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在塑料的世界里，设计师有很多不同的选择。塑料的材质有那么多，其实选择的过程是合适的3 d印刷塑料对于原型和随后的生产塑料似乎令人生畏。本文试图阐明可用的塑料材料的主要类型，以及每种材料的应用。
概述:不同类型的塑料材料
塑料是一种合成材料，可用于多种不同用途。它们通常由石油化学制品制成，但也可以由一些天然成分制成。一些常见的塑料包括尼龙、缩醛和高密度聚乙烯。
虽然两种主要类型的塑料是热塑性塑料和热固性塑料，这篇文章将专注于塑料的机械行为分组，详细如下:
硬质塑料
简而言之，这些是我们用于电子设备外壳、足球头盔、电动工具主体、磁带分配器和砧板等物品的塑料。它们的柔韧性远不如弹性体，但强度要大得多。它们通常按照Shore D量表进行评级，这将在下面详细说明。一些常见的硬质塑料是腹肌，尼龙，HDPE,聚碳酸酯．
弹性体
弹性体也被称为橡胶，是一类聚合物的特点是低弹性模量和高应变破坏。换句话说，它们是“有弹性的”。一些常见的弹性体是硅橡胶，HNBR，丁腈，丁腈和聚氨酯橡胶。下图是由液态硅橡胶化合物制成的零件。
更具体地说，该组件是一种铂催化硅橡胶，在室温下轻压力下固化。
纤维增强塑料
这些塑料有增强纤维分散在塑料中，以增加刚性，强度和耐磨性。常见的例子包括玻璃纤维和碳纤维铺层。纤维被切碎也很常见注射模制塑料．下面的图片显示了一把袖珍刀的把手，尼龙塑料与玻璃纤维填充。
这把刀已经每天随身携带两年多了，几乎没有磨损。这主要归功于玻璃填充塑料的机械性能。
一些SLS打印零件可能有玻璃填充尼龙粉末，这产生了比标准尼龙高得多的硬度零件。选择这样的选项将是复制上面句柄的好选择。
添加剂改性塑料
在基础塑料中加入添加剂也很常见，以产生各种理想的特性。一些常见的添加剂是:抗菌剂，抗静电剂，增塑剂，颜料，紫外线稳定剂，填料和阻燃剂。有更多的选择，所以如果你有一个特殊的需求除了常见的添加剂，我建议联系塑料材料供应商。
需要考虑的重要机械性能
无论塑料的类型，有一些基本的材料特性需要了解，以进行最佳的材料选择。
屈服强度
这是在材料永久变形之前可以施加到材料上的最大应力。我的文章在这里更详细地介绍了这个主题。重要的是要知道在几乎所有的情况下，你希望材料的应力保持在材料的屈服强度以下在使用期间。
下面的图像详细描述了一个塑料组件在其原始状态下的情况，以及在它被加载超过屈服强度后的情况。
正如我们所见，由于过度受力，这部分已经永久变形了。我们不能期望这部分的表现，因为我们已经超过了材料的屈服强度。
极限强度
极限强度很像屈服强度，只不过它是零件完全失效的应力。下图显示了上面加载的相同组件，但加载的距离更远且完全分离。
扬斯模量
也被称为弹性模量，这是材料在加载时“拉伸”的量。如果我们保持在屈服强度以下，零件将恢复到它原来的形状后，负荷消除。在上面提到的文章中详细介绍了这个概念的更多细节。
下图展示了一个由弹性体在两种情况下制成的鱼饵:原始状态和拉伸状态。
虽然材料已经拉伸了相当远，但在去除载荷后，它将恢复到原来的状态。弹性体也通常用于垫片和密封件。下面的图像显示了一个橡胶环垫片底部的盖子为我的压力室。
这种弹性体可以承受60psi的压力，同时保持腔室的压力，防止捕获空气泄漏。类似的垫圈也可以在搅拌机、旅行咖啡杯和许多其他物品上找到。
硬度计
不同的塑料和橡胶有不同的硬度值，这被称为材料的硬度计。更具体地说，本文通常使用肖氏硬度标度。在肖氏硬度中，按硬度增加的顺序有三种分类:00、A和D。铅笔橡皮擦的硬度在Shore A标准下约为40，而塑料安全帽的硬度在Shore D标准下接近80。
伸长
伸长率是指材料的拉伸能力。如果应力保持在屈服点以下，在大多数情况下，构件会恢复到原始形状。如果应力超过屈服点，但低于材料的极限强度，零件将变形，但保持完整。如果应力超过极限强度，零件将如上图所示分离。
与大多数其他材料相比，塑料和弹性体通常有更高的伸长率，前者在弹性区域有较高的伸长率。标准塑料不能像弹性体一样拉伸，但它们在塑料变形后的延伸率通常也很高。
摩擦系数
摩擦系数是一个术语，描述的是运动的力和物体垂直于法向力的比率。更简单地说，它描述的是物体在材料上滑动的效果。这对于将用于滑动或动态接触应用程序的项目是重要的。有些轴承是用特氟龙(聚四氟乙烯)材料，因为摩擦系数低。
其他重要的材料特性
除了常见的材料的机械性能之外，还有一些塑料的附加性能可能是重要的，基于您的预期应用。这些属性如下:
