Jan 20，2024 由 Waylinl
尼龙材料3D打印指南
尼龙线材能够制造耐用的3D打印零件，这得益于其强度、柔韧性、耐热性和抗冲击性超越传统塑料。 然而，利用这些特性需要特定要求——从打印机升级到适当的存储和处理。正确掌握这些因素后，就能解锁这种多功能热塑性材料，让高级用户能够生产功能原型、机器人组件和媲美注塑质量的实际使用零件。本指南涵盖了尼龙的属性、应用、准备工作、最佳打印设置以及成功打印尼龙的故障排除技巧。
什么是3D打印用尼龙？
尼龙指的是一类坚固的聚酰胺基热塑性材料，非常适合打印能够长期承受机械应力的耐用零件。与广泛使用的3D打印塑料（如ABS和PLA）相比，尼龙具有更高的强度、耐热性和柔韧性。
尼龙线材主要有两种类型：
- 尼龙6（聚酰胺6或PA6）: 最受欢迎的选项，由6碳原子链与氨基酸聚合而成，以经济实惠和平衡的机械性能著称。
- 尼龙12（聚酰胺12或PA12）: 因其每聚合物中更长的12碳原子链，提供更高的柔韧性和抗冲击性。
尼龙线材还可以通过其他材料增强以提升性能：
- 碳纤维增强尼龙：显著增加刚度和拉伸强度，但牺牲了韧性，导致更脆的行为。
- 玻璃纤维增强尼龙：同样大幅提升强度，同时保留更多纯尼龙的本征延展性和弯曲特性。
3D打印用尼龙的关键属性
尼龙区别于传统3D打印塑料的特点在于：
- 卓越的耐久性：出色的拉伸强度和抗伸长性，可长期承受机械磨损而不开裂或变形。
- 固有的柔韧性：弹性极佳，适用于卡扣零件、坚固的活动铰链和抗冲击性。
- 热耐受性：可承受超过180°C的高温，允许在真实操作条件下测试零件原型。
- 湿度响应性：标准尼龙会快速吸收湿气，但像Qidi UltraPA这样的特殊尼龙具有显著更低的吸湿率，从而增强其尺寸稳定性和机械性能。
- 化学抗性：对油、油脂、溶剂和碱具有中等抗性，确保在各种现实环境中的可靠性。
- 最强的层间粘合性能： Qidi UltraPA 展现出增强的层间粘附力，使打印零件比传统材料（如ABS和PLA）制成的零件更坚固。
强度、柔韧性和热/化学处理能力的平衡组合，使尼龙成为追求在现实应用中承受应力和冲击的弹性功能零件的多功能材料选择。
尼龙在3D打印中的常见应用
尼龙的平衡材料属性使其成为跨行业打印现实功能组件的最通用塑料之一。
- 工程原型和概念模型- 尼龙允许原型在真实环境中测试，承受预期负载、冲击或热条件而不会过早断裂。这在投资金属模具前为设计提供了信心。
- 小批量实际使用生产零件- 对于非关键组件（如滑轮、齿轮和手柄），尼龙提供类似注塑的耐用性，同时避免高昂的模具成本。其抗疲劳和磨损性使其成为承受持续运动和摩擦组件的理想选择。
- 机器人组件- 尼龙的柔韧性使打印的机器人零件（如底盘、手臂和支架）能在开发过程中可靠地承受碰撞和冲击，这有助于快速设计迭代。
- 汽车内饰和非关键零件- 出色的热老化抗性使尼龙适用于替换内饰装饰件、管道和通风系统零件等组件，这些部件必须在多年使用中抵抗日晒。
从早期原型制作到最终使用组件，尼龙赋能迭代设计，同时在生产应用中实现强度与环境适应性的平衡，而非追求绝对精度。
如何准备尼龙打印
正确准备尼龙线材、打印床表面和打印机将决定打印成功与否。关键步骤包括：
1. 存储尼龙线材
由于尼龙聚合物会随时间吸收空气中的水分，未使用的线材应小心存放以防止过早降解：
- 将线轴密封在防潮袋或容器中，并放入足量干燥剂包以主动吸收湿气
- 对于长达数月的长期储存，真空密封袋是最可靠的防护方法
- 如果线材暴露在空气中，应尽快使用而非保存来历不明的线轴
- 考虑使用商用线材干燥盒，例如Qidi线材干燥盒， 它不仅提供全面的防尘防潮密封以保持线材干燥并延长寿命，而且兼容市场上大多数3D打印线材品牌。
2. 打印前干燥线材
吸收了环境湿气的线材 会导致多种打印缺陷，从渗漏/拉丝到外观问题及机械性能严重削弱。打印前有效的干燥方法包括：
- 根据尼龙类型，在50-60°C下干燥4-8小时（线轴置于支架上）
- 装入打印机前让线材完全冷却以防堵塞
3. 打印机改装
