1.4 现阶段3D打印的材料与价格

现阶段3D打印用的材料主要以塑料为主，部分高端机器可以打印石膏和金属。

1.4.1 塑料

塑料是目前用得最多的打印材料，其中又以ABS和PLA为主，这两种材料主要用于桌面级的FDM打印机，也是创业者最有可能接触到的设备。因此对于这两种材料的性能与价格，有详细了解的必要，本书也会针对这两种材料做详细比较。

1．ABS

ABS，原名为“丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物”，是最早用于桌面级FDM的线材材料。

□ 打印温度

这种材料的打印温度为210～240℃，打印时需要加热底板，温度为80℃以上。ABS的玻璃转化温度（即这种塑料开始软化的温度）为105℃。

□ 打印性能

一般来说，ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机，都会滑顺地挤出材料，不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难，这种材料具有遇冷收缩的特性，会从加热板上局部脱落、悬空，以造成问题。另外，要是打印的物体高度很高，有时还会整层剥离。因此，ABS打印不能少了加热板。除此之外，还建议各位打印ABS时使用密闭式的打印机，最好也别在室温太低的房间打印，因为这会加速材料的冷却，导致收缩，影响打印效果。ABS能打印得非常快，还能设定仪器大幅增加回抽的速度。由于抽丝的毛病很罕见，因此通常只要稍微回抽一下即可。

□ 模型强度

只要以适当的温度打印，让层层材料牢牢粘住，ABS的强度就会变得相当高。另外，ABS具有柔软性，即使承受压力也只会弯曲，不会折断。ABS还具有很好的弹性，能够用来打印成穿戴用品，如手镯、戒指等，如图1-54所示。

□ 缺点

ABS的缺点和优点一样明显，主要有两个：有刺激性气味、打印需要加热板。

ABS最大的缺点就是打印时会产生强烈的气味。如果在通风不良的房间打印ABS线材后会感到很不舒服，时间一长会产生头晕、干呕、恶心的症状。因此强烈建议各位在通风好的房间里打印ABS，打印机也不要放置在卧室中，尽量选用封闭式的打印机，在打印时最好戴上面罩等保护装备。

其次就是打印时需要加热板，没有加热板的打印机无法打印，创业者在选购打印机时需要引起注意。假如要在没有挡风和抗温装备的状态下打印大型物体，就必须小心别让材料整层剥落及破损。

□ 适用的打印方向

ABS适合制作可能会掉落、使用于高温环境下，或是经常接触、磕碰的物品。如刀柄、车用手机架、手机保护壳、玩具、手镯、戒指等。总之，几乎所有的东西都适用ABS来打印。如图1-55所示为用ABS打印的手机支架。

□ 价格

ABS线材比PLA略贵，一般在60～200元/kg。这里要注意的是：部分公司出品的3D打印机，只能使用同公司的线材（线材直径与喷嘴口径都是特制的），因此价格有高有低，创业者在选购时需要注意。

2．PLA

PLA，通常指聚乳酸。这种材料为生物分解性塑料，是目前用得最多的3D打印用材料。

□ 打印温度

这种材料的打印温度为180～200℃。尽管加热板非必备品，但我还是建议大家在60℃时使用这种配备。PLA的玻璃转化温度是这种材料最大的缺点，仅有60℃左右（这具有科学上的价值），因此用途有限。

□ 打印性能

PLA的打印性能几乎与ABS完全相反，经常会堵塞热端（尤其是全金属制的热端更是如此）。这是因为PLA熔化后容易附着和延展，但这并不代表PLA不适合打印，只要在装设轴承时，滴一滴机油到热端上，就能滑顺、不堵塞。PLA真正体现打印性能的地方，就要数放在打印板上的时候了，由于这种材料几乎不会收缩，所以即使是开放式的打印机，也能打印巨大的物体，不必担心成品从板子上悬空、歪斜或破损。这种材料正好适合实地在公共场所做3D打印。

□ 模型强度

虽然PLA也能打印出强度相当高的物体，却比其他塑料稍微脆弱一些。要是跌落或撞到东西时，多半会产生缺口或破损，在模型较薄的地方容易出现折断。

□ 缺点

PLA不适合放进60℃以上的环境中，这样的温度会让材料变形。此外，这种材料质地脆弱，不能用来制造工具的把手或需经常使用的零部件。再者，PLA只要稍微弯曲就会折断，不适合做成薄的东西。

