À l'heure actuelle, il existe environ 14 types de matériaux qui peuvent être utilisés normalement sur les imprimantes 3D, et 107 types de matériaux ont été combinés et développés sur cette base. La plupart de ces matériaux sont des fils, des poudres ou des liquides visqueux.
La technologie d'impression 3D existe depuis des décennies. Depuis sa commercialisation dans les années 1980, il a été largement utilisé dans l'usinage, la fabrication automobile et d'autres industries, et a également été progressivement promu dans des industries telles que la construction, les soins médicaux, la créativité culturelle et la restauration des reliques culturelles.
À l'heure actuelle, il existe quatre méthodes principales pour durcir et former des matériaux d'impression 3D : le chauffage, le refroidissement, l'irradiation ultraviolette et le frittage laser. D'après la comparaison des coûts de diverses technologies, la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est sans aucun doute le coût global le plus bas, de sorte que la popularité est relativement élevée. Du point de vue des matériaux, les plus courants sont les fils fusibles, et les matériaux sont principalement l'ABS, le caoutchouc synthétique, la cire coulée et les thermoplastiques polyester. En plus de la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) la plus économique, le frittage sélectif par laser (SLS) est actuellement la technologie d'impression 3D la plus précise, et de nombreux modèles médicaux et modèles aéronautiques sont imprimés à l'aide de cette technologie. Cependant, d'après les applications pratiques actuelles, les consommables disponibles pour l'impression 3D ne sont pas très riches. Bien que la technologie d'impression 3D de farine d'os, d'hydrogel, de cellules et d'autres encres bio-comme consommables ait également été développée et testée avec succès, les applications de production à grande échelle-à distance ont également un long temps de développement.
Du point de vue des matériaux, ils sont divisés en matériaux métalliques, matériaux biologiques et matériaux non-métalliques et non-biologiques selon leurs différences.
1. Principaux matériaux métalliques
1) L'alliage de titane est l'un des métaux de structure les plus importants découverts par l'homme. Les alliages de titane sont largement utilisés dans divers domaines en raison de leur ultra-haute résistance, de leur excellente résistance à la corrosion et de leur résistance aux hautes températures. En raison des caractéristiques du matériau, les alliages de titane présentent les avantages d'une résistance élevée et d'une faible densité, de bonnes performances de déchargement, de ténacité et d'une bonne résistance à la corrosion. La production annuelle d'alliages de titane dans le monde a atteint plus de 40,000 tonnes, et il existe plus de 30 types d'alliages de titane. Parmi eux, les alliages de titane les plus utilisés sont TI6AI4V (TC4), TI5AI2.5Sn (TA7) et le titane pur industriel (TA1/TA2/TA3) ).
Principalement utilisé dans la société EOS série M, la société de systèmes 3D série SPRO équipement de moulage par frittage de poudre métallique. Utilisé dans l'aérospatiale, les implants médicaux, la fabrication-haut de gamme, etc.
2) La poudre de fer et d'acier se réfère principalement à l'agrégat de particules de fer d'un diamètre inférieur à 0.5mm, la couleur est noire et la principale matière première de la métallurgie des poudres. En termes de propriétés matérielles, le fer métallique complètement pur est blanc d'argent-. La raison pour laquelle la poudre de fer est noire est due à l'absorption de la lumière. La poudre d'acier a une résistance élevée, un lissé de surface élevé, une forte résistance à la corrosion et une faible flexibilité.
Principalement utilisé dans la société EOS série M, la société de systèmes 3D série SPRO équipement de moulage par frittage de poudre métallique. Pour la fabrication industrielle, la conception de modèles, la construction, etc.
3) L'utilisation de la poudre d'alliage d'aluminium dans le domaine de l'impression 3D est très similaire à celle de la poudre de titane et de la poudre de fer, et est principalement utilisée dans les équipements de frittage sélectif par laser (SLS).
4) Les autres matériaux métalliques d'impression 3D comprennent l'or et l'argent, l'alliage de tungstène, l'alliage de cuivre, etc.
2. Matériaux biomatériaux
1) La technologie d'impression 3D des biomatériaux a développé de très larges perspectives dans des domaines biomédicaux tels que la médecine régénérative, l'ingénierie tissulaire, le développement de médicaments et les aides médicales. Les principaux matériaux utilisés sont les cellules vivantes, les matériaux polymères biomédicaux et les matériaux inorganiques. , matériaux hydrogel, polyétheréthercétone (PEEK).
