取材自all3dp.com的文章3D Printer Filament Guide 2018- The Top 25 Types

 

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現在FDM 3D印表機無所不在,從家庭到辦公室,從教室到工作場所都可以看到它的蹤影。

 

最常見的3D印表機線材是PLAABSPETG等熱塑料,其他還有尼龍、聚碳酸酯、碳纖維、聚丙烯等等,甚至還有導電及黑暗中發光等特殊摻合材料。

 

因為現在有這麼多種材料,所以能夠比以往更容易列印出功能性、漂亮、高性能的物件,接下來就看看什麼樣的線材適合你。

 

第一類:標準型線材

 

這類線材包含桌上型3D印表機常用的六種線材,因為其容易使用及物理性質而廣受歡迎。以下除了列出各線材的一般資訊外,也提出彼此間的性質比較及建議使用時機。

 

1. 聚乳酸(PLA)

 

PLA是最普遍的3D印表機線材,它容易列印,不易捲翹,通常不需要加熱床,列印時不會產生異味,具有生物可分解性。它也是使用於許多奇特或休閒線材中的基礎材料,例如導電線材、黑暗中發光線材或者掺入木材或金屬的線材。 

  • 強度:高
  • 可撓性:低
  • 耐久性:中等
  • 列印困難度:低
  • 列印溫度:180°C 230°C
  • 列印床溫度:20°C 60°C(不一定需要)
  • 收縮/捲翹:最小
  • 可溶性:無
  • 與食品接觸的安全性:視製造商而定 

 

PLA因為用途太過廣泛,與其問使用時機,不如問什麼時候不適合用比較實際。PLA因為比較脆,所以要避免使用它來製造可能會彎折、扭轉或重複摔落的物件,例如手機殼、常會磨到的玩具或工具把手,也要避免用來製造須耐受較高溫度的物件,因為PLA60C或以上就會變形。整體而言,PLA仍是最好用的線材,常用來製造模型、低磨耗的玩具、打樣零件及容器。

 

2. ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)

 

ABS名列最常用線材的第二名,僅次於PLAABS實際上是優於PLA,除了列印容易度略遜一籌之外,因此常被用來製造家庭用品及消費產品,例如樂高積木及單車頭盔。

 

ABS的製成品具有高耐久性及耐受高溫的能力,但因為列印溫度較高,所以在冷卻的時候較容易捲翹,另外,列印時會產生濃密的煙霧,所以要用加熱床及在通風良好的場所工作。

 

  • 強度:高
  • 可撓性:中等
  • 耐久性:高
  • 列印困難度:中等
  • 列印溫度:210 °C 250 °C
  • 列印床溫度:80 °C 110 °C
  • 收縮/捲翹:明顯
  • 可溶性:溶於酯類、酮類及丙酮
  • 與食品接觸的安全性:不安全

 

ABS因為堅固、能夠耐受高應力及高溫、相當柔韌等特性,讓它成為極好的一般用途線材,適合製作手機殼、高磨耗玩具、工具把手、汽車修整組件及電器包覆物等。

 

3. PETG(PETPETT)

 

聚對苯二甲酸乙二酯(PET)是世界上最常使用的塑料,它是製造礦泉水瓶、衣物纖維及食品容器的原料。

 

雖然PET本身很少用在3D列印,但PETG卻是常用的3D印表機線材,最後一個字母G代表乙二醇改質,這讓它變為較澄透且較不易碎的線材,並且比PET更容易使用。基於這個原因,一般認為PETG是介於PLAABS之間的材料,因為它比PLA柔韌及耐用,而且比ABS容易列印。

 

PETG具有以下特性:

 

  • PETG具有吸溼性,它會吸收空氣中的水氣,從而對列印造成不利的影響,因此要儲存在陰涼及乾燥的環境。
  • PETG在列印的時候呈現黏稠,因此不適合用作支撐結構,但附著性很好。
  • PETG雖然不易碎,但比ABS容易刮傷。

 

Polyethylene coTrimethylene Terephthalate (PETT)是另一種PET的變體,比PET來的略微堅硬,因為透明而成為受歡迎的線材。

 

PETG(PETPETT)的性質如下: 

  • 強度:高
  • 可撓性:中等
  • 耐久性:高
  • 列印困難度:低
  • 列印溫度:220 °C 250 °C
  • 列印床溫度:50 °C 75 °C
  • 收縮/捲翹:很小
  • 可溶性:無
  • 與食品接觸的安全性:視製造商而定 

 

PETG 3D印表機線材的使用時機

 

PETG是良好的全能選手,但比其他3D印表機線材勝出的主要原因還是在於柔韌性、強度、抗高溫及抗衝擊性,因此極適合用來製造可能經歷持續或突然應力的物件,例如機械零件、印表機零件及保護性組件。

 

4.

