大份额。汽车用材要求价廉、易成型、长寿命、高可靠性，还要便于回收，减少环境污染，因而汽车材料在不断更新，特别是高强度、低密度的材料增加较快。复合材料、工程塑料及高强度钢增加较快，陶瓷材料刚刚起步，先进复合材料有待起步。另外，随着汽车的自动化程度不断提高，汽车所用功能材料的品种、数量也在迅速增加，如高性能的磁性材料、正在发展中的智能材料等等。

　　航空工业是机械制造业的一部分、对材料的要求十分严格，因为飞机及其发动机的工作条件十分苛刻，要求寿命长且需要反复使用，并要保证绝对安全。为了追求更高的有效载荷，所用材料要求有很高的比强度和比刚度，从而航空工业的发展在很大程度上有赖于材料的进步。同时，航空工业对材料的需求有力地推动了材料的发展。今后，复合材料所占比例会急剧增加。采用复合材料对飞机的减重的影响是非常显著的，以碳纤维增强复合材料为例，每千克碳纤维复合材料可代铝 3kg , 所以已出现全复合材料飞机的雏形。由于聚合物的发展，高分子材料的进展日新月异，特别是分子复合材料（ molecular composite ）的实现，使高分子的比强度 10 倍于高强度钢，用于飞机制造可做到轻量化，从中可见材料对航空工业的重要性。一般低速车辆与航天飞机相比，每减重 1kg 所得到的效益相差几千倍，所以航天飞机可不计成本地选用先进材料，而车辆生产则必须把材料的价格作为考虑的重要因素之一。

　　材料是制造业的基础，不管是先进的新材料，还是量大面广的传统材料都应给予高度重视，材料专家在 RP 技术成型材料上大有文章可做。

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