尼龙材料的FDM打印工艺

尼龙材料的FDM打印成型工艺一常用尼龙材料简介聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA）[pɔli'æmaid]，是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。根据二元胺和二元酸的碳原子数，由两种单体合成的尼龙有：46、66、610、612、613、1010、1313；根据单体所含的碳原子数命名有：尼龙4、5、6、7、8、9、11、12、13。以下介绍的介绍的尼龙特性，参考了尼龙的注射成型工艺。1.物料特性尼龙有优良的韧性、自润滑性、耐磨性、耐化学性、气体透过性、及耐油性、无毒和容易着色等优点，所以尼龙在工业上得到广泛应用。尼龙6弹性好,冲击强度高,吸水较大。尼龙66性能优于尼龙6,强度高,耐磨性好。尼龙610与尼龙66相似,但吸水小,刚度低尼龙1010半透明,吸水小,耐寒性较好。2.比重PA6：1.14g/m3;PA66:1.15g/m3;PA1010:1.05g/m33.吸水与干燥尼龙的吸水性较大，潮湿的尼龙在成型过程中，表现为粘度急剧下降并混有气泡制品表面出现银丝，所得制品机械强度下降，所以加工前材料必需干燥。4.结晶性除透明尼龙外,尼龙大都为结晶高聚物,结晶度高,制品拉伸强度、耐磨性、硬度、润滑性等项性能有所提高，热膨胀系数和吸水性趋于下降，但对透明度以及抗冲击性能有所不利。5.收缩率与其他结晶塑料相似，尼龙树脂存在收缩率较大的问题，一般尼龙的收缩同结晶关系最大，当制品结晶度大时制品收缩也会加大。尼龙的FDM成型时，尼龙的大收缩率是造成制品翘边的主要问题。PA6的成型收缩率为0.8-2.5%，PA66的成型收缩率为1.5-2.2%。6.成型温度尼龙的FDM成型温度为220-300℃。二尼龙的注塑成型工艺目前，尼龙材料成型的主要工艺为注塑成型，下面给出注塑成型的工艺作为FDM打印成型工艺的参考。1.尼龙的注塑成型性能1）结晶料，熔点较高熔融温度范围窄，热稳定性差，料温超过300度、滞留时间超过30min即分解。较易吸湿需干燥，含水量不得超过0.3%。2）流动性好，易溢料。宜用自锁时喷嘴，并应加热。3）成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔、变形等。4）模温按塑件壁厚在20-90度范围内选取，注射压力按注射机类型、料温、塑件形状尺寸、模具浇注系统选定，成型周期按塑件壁厚选定。树脂粘度小时，注射、冷却时间应取长，并用白油作脱模剂。5）模具浇注系统的形式和尺寸，增大流道和浇口尺寸可减少缩水。2.尼龙的注塑成型工艺1）料筒温度因尼龙是结晶型聚合物,所以熔点明显,尼龙类树脂在注塑时所选择的料筒温度同树脂本身的性能、设备、制品的形状因素有关。一般尼龙6的溶体温度最低为225℃，尼龙66为260℃。由于尼龙的热稳定性较差，所以不宜高温长时间在料筒中停留，以免引起物料变色发黄，同时由于尼龙的流动性较好，温度超过其熔点后就流动迅速。2）注射压力尼龙溶体的粘度低，流动性好，但是冷凝速度较快，在形状复杂和壁厚较薄的制品上易出现不足问题，故还是需要较高的注射压力。通常压力过高，制品会出现溢边问题；压力过低，制品会产生波纹、气泡、明显的熔结痕或制品不足等缺陷，大多数尼龙品种的注射压力不超过120MPA，一般在60-100MPA范围内选取是满足大部分制品的要求，只要制品不出现气泡、凹痕等缺陷，一般不希望采用较高的保压压力，以免造成制品内应力增加。3）注射速度对尼龙而言，注塑速度以快为益，可以防止因冷却速度过快而造成的波纹，充模不足问题。快的注射速度对制品的性能影响并不突出。4）模具温度模具温度对结晶度及成型收缩率有一定的影响，高模温结晶度高、耐磨性、硬度、弹性模量增加、吸水性下降、制品的成型收缩率增加；低模温结晶度低、韧性好、伸长率较高。3.尼龙注塑制品常见缺陷与处1）波浪形流痕产生机理是胶料在模腔内流速过慢，冻结后的胶料没有办法贴紧模具。解决方法:a.提高注射速度b.提高模具温度c.提高料筒温度d.适当增加射咀孔径或浇口2）银丝产生机理是塑化好的料中有气体，在注射时气体在模具表面被强行压出，在制品表面出现白色的丝纹。解决方法：a.检查是否原料潮湿或混入其他原料b.检查原料是否在料筒中分解（料筒温度过高，螺杆转速过快）c.