常見3d列印材料種類、各式材料特性及該如何應用？

3D列印機特性

因應各行各業對不同材料的成形需求，工程師們開發出多種不同的3D列印技術，主要可以分為三大類：材料擠製、光固化與粉體熔融成形（參閱我們的介紹文章）。如今可應用在3D列印的材料種類也飛速成長，在此我們整理了一些方向協助大家選擇合適的材料。

本篇以下我們針對不同需求分類，推薦合適的3D列印材料：
*$標示代表材料間相對價格（非絕對價格）

需求１：精緻外觀模型製作

這類需求優先考慮外觀呈現效果，不在意機械與化學強度，適用於產品開發初期的外觀打樣、玩具模型或藝術作品製作。

1. 應用於材料擠製技術材料：
   • PLA [$]：最常見的3D列印材料
     優點：材質堅硬、列印尺寸精度高。
     缺點：不耐熱（約60ºC）
   • PVB [$]
     優點：多呈半透明狀、可用異丙醇(IPA)後處理以獲得更光滑表面。
     缺點：不耐熱（約55ºC）、IPA處理後微小細節會消失
2. 應用於光固化技術材料：
   • 一般樹脂 [$]：泛指光固化使用之最低階材料
     優點：表面細緻度高，可呈現微小細節
     缺點：不耐熱（約60ºC）

需求２：一般工程需求 （材料擠製技術）

這部分我們將針對一般工程常見需要（支撐、耐冷熱等等），推薦在材料擠製技術適合的材料。

1. 功能性零件或低負荷機械零件製作，例如：低負荷齒輪、特殊形狀外盒、玩具、工具支架等等
   • PETG [$]（耐熱約85ºC）：
     優點：抗衝擊、耐腐蝕、耐油、不易氧化。
     缺點：長時間負荷可能造成微幅形變。
   • ABS [$]（耐熱約95ºC）
     優點：剛性較PETG高、耐腐蝕、耐油。
     缺點：列印異味、材料冷卻收縮率高、易氧化脆化。
   • PA 尼龍 [$$]（耐熱約120-150ºC，依種類而異。）
     優點：較高的耐熱，與PETG/ABS相比擁有更高的機械強度。
     缺點：材料冷卻收縮率高，不易列印。
2. 戶外使用之零件或物品製作（耐天候變化）， 例如：腳踏車杯架、汽車空力套件、遙控飛機零件等。
   • ASA [$$]（耐熱約95ºC）
     優點：耐紫外線、耐天候、機械強度略高於ABS。
   • PC [$$$]（耐熱約140ºC）
     優點：比ASA有更高的機械強度、耐潮濕、耐化學。
     缺點：冷卻收縮率高，不易列印。
3. 彈性或軟質零件製作， 例如：運動用品、鞋底、遙控汽車輪胎、墊片、可彎折結構等。
   • TPU [$$]（耐熱約120ºC）
     優點：機械特性類似橡膠、多種硬度與彈性可選擇。
     缺點：表面細緻度較差。
   • PVDF [$$$]（耐熱約150ºC）
     優點：具有高延展性，可重複彎折。

需求３：進階工程需求 （材料擠製技術）

1. 耐燃材料：遇熱融化、無法燃燒。 常用於航太零件。
   • Ultem 9085 [$$$$$]（耐熱約160ºC）
     優點：通過航空認證、較Ultem 1010更耐衝擊。
   • Ultem 1010 [$$$$]（耐熱約210ºC）
     優點：較Ultem 9085有更高的剛性。
     缺點：列印難度高。
2. 耐高溫材料：
   • PEEK、PEKK [$$$$$]（耐熱約250ºC）： 常用於航太零件或人造骨骼。
     優點：能在高溫環境維持一定機械強度、結構穩定性高。
     缺點：列印難度高
3. 耐化學材料： 確切適合之材料依照不同使用環境而異。
   • PPSU [$$$$] （耐熱約180ºC）： 常用於醫藥或化工環境之零件。
     優點：可承受決大部分殺菌方法。
     缺點：長時間紫外線曝曬會脆化、列印難度高。
   • PSU [$$$$]（耐熱約170ºC）： 常用於食品產業之零件。
     優點：耐潮濕
     缺點：不耐燃、列印難度高。
   • PPS [$$$$]（耐熱約120ºC）： 常用於汽車產業、各式油槽內零件。
     優點：耐燃、攝氏200ºC內不溶於任何溶劑。
     缺點：溫度上升軟化程度較高、列印難度高。

需求４：特殊規格要求

高結構強度需求

在保有原有材料特性的同時，混合纖維材料以獲得更高的結構強度

1. 材料擠製技術：
   碳纖維、玻璃纖維混合之各種材料（例如：PETG, PA, ABS, PEEK,…等等）。在提高結構強度同時，填充玻璃纖維可以降低熱變形量、填充碳纖維可降低摩擦力。
2. 光固化：
   玻璃纖維混合樹脂

防靜電需求

材料擠製、光固化、粉末燒結SLS皆有不同材料之防靜電(ESD-Safe)版本。
常用於電子元件托盤與外盒等等。

需求５：精準的材料特性要求 （光固化技術）

光固化高穩定性與100%填充的特性，經過系統化的後處理，可以讓列印出來的產品精準表現「材料特性表（TDS）」的各種特性數據。

常見塑膠模擬或成形

類ABS樹脂、類PP樹脂、PU樹脂

塑膠射出成型模具

1. 低模流應力：耐高溫樹脂（耐熱約240ºC）
2. 高模流應力：玻璃纖維強化耐高溫樹脂（耐熱約240ºC）

其他需求：

多種不同機械特性之材料可供選擇。

需求６：量產需求

此需求涵蓋各種非金屬材料，可依照材料需求與尺寸限制選擇合適的技術。 以3D列印量產，可以有效降低開模成本，適合更新週期較短或持續改良的產品零件。

數量小於50件：材料擠製與光固化

• 微小細節零件（細節小於3mm）：光固化（僅限各種樹脂類材料）
• 一般零件：材料擠製FDM（材料種類多樣）

數量大於50件：材料擠製與粉體熔融燒結

• 要求外觀細緻度：雷射燒結SLS（材料僅限PA與TPU）
• 要求低成本或材料多樣性：材料擠製FDM（材料種類多樣）