盘点尼龙的应用领域、材料商及3D打印设备

原创 2017-05-17 kw@3D科学谷 3D科学谷

聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。是美国著名化学家卡罗瑟斯和他的科研小组发明的。

尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位，其次是尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，另外还有尼龙 1010，尼龙46，尼龙7，尼龙9，尼龙13，新品种有尼龙6I，尼龙9T和特殊尼龙MXD6（阻隔性树脂）等，尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙，单体浇铸尼龙（MC尼龙），反应注射成型（RIM）尼龙，芳香族尼龙，透明尼龙，高抗冲（超韧）尼龙，电镀尼龙，导电尼龙，阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品，作为各种结构材料。

迄今为止，选择性激光烧结粉末床-SLS工艺、多射流熔化-MJF工艺、高速烧结-HSS工艺中使用最广泛的塑料是聚酰胺（PA）- 尼龙。尼龙比其他一些塑料（如ABS）更坚固，更耐用，虽然SLS设备厂商或其他3D打印技术设备制造商都提供某种形式的PA，但目前最基本的品种是PA11和PA12，当然也有许多类型的PA复合材料，包括玻璃增强尼龙、碳纤维增强尼龙，以提供某些附加的性质。

大多数PA烧结部件不能一次打印多种颜色，有一个例外是喷墨技术（例如MJF），可以将彩色墨水沉积到3D打印部件上，以创造充满活力的全彩色对象。

本期，3D科学谷与谷友一起来领略尼龙材料的上中游情况、所对应3D打印技术、及所涉及到的3D打印设备。

贴近消费市场的

尼龙

要理解尼龙在3D打印应用市场的角色并不难，就拿FOOTPRINT这样的创业公司来说，此前，这家公司开发出能够精确地控制每个鞋中底设计中的‘胞元’大小、形状和位置的软件系统，能够制作出有特殊支撑需求的、不同密度的中底，基于扫描结果和算法模型来为每一双脚定制鞋。鞋中底的打印技术是3D Systems的DuraForm Flex 3D尼龙粉末SLS选择性激光烧结技术。

而Footprint用的尼龙粉末材料只是当前当前风靡投资圈的鞋中底材料中的一种，根据3D科学谷的市场研究当前市场上鞋中底材料主要分为三大派系，一是尼龙，二是TPU，三是Carbon的树脂材料。

除了民用领域，由于尼龙具有无毒、质轻、优良的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性，因此广泛应用于代替铜等金属在机械、化工、仪表、汽车等工业中制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件。

国际上主要的尼龙厂家包括道化学、巴斯夫、沙特基础化学、罗地亚、朗盛、DSM、赢创、阿柯玛、Invista、EMS。

我国的尼龙市场处于供不应求的依赖进口的状态，国产品牌中神马实业是主要的国内生产厂家。

高度集中的材料厂商

3D打印尼龙材料厂商

3D打印领域，赢创、巴斯夫、湖南华曙高科是最活跃的厂家。

德国赢创(Evonik)

赢创在高性能聚合物开发与生产方面拥有超过40年的丰富经验。其多元化的产品组合包含几乎所有工业应用的解决方案。因此，集团是全球尼龙市场上客户长期合作的可靠伙伴。

图片：发动机舱的风道部件，采用赢创的VESTOSINT材料3D打印

赢创已经开始生产阻燃PA12，以及新的橡胶类材料和PA613，它结合了耐高温，高伸长率和高刚度，可用于开发新的应用，特别是在交通运输行业。

除了配合SLS工艺，针对于惠普的MJP设备，到目前为止，Evonik已经开发了一种聚酰胺（PA）12粉末，这是通过惠普多射流融合平台认证的第一款材料，这款材料将在5月份上市。另外一款PA-11粉末材料也在认证流程中，这款材料的弹性和阻燃性能可以用来满足管道类产品的要求。

德国巴斯夫（BASF)

化学巨人巴斯夫也与湖南华曙Farsoon合作开发PA 6粉末，之所以选择PA6是因为这种材料在注塑市场占有很大份额，所以市场上有很多客户需要高性价比的PA6材料。

图片：巴斯夫PA6材料

PA6是一种强大的尼龙，用于汽车和电子行业，以替代金属，以创造更轻、更便宜的部件。在SLS的加工环境中，PA6要求更高的加工温度。

巴斯夫用于SLS激光烧结工艺的Ultrasint PA6粉末提高了耐温性，提供了更高的强度和模量，以及抗爆破和压力性能。

湖南华曙（Farsoon)

湖南华曙推出了一系列的尼龙材料，其中尼龙材料FS3200PA Nylon Powder，适合机械性能和韧性要求高的产品，零部件制造或利用粘结剂制造的大型件，复杂件与塑料模型，汽车输油管、刹车管等。

图片：华曙高科PA6材料3D打印制品

材料方面，华曙高科还与Prodways合作，以推广尼龙材料在海外的市场占有率。

图片：Prodways尼龙材料3D打印制品

国内尼龙生产企业

意大利Windform

意大利的CRP Technology的Windform聚酰胺材料为SLS激光烧结技术产生了需要卓越的机械和美学特性的全球产品，而且他们的塑料产品可以被CNC机床进行加工。Windform材料的名称由来就是因为这种材料最初被用于赛车的快速制造，用来制造风洞测试的零部件。