- 生物相容性-并非所有的塑料在生物医学应用中都是安全的，但那些可以被认为是生物相容性的。这些塑料可以在体内使用而不会产生不良反应。一些常见的生物相容性塑料有:偷看、PE、PVC(医疗等级)、PP、PTFE等。这些材料中的大多数都是注塑成型、挤压成型或其他一些热成型方法。然而，3D打印生物材料的等级，如MED610和ULTEM CG，可以在认证状态下采购。尼龙和VisiClear也适用于一些应用…更广泛的指南可以在这篇文章．记住，即使某种特定的材料具有生物相容性，也必须有其他控制措施来证明它们是生物相容性的。这就是stratasys提供ULTEM 1010认证和非认证选项的原因。
- 抗菌-抗菌材料抑制微生物生长的能力，甚至可能摧毁它们。通常，它是塑料的表面处理，通过专门的过程嫁接到表面上。它也可以由表面粗糙度和排水能力驱动。你很少会找到抗菌的3D打印表面，但人造塑料如HDPE, PETE, PP和SAN是常见的治疗选择。你可能在生活中的某个时刻见过抗菌HDPE砧板。
- 可制造性和工艺能力-这是一个宽泛的类别，简单地描述了塑料通过不同工艺制造的能力。例如，PEEK可以注塑，挤压，数控切割，拉挤，等等。液态硅橡胶将主要限于成型形式。普通热塑性塑料通常可以通过比热固性塑料更多的方法制造，但并不总是如此。
- 耐温性-塑料的工作温度范围有限，特别是与金属或陶瓷相比。因此，选择一种能在你的操作条件下存活的塑料是很重要的。例如，3D打印18beplay官网 而且PPS是一些high-temperat18beplay官网 重新选择。
- 光学性质-某些组件可能需要传输光或阻挡光的能力。对于光管，您将需要透明的材料，如VeroClear或Acura 60。对于容纳光管的外壳，你很可能想要防止光泄漏或传输。有一篇关于如何设计光管的好文章在这里．
- 尺寸稳定性和吸湿性-由于机械稳定性，有些塑料比其他塑料在尺寸上更稳定。这可能是由几个因素造成的，其中一个常见的因素是吸湿。像聚氨酯和尼龙这样的塑料会吸收相当多的水分，部分会倾向于生长。这也发生在ABS上，它会在真空成型板材时引起起泡问题。当谈到3D打印时，了解由3D打印机制造的材料的尺寸限制也很重要。一些材料，如PLA不能达到尺寸精度的水平，如材料VeroWhite/黑色。
- 食品安全——类似于生物相容性，食品安全是一个术语，用来描述塑料是安全的，用于存储或包含食品，它取决于材料认证。例如，HDPE通常用于存储食品，如牛奶罐，但并不是所有的HDPE都被认为是食品安全的。
设计指南:3D打印材料vs生产材料
当涉及到3 d打印技术在生产制造层面，一种技术可用的塑料可能不能用于下一种技术。3D打印材料选择比数控加工或注塑件由于印刷某些材料的困难，但有一些共同的材料之间的技术以及材料的密切代表将弥合差距。为了得到最接近的匹配，我们在下面的图表中创建了一些指导方针。
如果你想使用3D打印的原型组件，同时保持尽可能接近的最终产品，可能经历更高的数量制造，你需要选择最接近的材料匹配。做到这一点的最佳方法是指定要复制的关键属性。我建议从该部件固有的关键性能开始，然后转到上面列出的常见机械性能。
这里有一个例子:
说你想设计一个光管，根据产品的透光需要而创建。因为你需要光的传输，你的材料选择将被限制在塑料之类的VeroClear．
如果你正在研究一个结构应用，你将关心的关键特性是杨氏模量和屈服强度，因为你想复制挠度和失效点。
如果我们回到光管的例子，让我们假设您计划使用亚克力生产部件。在这种情况下，Acura 60比VisiClear更接近，如下表所示:
这个表不是完全全面的，但希望它能给你一个更好的指示，如何匹配模数的3D打印组件与制造/生产级别的对应。另外，请注意这个表只是通过增加模数来对材料进行排序，并没有将最匹配的材料并排放置。也就是说:如果我们想要模拟生产级ABS，我们将最有可能使用3 d印制ABS而不是中国人民解放军这就列在旁边了。
此外，这个表忽略了其他的机械性能，如伸长和屈服强度。例如，VeroWhite的模量接近于聚碳酸酯(PC)，但延伸率有很大的不同。VeroWhite的延伸率在10-25%之间，而未填充PC的延伸率在60 - 100%之间。这意味着材料在屈服强度之前可能表现相同，但VeroWhite在屈服点之后会失效得更快，因为它不具备相同的延伸率。
主要收获
塑料的种类繁多，组合的种类也更多。在设计阶段，首先定义原型的关键需求是很重要的，以及未来的生产部件，以指导正确的材料选择。
从这些要求中，可以根据可用的原型选择合适的塑料，以获得与最终生产单元最接近的表示。这将最终减少最终产品中的不确定性和风险，同时增加新产品开发过程中的学习率。
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