为满足尼龙的热需求并防止零件翘曲，建议进行以下打印机调整：
- 安装全金属热端，能可靠加热至260-280°C喷嘴温度以实现清洁挤出
- 升级加热打印床至60-100°C以增强首层附着力
- 在打印区域构建隔热封闭舱，减少气流干扰以维持舱内温度
结合加热床、封闭舱及胶水/浆料等表面处理，可实现出色的首层粘附效果。
尼龙打印设置
正确配置打印设置对于将尼龙材料特性转化为坚固的功能性打印零件至关重要。以下建议提供以质量和可靠性为核心的指南。
1. 喷嘴和热床温度
- 喷嘴：250-320°C 防止堵塞并改善层间粘合。最佳温度取决于打印速度。
- 热床：80-110°C 增强附着力。标准尼龙在较低温度范围粘合，添加物需更高温度接近100°C。
2. 打印速度
- 将移动速度降至40-60毫米/秒以获得最佳精度和外观，过快冷却可能诱发翘曲
- 约40毫米/秒的较慢打印速度显著提升层间粘合强度
3. 层高
- 0.1-0.2毫米 适用于标准尼龙实现最高分辨率
- 碳纤维/玻璃纤维增强混合料可稳定打印0.3毫米层高
4. 热床粘附方法
除加热床外，以下辅助方法可改善首层粘附：
- 轻度打磨的PEI板对尼龙粘附效果良好
- 稀释的PVA/木工胶薄涂于打印表面
- ABS线材溶解于丙酮后涂抹在热床上
5. 封闭舱温度
- 维持60-65°C内部温度以最小化冷却波动
- 使用热电偶主动监测舱内温度
- 隔热板防止气温剧烈变化
6. 防止翘曲和分层
渐进均匀的冷却对减少缺陷至关重要：
- 打开舱门前让其缓慢冷却至室温
- 初始打印阶段避免冷却风扇直吹各层
- 取出打印件后考虑在恒温烘箱中进行退火处理
优化这些设置比常规PLA或ABS打印更需专注， 但这是将尼龙卓越强度和热行为转化为耐用部件的基础。当正确调校时，尼龙可显著提升打印件的一致性和可靠性，值得投入额外设置精力。
尼龙打印件的后处理
虽然尼龙打印件在打印后即刻表现优异，但额外的后处理可提升外观、性能和感知质量。根据应用需求选用这些技术：
1. 冷却与从打印床取下
取下前让打印件冷却至60°C或更低。需谨慎操作，因为残余热量会使零件在粗暴处理时更易开裂。
2. 支撑结构移除
使用剪钳移除简单支撑结构。可溶解的PVA支撑同样适用于尼龙。
3. 打磨与表面平滑处理
尼龙响应良好，可通过蒸汽平滑或打磨/抛光获得媲美注塑零件的光泽外观。
4. 喷漆或染色尼龙打印件
无添加剂的尼龙经适当清洗和预处理后易于上漆染色，底漆也能增强油漆附着力。
5. 化学溶剂平滑
D-柠檬烯溶液化学浴可平滑打印表面，但尼龙溶解速度远慢于ABS等材料，因此需要更长暴露时间。必须遵守安全防护措施。
后处理为定制尼龙打印件提供了另一途径，助您实现理想外观和性能目标。充分利用尼龙在精加工技术中的可塑性。
尼龙3D打印常见问题排查
遵循以下建议解决常见打印问题：
- 翘曲与热床粘附失败：提高热床温度，降低打印速度，尝试胶水/浆料等额外粘附剂。封闭打印机防止冷气流。此外，为解决翘曲问题，QIDI TECH等先进3D打印机品牌已采用主动舱室加热系统。
- 渗料与拉丝：将回抽距离降至4-6毫米，最小层时间设为10-15秒以应对渗料问题。确保线材完全干燥。
- 湿气相关问题：重新干燥线材，不打印时密封保存并添加干燥剂。环境湿度持续偏高时使用线材干燥盒。考虑选用更耐湿的线材配方。
- 温度波动：升级后对热端进行PID校准。确认热电偶与热端紧密接触。若温度变化需加强封闭舱隔热。
- 机械故障：增加填充密度或使用碳纤/玻纤增强尼龙复合材料增强强度。优化零件在热床上的方向以智能分散受力。
请遵守所有相关使用指南，包括通风要求和废料处理程序。
结语
尼龙卓越的强度、柔韧性、耐热性和表面光洁度，使其能3D打印出媲美注塑工艺的耐用现实零件。然而，湿度控制、打印机升级、优化打印设置和后处理技术是发挥这些优势的前提。当严格遵守规程时，各行业用户都能挖掘尼龙潜力，制造长效功能原型、机器人组件以及承受机械磨损的终端使用生产件。随着材料配方和打印机能力的持续进步，尼龙在制造业中的普及度和影响力将持续提升。