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      尼龍材料:知道你的第一件3D打印衣服是怎么制成的嗎?

      尼龍材料:知道你的第一件3D打印衣服是怎么制成的嗎?

      發布日期:2021-02-20 瀏覽次數:

      尼龍是最重要的工程塑料之一,在3D打印領域具有其他材料無可比擬的優勢。尼龍產品應用廣泛,幾乎覆蓋每一個領域,是五大工程塑料中應用最廣的品種。
          耐用性尼龍材料
          尼龍(Nylon)又叫聚酰胺纖維,英文名Polyamide(簡稱PA)。尼龍外觀為白色至淡黃色顆粒,制品表面有光澤且堅硬。尼龍材料有很好的耐磨性、韌性和抗沖擊強度,可用作具有自潤滑作用的齒輪和軸承的制備。尼龍耐油性好,無嗅無毒,可作為食品的包裝材料。部分尼龍用作合成纖維,其強度甚至可同碳纖維媲美,是重要的增強材料,在航天工業中被大量應用。尼龍的不足之處是在強酸或強堿條件下不穩定,吸濕性強。

          尼龍布
          尼龍的品種眾多,主要有尼龍6、尼龍10、尼龍12、尼龍66尼龍1010、1212等。3D打印尼龍材料屬于一種特殊的耐用性工程尼龍。耐用性尼龍材料是一種非常精細的白色粉粒,做成的樣品強度高,同時具有一定的柔性,使其具有較強的抗沖擊性能。它的表面有一種沙沙的、粉末的質感,也略微有些疏松。由于尼龍熔融溫度比較高,而熱變形溫度較其他高分子材料相比較低,導致大多數尼龍熔化后的黏度較小,無法滿足FDM工藝的要求,因此尼龍材料多數采用SLS工藝進行打印。
          耐用性尼龍材料在3D打印中的應用
          耐用性尼龍材料在3D打印中的應用主要包括以下幾個方面:
          結構復雜的薄壁管道
          外殼產品制造
          葉輪和連接器
          運動用消費品
          汽車儀表盤和格窗
          裝配設計
          接近最終產品性能的功能性原件
          適用于中小體積的快速制造
          符合生物適應性標準的醫療設備
          車床加工或用黏合劑黏合的零件
          結構復雜的產品和塑料原型件

          耐用性尼龍材料在3D打印中的代表性應用實例:
          目前3D打印耐用性尼龍材料主要用于制造功能性測試的原型件、模具母模以及最終用途零件等。耐用性尼龍材料在3D打印中的一個突出用途就是在人工骨制造方面的應用:應用SLS技術對顱骨三維CT掃描數據進行燒結,得到完整的顱骨模型。與ABS等其他高分子材料相比,耐用性尼龍材料的加工溫度稍高,其3D打印的制品韌性高于ABS的制品,沖擊強度是PLA制品的10倍以上,因此常被用于高機械強度的零件制造。
          尼龍因其輕質高強的特性早已廣泛應用于服裝領域,很多設計師們都在嘗試使用尼龍作為原料進行服裝的3D打印。2011年,Shapeways公司推出全球第一款利用SLS技術3D打印出來的比基尼泳衣。這種尼龍材料非常潔凈、結實且富有彈性,是3D打印技術服裝制品商業化的開端。
          尼龍材料突出的柔韌性、機械性能、較低的密度為3D打印在時尚界的發揮提供了廣闊的施展空間。上圖是一款3D打印的高跟鞋,這款鞋子的網狀結構主要是由耐用性尼龍粉末材料構成。
          英國的歐洲航空防務與航天集團展示了一輛3D打印的自行車“Airbike”。Airbike用尼龍材料制造,打印技術為SLS(選擇性激光燒結),與鋼鋁材料的堅固程度相當,但重量卻比鋼鋁材料輕65%。
          英國南安普頓大學的工程師制成了全球首款3D打印的飛機“SULSA”。這架飛機的外殼是利用SLS激光燒結技術制成,機身相當輕便,具有良好的強度。
          尼龍玻纖
          用不同性能的材料進行復合,充分發揮優勢互補,能夠使其某些特定性能得到大幅度的提高,從而進一步拓寬應用領域。
          玻璃纖維(Glass Fiber)是一種性能優異的無機非金屬材料。其單絲直徑從幾微米到幾十微不等,大約相當于一根頭發絲的1/20~1/5。玻璃纖維作為復合材料中的增強材料、絕熱保溫材料和電絕緣材料廣泛地應用于國民經濟的各個領域。
          玻璃纖維
          尼龍玻纖由玻璃纖維加入尼龍材料復合而成。研究表明在尼龍中加入30%的玻璃纖維,其強度、穩定性、耐熱性和耐老化性能均有明顯提高。尼龍玻纖改善了單一的尼龍材料熱收縮率高和尺寸穩定性差的缺陷,使其更加吻合作為3D打印材料的需要。另外,由于玻纖對尼龍性能的提高以及熔體流變性能的改變,使尼龍玻纖不僅能夠用于SLS技術的打印,還能充分滿足FDM工藝的打印需要。
          在汽車領域中,世界首輛3D打印汽車原型Urbee于2013年問世,由Urbee團隊設計而成,其主要材料是尼龍玻纖。Urbee團隊對尼龍玻纖的使用有豐富的經驗,尼龍玻纖材料被應用于汽車玻璃鋼罩、擋泥板、車頂,以及汽車制造模具的打印中。在整個制作過程中,他們將尼龍玻纖材料切割成圓形橫截面的薄層后再擠壓成絲狀,利用FDM打印機打印制作而成。尼龍玻纖從噴頭擠壓出來的絲狀材料甚至能達到人的頭發絲那么細,從而有效保證了打印產品的精細度。整個車的零件打印只需耗時2500小時,生產周期遠小于傳統汽車制造周期。

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