检查射咀孔是否过小d.检查是否模温过低e.模具排气不良f.浇口尺寸是否过小g.背压过低，再生料应用过多3）翘曲变形产生机理是制品内应力过大、制品收缩不均。制品内应力过大：a.降低注射压力，降低注射时间，降低保压压力，降低保压时间。b.提高料温，提高模具温度。制品收缩不均：a.降低料温，降低模具温度，提高冷却时间。b.提高注射压力，提高注射时间，提高保压压力，提高保压时间。三尼龙的FDM打印成型工艺1.喷嘴温度根据尼龙的熔融温度，打印头喷嘴温度一般为230~280℃。2.底板温度为了使尼龙材料更容易在底板附着，同时减缓材料的收缩速度，底板温度可以适当高一些，一般在100℃左右。3.尼龙材料FDM成型的主要问题尼龙的收缩率为0.8-2.2%，由于较大的收缩率同时打印机底板温度不均，导致尼龙材料难以粘附在底板上，打印产品出现严重的翘曲，打印产品不能达到要求的形状和精度。4.减小翘边的几种方法通过查阅一些资料和咨询一些3d打印机或耗材研发生产厂家，他们一般认为，纯尼龙韧性高，要提高尼龙的打印效果，最主要的是对尼龙材料改性。当然，如果用好的机器精密度高的，打印的效果会好，因为现在一些打印机的精度不高，导致出料不均匀，打印出的密度，厚度，不均匀，当温度变化时，收缩拉伸的力度不同，导致了模型的变形，和翘边情况在打印机上可采取以下改进措施。1）采用精度更高的打印机，打印过程中尽量使出料均匀，打印出的密度、厚度均匀。2）底板使用多孔板并在多孔板上喷胶，当熔融尼龙从喷嘴流出后，流孔板的小孔中，这样打印件可以更紧固的粘在地板上。多孔板如图1所示。图1FR4多孔环氧板3）在切片的时候可以选择加垫子，垫子就是打印模型之前机器会自动打印的一层，这一层比整个模型底部要大一些，一般打印机可设置brim和raft两种垫子模式。4）打底时底板有温度，到上面后就要把底板温度停下来。5.通过改性减小尼龙的收缩率以下是常用尼龙的收缩率PA6系列成型收缩率：名称及描述成型收缩率%备注15%玻纤增强PA60.5-0.8PA6G1520%玻纤增强PA60.4-0.6PA6G2030%玻纤增强PA60.3-0.5PA6G3040%玻纤增强PA60.1-0.3PA6G4050%玻纤增强PA60.1-0.3PA6G5025%玻纤增强阻燃PA60.2-0.4Z-PA6G2530%玻纤增强阻燃PA60.2-0.4Z-PA6G3030%玻纤增强无卤阻燃PA60.2-0.4Z-PA6G30无卤阻燃PA60.8-1.2Z-PA630%矿物填充无卤阻燃PA60.5-0.8Z-PA6M3030%玻璃微珠填充PA60.8-1.2PA6M3030%玻纤矿物复合填充PA60.3-0.5PA6M3040%玻纤矿物复合填充PA60.2-0.5PA6M4030%矿物填充PA60.6-0.9PA6M3040%矿物填充PA60.4-0.7PA6M40PA6一般注塑级1.4-1.8PA6PA6快速成型1.2-1.6PA6PA6一般增韧1.0-1.5PA6PA6中等增韧0.9-1.3PA6PA6超增韧0.9-1.3PA6MoS2填充耐PA61.0-1.4PA6PA66系列成型收缩率：名称及描述成型收缩率%备注15%玻纤增强PA660.6-0.9PA66G1520%玻纤增强PA660.5-0.8PA66G2025%玻纤增强耐热油PA660.4-0.7PA66G2530%玻纤增强PA660.4-0.7PA66G3030%玻纤增强耐水解PA660.3-0.6PA66G3040%玻纤增强PA660.2-0.5PA66G4050%玻纤增强PA660.1-0.3PA66G5025%玻纤增强阻燃PA660.2-0.4Z-PA66G2530%玻纤增强阻燃PA660.2-0.4Z-PA66G3030%矿物填充无卤阻燃PA660.2-0.4PA66M30无卤阻燃PA660.8-1.2Z-PA6630%矿物填充无卤阻燃PA660.4-0.7Z-PA66M3030%玻璃微珠填充PA660.8-1.2PA66M3030%玻纤矿物复合填充PA660.2-0.5PA66M3030%矿物填充PA660.6-0.9PA66M3040%矿物填充PA660.4-0.7PA66M40一般注塑级PA661.5-1.8PA66快速成型PA661.5-1.8PA66一般增韧PA661.2-1.7PA66中等增韧PA661.2-1.6PA66