 

尼龍是工業3D列印常用的線材之一,在3D列印業扮演重量級角色,和大部分的其他3D印表機線材相較,當綜合考量柔韌性、強度及耐久性時,尼龍是排名第一的競爭者。

 

尼龍另一個獨一無二的特性是可以染色,不論在列印之前或之後。尼龍的缺點是具有吸溼性,就像PETG一樣,必須儲存在陰涼且乾燥的環境,以確保列印品質。

 

一般而言,尼龍有好幾種等級,其中最常用來做為3D印表機線材的是618645

 

尼龍線材的性質如下:

 

  • 強度:高
  • 可撓性:高
  • 耐久性:高
  • 列印困難度:中等
  • 列印溫度:240 °C 260 °C
  • 列印床溫度:70 °C 100 °C
  • 收縮/捲翹:明顯
  • 可溶性:無
  • 與食品接觸的安全性:視製造商而定

 

使用尼龍3D印表機線材的時機

 

尼龍因為具有極佳的柔韌性、強度及耐久性,可以用來製造工具、功能性樣品或者機械零件(例如鉸鏈、搭扣或齒輪)。

 

5. TPETPUTPC等軟性材料

 

熱塑性彈性體(TPE)是具有類橡膠性質的基礎塑料,因此極為柔韌及耐用,常用在汽車零件、家庭用品及醫療補給品。因為它柔軟且可以拉伸,所以能夠耐得住PLAABS無法忍受的嚴苛條件,但是因為TPE不易壓出,所以沒那麼好列印。

 

熱塑性聚胺基甲酸乙酯(TPU)TPE的一種,也是常見的3D印表機線材,和一般的TPE相較,TPU略微堅硬一些,因此也比較容易列印,另外,耐久性也略爲好些,在寒冷的環境下也較能保持彈性。

 

熱塑性共聚酯(TPC)也是TPE的一種,但沒TPU那麼普遍,TPC的主要優點是具有較高的耐化學性、耐UV性及耐熱性(可高達150 °C)。

 

TPETPUTPC的性質如下:

 

  • 強度:中等
  • 可撓性:非常高
  • 耐久性:非常高
  • 列印困難度:中等(TPETPC),低(TPU
  • 列印溫度:210 °C 230 °C
  • 列印床溫度:30 °C 60 °C(不一定需要)
  • 收縮/捲翹:很小
  • 可溶性:無
  • 與食品接觸的安全性:不安全

 

使用時機

 

TPETPU適合用來建造會承受大量磨耗的物件,如果你想要列印的物件會彎曲、拉伸或壓縮,那麼選這類材料就對了,例如玩具、手機殼或穿戴裝置(如腕套)。TPC也可以用在同樣的時機,但在嚴苛的物理衝擊及熱環境(例如室外)下,就沒那麼好。

 

6. 聚碳酸酯(PC)

 

聚碳酸酯除了是本文所介紹的3D印表機線材中強度最高者之外,耐久性也非常好,並且對物理衝擊及熱也有很高的抵抗性,可以耐受高達110 °C的溫度。另外,聚碳酸酯呈現透明,在商業上用於製造防彈玻璃、水肺面罩及電子顯示螢幕等。

 

雖然使用時機有點類似,但不要把PC和壓克力或樹脂玻璃搞混,PC具有柔韌性(雖然不像尼龍那麼好),讓它可以彎曲一直到變形為止,而另兩種材料在應力下會碎裂或破裂。

 

PC具有吸溼性,會吸收空氣中的水分,因此要儲存在陰涼乾燥的環境,以確保列印品質。

 

PC的性質如下: 

  • 強度:非常高
  • 可撓性:中等
  • 耐久性:非常高
  • 列印困難度:中等
  • 列印溫度:270 °C 310 °C
  • 列印床溫度:90 °C 110 °C
  • 收縮/捲翹:嚴重
  • 可溶性:無
  • 與食品接觸的安全性:不安全

 

使用時機

 

因為物理性質使然,PC適合用來製造在高溫環境下必須保持強度、韌度及形狀的零件,例如電氣、機械及汽車組件。另外,它的光學澄淨度也被應用於照明裝置或螢幕。

 

第二類:奇特及娛樂型3D印表機線材

 

