当前,3D打印弹性材料正处于技术快速突破与市场规模化扩张的关键阶段。随着打印材料体系不断丰富、打印精度和重复性提升,以及头部厂商持续推动材料与设备协同优化,3D打印弹性体正逐步从原型应用向小批量和定制化量产应用延伸。

  • 在技术上,研究焦点已从实现基本打印转向追求高性能与多功能集成。其常见3D打印技术包括光固化(SLA/DLP)粉末床熔融(SLS)熔融沉积(FDM/FFF)
  • 市场方面该领域规模尚小但增长明确,主要需求来自工业功能件、消费电子、医疗器械和运动消费品领域。

全球市场主要3D打印弹性体制造商包括BASF SE、3D Systems、Carbon、Shin-Etsu、Covestro AG、Henkel、Formlabs、Stratasys、Evonik Industries、ARKEMA、Elkem Silicones、Lubrizol、PollyPolymer 、eSUN (易生)、盈普三维、Polymaker等。

3D打印弹性材料TPUTPE常见材料两者性质相似实际打印过程一定差异。欢迎大家扫码进群共同参与讨论。

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一、 材料物性

TPE(Thermoplastic Elastomer)热塑性弹性体,又称热塑性橡胶,泛指一切硬塑料和软橡胶的混合物,在常温下具有高伸长率、高回弹率、低压缩永久变形率、及低脆化温度等特性,而一般的塑胶在受到应力之后则会产生永久变形或断裂。常见的TPE有很多不同的种类,如:TPU、TPO、TPV、TPR/TPS、TPEE、TPA等等。

TPU(Thermoplastic Polyurethane)热塑性聚氨酯,具有高模量、高强度、高伸长和高弹性、优良的耐磨、耐油、耐低温、耐老化性能如上文所说,TPU是TPE常见的其中一种,一般是指韧度较高的弹性材料,而TPE则多数用来统称弹性材料。

一般来说,TPU比TPE坚硬,TPU的肖氏硬度在60A至55D之间,并且具有较高的弹性范围如果只是需要轻微的弹性,TPU会是较佳选择。由于TPE泛指一切弹性材料,所以也有可能某些TPE比TPU还要坚韧的,购买时需留意产品说明。

总的来说TPU 3D 打印的效果取决于材料选择,不同硬度、功能、工艺适配的 TPU 材料,对应不同应用场景TPE 3D 打印的精度受材料特性、工艺参数、设备性能影响,常规尺寸公差在 ±0.1mm至±0.3 mm之间,需针对性优化以提升稳定性。

二、打印工艺

无论是TPU还是TPE弹性体材料本身材质较软,为了有最大的推料推力,使用近端进料的3D印机,也就是进料的步进马达极靠近喷头的3D打印机,送料能力较强,减少卡料问题发生。此外两者极易吸湿打印进行干燥处理

使用TPU进行打印可使用直接驱动挤出机(送料齿轮紧邻喷嘴)防止材料回缩,避免Bowden式因线材过软导致送料不准,且喷嘴应为全金属材质,防TPU磨损喷嘴。打印完成后,可将打印件在室温下缓慢冷却2小时(避免快速冷却导致内应力),无需复杂后处理,修剪多余丝头即可使用。

材料越软,问题越突出因此TPE进行打印遵循“预处理-切片-设备调试-后处理” 流程,每一步骤均需适配材料柔性特性,避免打印失败。送料过程采用外挂料盘或特氟龙管外置,减少送料阻力打印支撑也可选择树状支撑(比网格支撑易剥离)

TPE打印过程可关闭降低风扇强度,风扇过强导致材料过快冷却,导致层间结合差后处理尽可能手动剥离支撑避免使用工具硬撬易损伤TPE打印件

TPUTPE打印参数参考即使是同一种材料(如TPU),不同品牌、不同配方的线材,最佳打印参数有一定差异,应以线材生产商提供的参数建议为第一参考

成品应用

由于材料本身性质TPU高强度、高耐磨、高弹性专注于 “耐用和性能”,TPE手感柔软舒适、易着色,成本低,擅长“触感和成本”

常规 TPE 打印件耐温范围为 - 20~80℃,超过 80℃会软化变形,不适合高温环境;若需耐高温,可选择改性 TPE 材料(添加耐高温助剂),耐温性可提升至 - 40~120℃,适合汽车内饰、工业密封件等场景,但打印温度需同步提高至 220-240℃。

3D打印汽车内饰

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凯柏胶宝提供适用于3D打印的TPE化合物

TPU常见3D打印应用场景包括医疗康复工业缓震密封部件消费电子运动消费品鞋材领域采用蜂窝结构的TPU 3D 打印鞋底,回弹性比传统 EVA 鞋底高 25%,重量减轻 20%

来源艾邦鞋业论坛综合整理

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3D打印技术在鞋模应用面临的挑战与解决方案

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作者 808, ab