1.4 現(xiàn)階段3D打印的材料與價格

現(xiàn)階段3D打印用的材料主要以塑料為主，部分高端機器可以打印石膏和金屬。

1.4.1 塑料

塑料是目前用得最多的打印材料，其中又以ABS和PLA為主，這兩種材料主要用于桌面級的FDM打印機，也是創(chuàng)業(yè)者最有可能接觸到的設備。因此對于這兩種材料的性能與價格，有詳細了解的必要，本書也會針對這兩種材料做詳細比較。

1．ABS

ABS，原名為“丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物”，是最早用于桌面級FDM的線材材料。

□ 打印溫度

這種材料的打印溫度為210～240℃，打印時需要加熱底板，溫度為80℃以上。ABS的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（即這種塑料開始軟化的溫度）為105℃。

□ 打印性能

一般來說，ABS塑料相當容易打印。無論用什么樣的擠出機，都會滑順地擠出材料，不必擔心堵塞或凝固。然而擠完后的步驟卻有點困難，這種材料具有遇冷收縮的特性，會從加熱板上局部脫落、懸空，以造成問題。另外，要是打印的物體高度很高，有時還會整層剝離。因此，ABS打印不能少了加熱板。除此之外，還建議各位打印ABS時使用密閉式的打印機，最好也別在室溫太低的房間打印，因為這會加速材料的冷卻，導致收縮，影響打印效果。ABS能打印得非常快，還能設定儀器大幅增加回抽的速度。由于抽絲的毛病很罕見，因此通常只要稍微回抽一下即可。

□ 模型強度

只要以適當?shù)臏囟却蛴?，讓層層材料牢牢粘住，ABS的強度就會變得相當高。另外，ABS具有柔軟性，即使承受壓力也只會彎曲，不會折斷。ABS還具有很好的彈性，能夠用來打印成穿戴用品，如手鐲、戒指等，如圖1-54所示。

□ 缺點

ABS的缺點和優(yōu)點一樣明顯，主要有兩個：有刺激性氣味、打印需要加熱板。

ABS最大的缺點就是打印時會產(chǎn)生強烈的氣味。如果在通風不良的房間打印ABS線材后會感到很不舒服，時間一長會產(chǎn)生頭暈、干嘔、惡心的癥狀。因此強烈建議各位在通風好的房間里打印ABS，打印機也不要放置在臥室中，盡量選用封閉式的打印機，在打印時最好戴上面罩等保護裝備。

其次就是打印時需要加熱板，沒有加熱板的打印機無法打印，創(chuàng)業(yè)者在選購打印機時需要引起注意。假如要在沒有擋風和抗溫裝備的狀態(tài)下打印大型物體，就必須小心別讓材料整層剝落及破損。

□ 適用的打印方向

ABS適合制作可能會掉落、使用于高溫環(huán)境下，或是經(jīng)常接觸、磕碰的物品。如刀柄、車用手機架、手機保護殼、玩具、手鐲、戒指等。總之，幾乎所有的東西都適用ABS來打印。如圖1-55所示為用ABS打印的手機支架。

□ 價格

ABS線材比PLA略貴，一般在60～200元/kg。這里要注意的是：部分公司出品的3D打印機，只能使用同公司的線材（線材直徑與噴嘴口徑都是特制的），因此價格有高有低，創(chuàng)業(yè)者在選購時需要注意。

2．PLA

PLA，通常指聚乳酸。這種材料為生物分解性塑料，是目前用得最多的3D打印用材料。

□ 打印溫度

這種材料的打印溫度為180～200℃。盡管加熱板非必備品，但我還是建議大家在60℃時使用這種配備。PLA的玻璃轉(zhuǎn)化溫度是這種材料最大的缺點，僅有60℃左右（這具有科學上的價值），因此用途有限。

□ 打印性能

PLA的打印性能幾乎與ABS完全相反，經(jīng)常會堵塞熱端（尤其是全金屬制的熱端更是如此）。這是因為PLA熔化后容易附著和延展，但這并不代表PLA不適合打印，只要在裝設軸承時，滴一滴機油到熱端上，就能滑順、不堵塞。PLA真正體現(xiàn)打印性能的地方，就要數(shù)放在打印板上的時候了，由于這種材料幾乎不會收縮，所以即使是開放式的打印機，也能打印巨大的物體，不必擔心成品從板子上懸空、歪斜或破損。這種材料正好適合實地在公共場所做3D打印。

□ 模型強度

雖然PLA也能打印出強度相當高的物體，卻比其他塑料稍微脆弱一些。要是跌落或撞到東西時，多半會產(chǎn)生缺口或破損，在模型較薄的地方容易出現(xiàn)折斷。

□ 缺點

PLA不適合放進60℃以上的環(huán)境中，這樣的溫度會讓材料變形。此外，這種材料質(zhì)地脆弱，不能用來制造工具的把手或需經(jīng)常使用的零部件。再者，PLA只要稍微彎曲就會折斷，不適合做成薄的東西。