上面六種標準型線材著重在強度、柔韌度及耐久性等物理性質,以下則是一些有趣的線材,其受歡迎的原因有很大一部分是來自於美感、組成或者特殊效果。

 

7. 木材

 

這是一種掺入木材纖維的PLA線材,目前市面上已有許多這類的木材-PLA掺合線材,木材包括常見的松木、白樺、杉木、黑檀木及柳木,以及不那麼常見的竹子、山桃木、椰子及軟木等。

 

想要列印木材-PLA掺合線材,必須在它的優缺點間進行取捨,其強項是美感及觸感,但柔韌度及強度則有不足。列印時要注意溫度的控制,溫度太高會使外觀有燒焦的感覺,但可以簡單地用後加工來美化外觀。

 

使用時機

 

如果物件強調的不是功能性而是外觀,那就很適合使用木材-PLA掺合線材,例如放在桌上或架上展示的物件,包括碗、公仔及獎章。較有創意的作品是比例模型,例如建築模型。

 

8. 金屬

 

如果你想印一些有重量感又閃閃發亮的物件,金屬是不二的選擇。金屬線材不是十成十的金屬,而是金屬粉末與PLAABS的掺合物,但這並不妨礙它看起來及摸起來就像金屬,甚至連重量都像金屬。

 

市面上可以買得到的金屬3D印表機線材有青銅、黃銅、紅銅、鋁及不銹鋼等,如果你想要物件看起來很特別,列印完畢之後還可以實施拋光、風化或銹蝕處理。

 

列印金屬掺合線材會增加更換噴頭的頻率,因為金屬顆粒具有磨蝕性,它會磨耗噴頭。

 

最常見的金屬3D印表機線材是約50%金屬粉末與約50%PLAABS的掺合物,但也有金屬含量高達85%的線材。

 

使用時機

 

金屬線材適合列印具有美感及功能性的物件,公仔、模型、玩具及代幣列印出來的效果都很好。如果不會承受太大的應力,金屬3D印表機線材也可以用來列印工具、爐柵或加工組件等。

 

9. 可生物分解的線材(bioFila)

 

可生物分解的3D印表機線材獨佔一格,因為它最有價值的地方不在於物理性質,而是可以減輕塑料對環境的衝擊。

 

除了前文提到的PLA是可生物分解的線材之外,這類線材還包括twoBEars公司的bioFila系列及Biome Bioplastics公司的Biome3D

 

使用時機

 

雖然可生物分解的3D印表機線材的主要訴求是環境友善,但用來列印具有堅固物理性質的物件也是不錯的選擇,尤其是在你對強度、柔韌度或耐久性沒有特定要求的時候,例如打樣樣品。

 

10. 導電性線材

 

這類線材是在PLAABS中加入導電性的碳微粒而製得,適合列印低電壓電子電路,例如利用雙噴頭3D印表機,一個噴頭列印導電性線材,另一個噴頭列印一般的PLAABS

 

使用時機

 

雖然這類導電性線材只能印出低電壓電路板,但可以試著聯結LED、感測器甚至樹莓派(Raspberry Pi),看看效果如何。另外,遊戲機控制器、數位鍵盤及觸控板也是常見的應用。

 

11. 黑暗中發光的線材

 

黑暗中發光的線材,不言自明,就是印出的物件放在燈光下一段時間,然後關掉燈光,就可以看到物件發出幽幽的綠光。當然顏色不一定是綠色,也有可能是藍色、紅色、粉紅色、黃色或橘色,但還是綠色比較酷。

 

這類線材是在PLAABS中加入磷光材料而製得,它會先吸收再放射光子,這也是為什麼它要先在光線下放置一段時間才會發光,因為它要先儲存能量,然後再將能量釋放出來。

 

列印的時候要增加壁的厚度,並且填實度(infill)要小,壁越厚發光越強。

 

使用時機

 

想到幽幽的綠光,馬上就會聯想到可以用這類線材來列印萬聖節用品,例如南瓜燈或窗戶裝飾品,其他的應用還包括穿戴裝置(例如珠寶)、玩具及公仔。

 

12. 磁性線材

 

這類3D印表機線材是在PLAABS中掺入粉末狀態的鐵而製得,列印出來的物件呈現顆粒狀炮銅色外觀,並且會被磁鐵吸引。

 

這類3D印表機線材實際上是鐵磁性,也就是說,它們會被磁場吸引,但本身不會產生磁場,易言之,它們會黏到磁鐵上,但本身不是磁鐵。

 