□ 适用的打印方向

PLA为生物分解性塑料，既能回收，也会腐朽消失，适合制作盒子、礼物、原型的模型，也可以用在室外的一些结构件上，如图1-56所示。虽然PLA号称会生物分解，但若不加热就不会分解。另外，PLA还具有一定的通透性，在打印薄件时会有一定的透明效果，很美观，如图1-57所示。

□ 价格

PLA应该是目前最便宜的塑料类打印材料，价格大致在30～180元/kg。

1.4.2 金属

可以用于打印的金属通常是延展性好的金属，如金、银、锌合金、锡合金、铝合金、铜合金等，也有能打印钢铁的。打印的材料通常是粉末状的金属或金属锭。

部分高端的打印机可以用来打印金属部件，如3D System公司出产的sPro 60SD、60HD、140和230这4款机型，就是应用SLS原理的金属打印机，如图1-58所示。利用这种金属打印机可以打印出传统方法无法加工生产的复杂模型，如图1-59所示就是打印出的金属零件。

但是这种打印机的造价非常昂贵，市场价在600万元人民币左右，在加上关税、运费和材料上的花销，总成本在1000万元人民币左右，因此它的加工成本也非常高。这不是普通公司或个人能够消费得起的，所以本书对于金属打印只略做提及，不再详述。

提示：目前市场上也有一些号称可以打印金属的3D打印机，打印的原理类似于注塑机和压铸机的结合体，其打印出来的模型外观质量很差，强度也很低，没有实用性，因此不具备市场竞争力。

1.4.3 非金属

适用于3D打印的非金属材料主要有石膏、陶瓷和木材这几种（亚克力也可以算作一种）。市场上已经出现了不少可用于打印非金属的3D打印机，如Zcorp公司出产的Zprinter660打印机，就是采取3DP技术制作的、可以用来打印石膏粉等非金属材质的3D打印机，如图1-60所示。这种机型的售价在50万元以上，目前市场上的3D打印人像馆，通常都采用这种打印机。

尽管3D打印机的价格非常昂贵，但是它的材料却很便宜。彩色石膏粉的市场价位在35～40元/25kg，极为低廉。由于材料本身基于石膏，因此打印出来的模型易碎、坚固、色彩清晰，感觉很像岩石，但需要小心保管。基于在粉末介质上逐层打印的成型原理，3D打印成品在处理完毕后，表面可能出现细微的颗粒效果，在曲面表面可能出现细微的年轮状纹理。

陶瓷、木材和亚克力这些非金属材料目前在市场上还没有普及开，虽然偶有见报，但都是一些零散消息。具体用于打印的表现情况如何还不得而知，因此对于创业者来说实际意义不大。

1.4.4 生物材料

国外媒体曾在2010年6月6日报道过由美国Organovo公司研制的、“按需打印”患者所需的人体活器官的机器。这种器官当时就被称作3D生物打印机（3D bio-printer；3D biology printer），这种打印机所用的材料就是生物材料。

3D生物打印机有两个打印头，一个放置最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”；另一个可打印“生物纸”。所谓“生物纸”的主要成分其实是水的凝胶，可以用作细胞生长的支架。3D生物打印机使用来自患者自身的细胞，所以不会产生排异反应。

这种机器首先“打印”器官或动脉的3D模型，接着将一层细胞置于另一层细胞之上。打印完一圈“生物墨”细胞以后，接着打印一张“生物纸”凝胶。不断重复这个过程，直至打印完成新器官。随后，自然生成的细胞开始重新组织、融合，形成新的血管。每根血管大约需要一小时形成，而融合在一起需要数天时间。Organovo公司首席执行官基思·墨菲在接受《工程师》杂志采访时指出，最终有一天，只需要轻轻按下按钮，就能让3D生物打印机制造出我们所需要的器官。

器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命，但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。因此随着未来“生物打印机”的问世，这些问题将迎刃而解。

生物打印机的不同之处在于，它不是利用一层层的塑料，而是利用一层层的生物构造块，去制造真正的活体组织，如图1-61所示。这一技术尚处于初级阶段，不过第一台3D生物打印机的原型机已在2009年底制造出来，并用以测试。总体来说，这项技术离市场层面还太遥远。