2) Le PEEK est un plastique technique avec d'excellentes performances, avec une résistance à haute température, une auto-lubrification, une stabilité chimique, une résistance aux radiations et des propriétés électriques, ainsi que d'excellentes propriétés mécaniques, qui peuvent être utilisées dans la fabrication de machines et la fabrication aérospatiale . Dans le domaine de la biomédecine, le PEEK présente une excellente biocompatibilité. Comparé aux implants en matériaux métalliques, son module d'élasticité est plus proche de celui de l'os humain, ce qui réduit considérablement l'écart entre le module d'élasticité du métal et l'os humain. Les propriétés mécaniques des implants PEEK peuvent répondre aux besoins physiologiques normaux du corps humain, le PEEK est donc un bon matériau d'implant orthopédique. Comparé aux implants métalliques, le module d'élasticité du PEEK est proche de celui de l'os cortical. Deuxièmement, PEEK peut transmettre des rayons X-, des tomodensitogrammes ou des IRM sans artefacts, ce qui facilite la surveillance de la croissance osseuse et du processus de guérison.
3. Outre les métaux et les biomatériaux, les autres matériaux d'impression comprennent les plastiques, les résines photosensibles, les cires, le plâtre, le nylon et la céramique.
1) Les matières plastiques sont également appelées résine, qui peut changer librement de forme et de style, et est très pratique à utiliser. Dans le domaine industriel, PP/HDPE/LDPE/PVC/PS sont connus comme les cinq principaux-plastiques à usage général. Mais en impression 3D, les matériaux les plus couramment utilisés sont l'ABS et le PLA. Ils sont principalement utilisés dans la fabrication de machines, la conception de modèles, l'éducation et les soins médicaux, la technologie vestimentaire, etc.
2) La résine photosensible est communément appelée colle sans ombre durcissable aux UV - ou résine UV (colle). Les résines photosensibles sont généralement stockées à l'état liquide et sont souvent utilisées pour fabriquer des matériaux à haute-résistance, haute-température, imperméables et autres. Avec l'avènement de la technologie d'impression 3D SLA, ce matériau a commencé à être utilisé dans le domaine de l'impression 3D. Les résines photosensibles traditionnelles sont utilisées dans la joaillerie, la conception de modèles, la fabrication de machines, etc., et les résines photosensibles à haute-performance sont utilisées dans la fabrication à grande-échelle de biens de consommation et de produits finis industriels.
3) Le point de congélation de la cire est relativement élevé, à 38-90 degrés. L'imprimante 3D à cire professionnelle la plus courante est la série PROJET 3500 de la société américaine de systèmes 3D. La cire d'impression 3D est une cire industrielle spéciale. L'effet d'impression final est très délicat, la surface de l'objet est lisse et pleine de texture, avec de bons détails et une excellente précision. degrés, comme le montre la Fig. Principalement utilisé dans le moulage de bijoux, les micro-dispositifs médicaux, les implants médicaux, les figurines, etc.
4) Le gypse est l'un des cinq principaux matériaux de gel, et le gypse utilisé pour les équipements d'impression 3D est généralement une poudre blanche. La poudre de gypse est principalement utilisée comme imprimante d'impression tridimensionnelle (3DP). La buse du liant peut être ajoutée avec des cartouches d'encre couleur en même temps, et la couleur est intégrée dans le liant lors de l'impression, de manière à colorer le modèle, faisant de ce processus le courant le plus mature - technologie d'impression 3D couleur. Principalement utilisé pour la conception de modèles, la fabrication de machines, l'éducation et les soins médicaux, etc.
5) Les matériaux en nylon sont également connus sous le nom de roue résistante (PA). Les matériaux en nylon sont généralement des objets en poudre blanche très fine. Les produits d'impression 3D en nylon ont les caractéristiques de haute résistance, de haute précision, de bonne ténacité, etc., et peuvent résister à certaines pressions. Couramment utilisé dans les modèles complexes, les modèles conceptuels, les petits modèles, l'éclairage et la production fonctionnelle.
6) Les matériaux céramiques ont d'excellentes performances à haute température, une résistance élevée, une dureté élevée, une faible densité et une bonne stabilité chimique, ce qui les rend largement utilisés dans l'aérospatiale, l'automobile, la biologie et d'autres industries. Selon les différentes formes de matériaux céramiques, différentes technologies d'impression 3D peuvent être utilisées pour former. Les techniques courantes sont les suivantes :
A. Fused Deposition Modeling (FDM), qui utilise principalement de la pâte céramique pour fabriquer de la porcelaine pour la visualisation et l'utilisation.
B. Apparence de stéréolithographie (SLA), utilisant une suspension de céramique mélangée à de la résine photosensible, principalement utilisée dans les produits dentaires, les implants, les bijoux, etc.
C. Frittage laser sélectif (SLS), utilisant des matériaux en poudre céramique, en raison de sa précision relativement faible et des exigences élevées en matière de poudre, cette technologie n'est pas beaucoup utilisée.