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尼龙(Nylon)又叫聚酰胺纤维,英文名Polyamide(简称PA),尼龙产品应用广泛,几乎覆盖每一个领域,是五大工程塑料中应用最广的品种,是最重要的工程塑料之一。同时,尼龙材料在3D**领域具有其他材料无可比拟的优势。
尼龙外观为白色至淡黄色颗粒,制品表面有光泽且坚硬。尼龙材料有很好的耐磨性、韧性和抗冲击强度,可用作具有自润滑作用的齿轮和轴承的制备。尼龙耐油性好,无嗅无毒,可作为食品的包装材料。部分尼龙用作合成纤维,其强度甚至可同碳纤维媲美,是重要的增强材料,在航天工业中被大量应用。尼龙的不足之处是在强酸或强碱条件下不稳定,吸湿性强。下图为一些常见的尼龙制品。
尼龙材料
尼龙的品种众多,主要有尼龙6、尼龙10、尼龙12、尼龙66尼龙1010、1212等。3D打印尼龙材料属于一种特殊的耐用性工程尼龙。耐用性尼龙材料是一种非常精细的白色粉粒,做成的样品强度高,同时具有一定的柔性,使其具有较强的抗冲击性能。它的表面有一种沙沙的、粉末的质感,也略微有些疏松。由于尼龙熔融温度比较高,而热变形温度较其他高分子材料相比较低,导致大多数尼龙熔化后的黏度较小,无法满足FDM工艺的要求,因此尼龙材料多数采用SLS工艺进行打印。
耐用性尼龙材料在3D打印中的应用主要包括以下几个方面:
耐用性尼龙材料在3D打印中的代表性应用实例
目前3D打印耐用性尼龙材料主要用于制造功能性测试的原型件、模具母模以及最终用途零件等。耐用性尼龙材料在3D打印中的一个突出用途就是在人工骨制造方面的应用:应用SLS技术对颅骨三维CT扫描数据进行烧结,得到完整的颅骨模型。与ABS等其他高分子材料相比,耐用性尼龙材料的加工温度稍高,其3D打印的制品韧性高于ABS的制品,冲击强度是PLA制品的10倍以上,因此常被用于高机械强度的零件制造。
利用尼龙材料3D打印的汽车零部件
尼龙因其轻质的特性早已广泛应用于服装领域,很多设计师们都在尝试使用尼龙作为原料进行服装的3D打印。2011年,Shapeways公司推出全球第一款利用SLS技术3D打印出来的比基尼泳衣。这种尼龙材料非常洁净、结实且富有弹性,是3D打印技术服装制品商业化的开端。
尼龙材料制成的比基尼泳衣
尼龙材料突出的柔韧性、机械性能、较低的密度为3D打印在时尚界的发挥提供了广阔的施展空间。下面介绍两款3D打印在制鞋领域的应用。
利用尼龙材料打印的运动鞋与耐用性尼龙材料打印的高跟鞋
这款3D打印高跟鞋的网状结构主要是由耐用性尼龙粉末材料构成。
英国的欧洲航空防务与航天集团展示了一辆3D打印的自行车“Airbike”。Airbike用尼龙材料制造,打印技术为SLS(选择性激光烧结),与钢铝材料的坚固程度相当,但重量却比钢铝材料轻65%。
基于SLS技术制成的尼龙材料自行车“Airbike”
英国南安普顿大学的工程师制成了全球首款3D**的飞机“SULSA”。这架飞机的外壳是利用SLS激光烧结技术制成,机身相当轻便,具有良好的强度。
利用尼龙材料3D打印的飞机