近年来，塑料的增材制造——尤其是激光烧结已发展成为系列生产工艺。数百万把睫毛刷和数万副眼镜架的生产就是很好的例子，它们表明即使是大批量产品也可以实现经济高效的高质量生产。激光烧结的一个主要优势是利用该工艺标准的热塑性材料可以加工成性能接近注塑成型的高质量零件。尽管激光烧结工艺已经非常成熟，但材料的选择仍然有限。

■作为一种机械性能优异的耐高温阻燃材料，PA66为激光烧结带来了新的应用可能性，例如：应用在传感器支架上（来源：空中客车）

目前市场上的主导产品仍然是聚酰胺11（PA11）和聚酰胺11PA12。通过这些聚合物，该工艺已达到了良好的技术成熟度。但是，它们都不是传统塑料加工的主要材料。聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）等塑料占据的市场份额明显更高。即使在聚酰胺产品中，PA6和PA66也比PA11和PA12占据更高的地位，成为了重要应用中的利基材料。

因此，由于缺乏合适的材料，许多重要的应用领域仍然无法实现增材制造。但是，很多令人关注的应用领域即将大量应用到增材制造，例如：汽车、航空航天、电子和电气以及机械工程领域。然而，很多公司对一步到位同时改变材料和制造工艺感到犹豫，因为增加制造工艺需要投入的精力太多，没有更多的精力同时考虑因为引入新材料带来的变量了。因此，许多潜在的系列应用仍然封闭，尽管加工数量和应用领域大体上都适合。

PA11和PA12的替代需求

近年来，这些行业对此进行了反思。他们对增材制造进行了开发利用，声称在广泛使用的PA11和PA12方面有了明显的突破。这一趋势的焦点是利用该领域常用的材料进行增材制造。因此，人们对增材工艺需要更多原料的呼声越来越高。

但是，用于激光烧结或粉末床熔融的材料的开发通常非常复杂。用料要求和制造部件的要求都基于注塑成型的参考材料。然而，这两种工艺在所需材料的特性方面有着根本的不同，甚至与这些要求相反。

注塑成型需要快速凝固和短结晶时间，而这会使激光烧结加工复杂化。此外，熔融和结晶之间需要一个较宽的加工窗口，而这只有少数半结晶材料能够提供。其他难题还包括缺乏辅助成型的工艺压力以及难以生产具有良好流动性和合适粒度分布的粉末。这些要求不论过去还是现在，都导致许多材料加工性能或零件性能不佳。用户体验差往往导致他们拒绝使用PA11和PA12的替代粉末材料，最终阻碍必要的市场流通。

增材制造的传统塑料

AM Polymers公司专门解决了这个问题——通过注塑成型开发了标准的热塑性塑料和工程塑料用于激光烧结，专注于即插即用的解决方案。在过去数年里，他们推出了许多基于热塑性聚氨酯（TPU）、PE、PP、PBT和PA6的粉末材料，品牌名为Rolaserit。它们的特点是部件性能可与注塑成型相媲美，并且具有良好的加工性能、高断裂伸长率和良好的批次稳定性。该公司特别注重通过广泛的加工技术支持将磨合期缩短至数天，方便客户快速开始零件生产。

用于激光烧结的PA66

Rolaserit PA66-01是AM Polymers首次推出用于激光烧结工艺的PA66粉末材料。与其他聚合物相比，PA66的主要特点在于高热变形温度和耐老化性。此外，这种材料还具有高硬度和高刚度以及良好的耐磨性。凭借这些特性，该材料特别适用于电子以及机械工程、汽车和设备制造领域需要承受高机械应力和热应力的模制部件。由PA66制成的典型部件包括线圈体、滑动轴承、齿轮、联轴器零件以及覆盖物和外壳部件。

该材料是德国联邦教育及研究部（BMBF）通过项目管理组织（Projektträger Jülich）资助的Flatisa联合项目的一部分。该项目是与空中客车（Airbus）和西门子（Siemens）联合开发的Promat_3D计划的一部分（资助编号：03XP0099F）。它已经在上述两家公司经过成功测试，可用于航空航天和电子行业试件的生产（标题图和图1）。