它們可以用來列印裝飾品(特別是吸在冰箱上者),玩具或工具也是很有創意的應用。

 

13. 變色線材

 

還記得80年代隨體溫高低改變顏色的T恤嗎?還是心情戒指?同樣的概念,這類3D印表機線材也是利用溫度的變化來改變顏色。最常見的是紫色變粉紅色、藍色變綠色或黃色變綠色,而且基礎塑料也是PLAABS

 

這類線材沒有特殊的物理、觸覺或功能等特性,純粹是美學的訴求,如果你常使用PLAABS線材列印,但有時候想要有些視覺變化的時候,就可以嘗試一下用這種線材來列印手機殼、穿戴裝置、玩具或者容器。

 

第三類:專業級線材

 

這類線材是基於以下兩個原因被列為專業級線材,ㄧ是它們比較不常用在桌上型3D列印,其擅長的舞台是工業及商業領域,二是它們除了單純是列印材料之外,還提供功能性(例如結構支撐或壓出器清潔)。

 

14. 碳纖維線材

 

PLAABSPETG及尼龍之類的3D印表機線材以碳纖維進行強化時,會得到重量極輕但非常硬挺且堅固的材料,極適合用來做爲耐受不同環境的結構。

 

碳纖維線材的缺點是會增加對3D印表機噴嘴的磨耗,特別是像黃銅之類的軟金屬製成的噴頭,即使只有500公克的碳纖維線材就足以讓黃銅噴嘴的直徑變大。除非你對經常更換噴嘴極為享受,不然還是考慮用較硬材料製成(或塗佈)的噴頭。

 

碳纖維因為具有結構強度及低密度,所以極適合用來製作機械組件,如果你想更換模型車或飛機的零件,找碳纖維線材就對了。

 

15. PC/ABS線材

 

聚碳酸酯ABS合金(PC-ABS)是一種堅硬的塑料,結合聚碳酸酯的強度及耐熱性與ABS的柔韌性,常用於汽車、電子及電信等產業,是全世界使用最多的工業塑料之一。

 

這種線材的缺點是列印過程略微複雜,ㄧ是PC-ABS具有吸溼性,建議在列印前先烘烤一下,二是它需要的列印溫度較高(至少260 °C),三是容易捲翹,所以要用較高的列印床溫度(至少100 °C)。

 

16. HIPS

 

結合聚苯乙烯硬度與橡膠彈性的高耐衝擊性聚苯乙烯(HIPS)在商業常用於保護包覆及容器,例如CD外殼。

 

3D列印界,HIPS最常和ABS搭配在雙噴頭3D列印中做為支撐材料,列印時先用HIPS填滿需要支撐的間隙,再將印好的物件放在檸檬油精(limonene,一種無色液態烴)中將HIPS溶解掉,就可以得到鏤空之類的物件。

 

HIPS不能和ABS之外的其他3D印表機線材搭配,因為它們會被檸檬精油破壞,但ABS則完全無損。HIPSABS是最佳拍檔,它們有類似的強度及韌度,並且列印溫度也接近。

 

雖然主要用途是做為支撐材料,但HIPS本身也是還不錯的3D印表機線材,它比PLAABS來的堅固,捲翹沒ABS來的嚴重,並且很容易膠合、磨砂及噴塗。

 

17. PVA

 

聚乙烯醇(PVA)可溶解於水是它的主要賣點,在雙噴頭印表機中,和其他的3D印表機線材搭配,PVA是很棒的支撐材料。同樣做為支撐材料,PVAHIPS來得好的原因是除了ABS之外,它還可以搭配PLA及尼龍線材。

 

這種3D印表機線材的缺點是比較難列印,因為它的吸溼性非常強,所以儲存的時候要小心,另外,列印前置時間如果拖得太久,光空氣中的水氣就足以損壞線材。

 

18. (MOLDLAY)

 

以前想要列印真正的金屬(例如黃銅、錫或其他金屬)物件,只有專業人士才辦得到,但現在因為有蠟質3D印表機線材的問世,變得不再那麼遙不可及。這種製程稱為脱蠟法(Lost wax)或者包模鑄造法(Investment casting),它的工作原理大致如下: 

  • 建立陽模(Positive mold):也就是先用蠟建立最終物件的模型。
  • 將模型浸在熟石膏中,然後讓它乾燥。
  • 將蠟-熟石膏模型放在爐中,加足夠的熱讓蠟熔化,在熟石膏中形成物件的陰模,最後進行金屬的鑄造。 

蠟質3D印表機線材的問世讓第一步驟變得簡單可行,因為以前是要由純蠟雕刻出模型。

 