□ 適用的打印方向

PLA為生物分解性塑料，既能回收，也會腐朽消失，適合制作盒子、禮物、原型的模型，也可以用在室外的一些結(jié)構(gòu)件上，如圖1-56所示。雖然PLA號稱會生物分解，但若不加熱就不會分解。另外，PLA還具有一定的通透性，在打印薄件時會有一定的透明效果，很美觀，如圖1-57所示。

□ 價格

PLA應該是目前最便宜的塑料類打印材料，價格大致在30～180元/kg。

1.4.2 金屬

可以用于打印的金屬通常是延展性好的金屬，如金、銀、鋅合金、錫合金、鋁合金、銅合金等，也有能打印鋼鐵的。打印的材料通常是粉末狀的金屬或金屬錠。

部分高端的打印機可以用來打印金屬部件，如3D System公司出產(chǎn)的sPro 60SD、60HD、140和230這4款機型，就是應用SLS原理的金屬打印機，如圖1-58所示。利用這種金屬打印機可以打印出傳統(tǒng)方法無法加工生產(chǎn)的復雜模型，如圖1-59所示就是打印出的金屬零件。

但是這種打印機的造價非常昂貴，市場價在600萬元人民幣左右，在加上關(guān)稅、運費和材料上的花銷，總成本在1000萬元人民幣左右，因此它的加工成本也非常高。這不是普通公司或個人能夠消費得起的，所以本書對于金屬打印只略做提及，不再詳述。

提示：目前市場上也有一些號稱可以打印金屬的3D打印機，打印的原理類似于注塑機和壓鑄機的結(jié)合體，其打印出來的模型外觀質(zhì)量很差，強度也很低，沒有實用性，因此不具備市場競爭力。

1.4.3 非金屬

適用于3D打印的非金屬材料主要有石膏、陶瓷和木材這幾種（亞克力也可以算作一種）。市場上已經(jīng)出現(xiàn)了不少可用于打印非金屬的3D打印機，如Zcorp公司出產(chǎn)的Zprinter660打印機，就是采取3DP技術(shù)制作的、可以用來打印石膏粉等非金屬材質(zhì)的3D打印機，如圖1-60所示。這種機型的售價在50萬元以上，目前市場上的3D打印人像館，通常都采用這種打印機。

盡管3D打印機的價格非常昂貴，但是它的材料卻很便宜。彩色石膏粉的市場價位在35～40元/25kg，極為低廉。由于材料本身基于石膏，因此打印出來的模型易碎、堅固、色彩清晰，感覺很像巖石，但需要小心保管?；谠诜勰┙橘|(zhì)上逐層打印的成型原理，3D打印成品在處理完畢后，表面可能出現(xiàn)細微的顆粒效果，在曲面表面可能出現(xiàn)細微的年輪狀紋理。

陶瓷、木材和亞克力這些非金屬材料目前在市場上還沒有普及開，雖然偶有見報，但都是一些零散消息。具體用于打印的表現(xiàn)情況如何還不得而知，因此對于創(chuàng)業(yè)者來說實際意義不大。

1.4.4 生物材料

國外媒體曾在2010年6月6日報道過由美國Organovo公司研制的、“按需打印”患者所需的人體活器官的機器。這種器官當時就被稱作3D生物打印機（3D bio-printer；3D biology printer），這種打印機所用的材料就是生物材料。

3D生物打印機有兩個打印頭，一個放置最多達8萬個人體細胞，被稱為“生物墨”；另一個可打印“生物紙”。所謂“生物紙”的主要成分其實是水的凝膠，可以用作細胞生長的支架。3D生物打印機使用來自患者自身的細胞，所以不會產(chǎn)生排異反應。

這種機器首先“打印”器官或動脈的3D模型，接著將一層細胞置于另一層細胞之上。打印完一圈“生物墨”細胞以后，接著打印一張“生物紙”凝膠。不斷重復這個過程，直至打印完成新器官。隨后，自然生成的細胞開始重新組織、融合，形成新的血管。每根血管大約需要一小時形成，而融合在一起需要數(shù)天時間。Organovo公司首席執(zhí)行官基思·墨菲在接受《工程師》雜志采訪時指出，最終有一天，只需要輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機制造出我們所需要的器官。

器官移植可以拯救很多人體器官功能衰竭或損壞的患者生命，但這項技術(shù)也存在器官來源不足、排異反應難以避免等弊端。因此隨著未來“生物打印機”的問世，這些問題將迎刃而解。

生物打印機的不同之處在于，它不是利用一層層的塑料，而是利用一層層的生物構(gòu)造塊，去制造真正的活體組織，如圖1-61所示。這一技術(shù)尚處于初級階段，不過第一臺3D生物打印機的原型機已在2009年底制造出來，并用以測試?？傮w來說，這項技術(shù)離市場層面還太遙遠。