■图1：通过激光烧结生产的PA66电子元件的功能试件：该材料在许多领域都可以替代PA11和PA12（来源：西门子）

该材料具有PA66典型部件的特性，干燥状态下的弹性模量为3100MPa，强度为75MPa，断裂伸长率高达15%。此外，该材料的防火等级达到了UL94 V2。作为商业化步骤的第一步，该材料将作为在AM Polymers设备上生产的零件出现在用户市场上。该材料在激光烧结系统（型号：ST252P，制造商：Farsoon Europe）上表现出了优异的可加工性，并且因为具有良好的延性，还可用于生产小零件。由于熔融温度高，它需要用合适的机器和足够高的加工温度进行加工。但是，这种机器并不常见。不过，各种机器制造商提供的适用机器产品正在稳步增加。因此，可以预见，未来PA66将与其他用于激光烧结的材料一样在市场上随处可见。

可在标准机器上加工的PBT

为了进一步开发新产品，AM Polymers 和三菱化学（Mitsubishi Chemical）联合开发了用于激光烧结的各种PBT牌号。PBT作为聚合物的主要特点在于良好的抗滑动磨损性能、不受湿度影响的良好的电绝缘性能以及高尺寸稳定性。其典型应用包括滑动轴承、阀门模压件、滚子、泵壳、叶轮、联轴器以及电气行业中的线圈体、夹具和连接器块等。

PBT的典型熔融温度为223°C，因此激光烧结通常需要200°C以上的粉末床温度。此外，产品名称为Rolaserit PBT01的材料可以在所有标准的激光烧结机上进行加工。例如，该材料已经在Farsoon Europe公司的ST252P系统、3D-Systems公司的Vanguard HS和EOS公司的EOS P360系统上成功进行了加工。因此，它在各种应用的机器技术方面没有任何限制。

与PA12相比，该材料的主要特点是在强度48MPa时具有更高的刚度2650MPa，以及较低的吸湿性和不受湿度影响的材料特性。激光烧结可获得高达15%的断裂伸长率，与PA12大致相同。即使没有经过后处理，该材料也具有非常光滑的高质量表面，而且它的表面质量还可以通过蒸汽平滑化学后处理进一步改善（图2）。该材料还具有优异的电绝缘性能。其表面电阻为5 · 1016Ωm，体积电阻为3 · 1015Ω，比PBT制成的传统注塑材料具有更高的效能。这些特性使该材料极其适用于电气和电子部件，如特殊连接器的应用所示（图3）。因为具有高构件延性，它还可用于生产合理质量的小零件和卡扣式连接器。这些都已通过应用和功能测试得到了证实。

■图2：通过激光烧结生产的PBT部件在打印后具有非常光滑的表面（左）。蒸汽平滑处理还可进一步提高表面质量（右）（来源：AM Technologies）

■图3：带接头和薄连接器元件的PBT激光烧结特殊连接器：因为具有电绝缘特性，所用的PBT极其适合此类部件（来源：AM Polymers）

含填充材料的PBT牌号

在基础牌号的基础上还有更多填充版本被开发了出来，再次扩展了PBT在激光烧结领域的应用范围。首先考虑的是玻璃纤维和碳纤维填充牌号。纤维填充PBT基材料首次被成功引入激光烧结领域。纤维填充显著改善了材料的性能。其刚度可提高至5500-6000MPa，强度可达60MPa，耐温性可提高到180°C。尽管使用了纤维，通过适当的材料制备仍可防止加工行为的恶化。因此，尽管使用了纤维填料，仍能获得良好的粉末铺展性。

结语与展望

增材制造——尤其是激光烧结等粉末床融合工艺日渐成为了重要的批量生产技术。但是，在许多情况下，批量生产都需要合适的材料，而这些材料已在相关应用中被用于注塑成型。但是，它们通常只能在有限的范围内被用于增材制造。AM Polymers目前正在解决这一问题，努力使具有特定应用特性的传统注塑材料可用于激光烧结。未来，他们将为激光烧结创造出一系列类似的材料。