蠟質3D印表機線材的王者是Kai Parthy CC Products的產品MOLDLAY,在使用這種線材或類似材料的時候,記得它們比大部分3D印表機線材柔軟的多,列印的時候要調整壓出器並在列印床塗抹黏著劑。

 

19. ASA

 

ABS雖然是很棒的材料,但因為有上述的缺點,所以塑料製造商一直在找尋適當的替代品,丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)是其中之一,它的特性是耐候性極佳,所以主要用在汽車業。

 

除了強固、堅硬及容易列印之外,ASA線材的優點還包括極佳的耐化學性及耐熱性,最最重要的是它可以改變形狀及顏色。ABS的列印物件放在室外很容易發生水蝕或變黃,但ASA則不然,因此很適合用來列印鳥籠及裝飾花園的小矮人。

 

ASAABS好的另外一個原因是列印時比較不容易捲翹,但要注意調整冷卻風扇。

 

20. PP

 

聚丙烯(PP)因為具有結實、柔韌、輕質、耐化學性及食品安全等特性,所以應用廣泛,包括工程塑膠、食品包裝、紡織品及塑膠貨幣。

 

不幸的是,PP在做為3D印表機線材的時候,卻是有名的難印,非常容易捲翹且層間的附著差,如果沒有這些問題,PP極佳的物理及化學性質,應該能和PLA競爭最受歡迎的3D印表機線材。

 

另外,因為很多家庭用品都是由PP製成的,所以可以回收再製成3D印表機線材。

 

21. POM

 

聚甲醛(POM)也稱為acetalDelrin,是一種知名的工程塑膠,常用於製造高精密度零件,例如齒輪、軸承、相機聚焦構件及拉鍊等。

 

POM因為結實、堅硬、耐磨耗及低磨擦係數,而有廣泛的應用,也因為其低磨擦係數,成就了PP是極佳線材的美名。

 

對上述的大部分3D印表機線材而言,工業應用與非工業應用的分野極為明顯,但對POM而言,則相對較小。POM的光滑特性,讓它不論在製造功能性零件或者量產零件上都有類似的表現。

 

列印POM線材的時候,記得列印床要加熱,因為第一層不那麼容易附著。

 

22. PMMA

 

也許你沒有聽過聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),但可能知道壓克力或者普列克斯有機玻璃(Plexiglas),沒錯,它們是同一種材料,因為質輕且耐粉碎,常做為玻璃的替代品。

 

PMMA具有堅硬、耐衝擊及透明等特性,可以用來製作窗玻璃或者彩色玩具,但不適合用來製作需要彎曲的物件,因為PMMA的柔韌性沒那麼好。

 

另外,PMMA沒那麼容易列印,為了防止捲翹及確保澄澈,壓出溫度要高且要維持溫度的一致性,可以將列印室包覆起來,以有效管理溫度狀況。

 

23. 清潔線材

 

跟上面提到的其他線材不一樣,這類線材不是用來列印物件,而是用來清潔壓出器,也就是移除先前列印在熱端(hot end)產生的沉積物。當更換不同列印溫度或顏色的線材時,最好用這類線材清潔一番。

 

清潔程序大致如下:壓出器加熱後手動送入清潔線材,擠出上次列印用的殘餘舊線材,再讓壓出器略微冷卻,然後將清潔線材猛然地往回抽。詳細的步驟視個別供應商提供的資訊而定。

 

另外,還要注意以下:

 

  • 清潔線材的使用溫度要由清潔前及清潔後使用那種線材來決定,清潔線材在150 - 280 °C都很安定。
  • 清潔線材一次的使用量通常不超過10公分。
  • 其他的清潔方法還有所謂的冷拔法,它和上面的清潔過程類似,但不用清潔線材。

 

24. FPE

 

柔韌性聚酯(FPE)兼具堅硬與柔軟聚合物的特性,它和PLA很像,但更軟更柔韌,其柔韌性視所用軟硬聚合物的種類及比率而定。

 

FPE最傑出的性質包括層與層的附著性佳,及還不錯的耐熱性與耐化學性,市面上FPE的種類很多,通常以蕭氏硬度(Shore value)區分其規格,例如85A60D,數字大表示柔韌度低。

 

25. 陶瓷(黏土)

 

陶瓷具有食品安全性、可回收性及水密性等特性,可以用來製造杯、盤、雕像或公仔。用黏土列印,需要特殊的3D印表機,其價格通常較高,如果負擔不起,可以委託專業公司代印。

 

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