Windform材料不同寻常的特点是这些基于聚酰胺的复合材料为3D打印打开了塑料领域的更大潜力，通过碳纤维或玻璃纤维增强，这些零件具备了重要的机械性能。

这使得Windform材料在汽车领域不仅被广泛用于制造结构件，而且在零件的实现上创造出强烈的美学效果。

国内尼龙生产企业

神马实业

神马股份在产业结构上横跨化工、化纤两大行业，形成了以尼龙66盐和尼龙66盐中间产品、工程塑料、工业丝（帘子布）、BCF地毯丝、安全气囊丝等主导产品为支柱、以原辅材料及相关产品为依托的新产业格局。

中国平煤神马集团是在平煤集团和神马集团的基础上于2008年12月5日重组整合而成。中国平煤神马集团是一家以能源化工为主导的国有特大型企业集团，产业遍布河南、湖北、江苏、上海、陕西等9个省区，产品远销30多个国家和地区，与40多家世界500强企业及跨国集团建立战略合作关系。旗下拥有“平煤股份”和“神马股份”两家上市公司，居2011中国企业500强第74位，是一家跨区域、跨行业、跨所有制、跨国经营的特大型能源化工集团。平煤集团是全国最大的焦炭生产基地，是国内品种最全的炼焦煤和电煤生产基地。神马集团是全国最大的尼龙化工生产基地。

3D打印设备及

解决方案

SLS工业设备

EOS

EOS公司是选择性激光（SLS）技术的领导厂商，从早期的塑料3D打印应用发展到90年代初期跨入到金属粉末3D打印的应用，把整个应用领域拓展得更加宽阔。EOS公司的主要的战略行业，包括航空航天、医疗、汽车、模具、工业自动化以及其它消费性产品，面向每一个不同的战略行业都有它相应的应用，不管是塑料方面或金属方面，EOS提供的主要是以技术应用为导向，从每一个行业找到能够发挥这个技术特点的应用。

EOS P800

EOS P110/P396/P760/P800系列可以用于尼龙的烧结，其中EOS P800工业级3D打印机基于激光烧结技术的快速制造，可在同一时间同时制造不同设计不同客户的不同产品，而无需模具等其他辅助手段。

其他SLS技术设备厂商包括3D Systems, Prodways(收购了Norge Systems），北京易加、北京隆源、盈普（Stratasys投资）、华曙高科、华科三维、中瑞科技、恒利、武汉滨湖等。

MJF设备

惠普

惠普多喷嘴的熔融技术是为了解决当今技术的三大问题：速度、精度和成本。这项技术的工作原理是非常有趣的。这是一个多化学过程，第一层的粉铺好，然后喷射熔剂，并在同一时间，喷射细化剂，为了产生高清晰度的边缘，然后再通过热源将粉末熔融，如此以来，层层堆叠成物体的形状。所以有了合适的设备，材料成为设备与应用端结合的“利器”。

HSS设备

XAAR公司、voxeljet公司

HSS-高速激光烧结技术是由霍普金森-尼尔研发出来的，他通过超过十年的时间一直在开发新的方法，目前拥有这项技术的公司包括XAAR公司和德国voxeljet公司。

在HSS加工过程中，喷墨打印头将黑色的红外辐射吸收油墨沉积在热塑性粉末床上，然后红外灯加热粉末，导致颗粒熔化，从而固化每一层的形状。

并且该工艺的温和加热打开了广泛的材料，如弹性体和其他塑料。此外，HSS可以使用100％的回收粉末，而不会导致粗糙的表面，也不需要富含氮气的环境。

FDM工艺设备

意大利Roboze

总部设在意大利Bari的Roboze公司，其Roboze One+400 3D打印机可以支持12种不同的材料包括PEEK、PEI、PC/ABS、TPU、碳-PA等。

Roboze的机器特点在于耐用、稳定性高，挤出嘴可达到400℃度的高温，关键的打印部件是通过机加工来获得极高的精度的，弃用皮带传输动力，Roboze的桌面机X轴和Y轴采用引入调质钢架和斜齿轮，从而达到25微米的精度，确保了高速进给所需要的顺畅和低摩擦系数。

在尼龙打印方面，Roboze的机器可用来打印碳纤维增强PA12.

美国Markforged

Markforged的Mark X 3D打印机集成了Markforged 专有的连续纤维丝（CFF）3D打印技术，可打印的材料包括Markforged公司的Nylon和Onyx等塑料材料，以及纤维增强材料——碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。该设备可应用在汽车、机器人、假肢和运动器材等行业。

根据3D科学谷的市场研究，其他的桌面级尼龙及复合尼龙材料打印机品牌包括：Ultimaker, Airwolf 3D, Cosine Additive, DDD Material等

工业级复合材料打印设备

美国麻省理工的Impossible Objects

Impossible Objects公司将更强的材料比如碳纤维、芳纶（Kevlar）和玻璃纤维运用到增材制造中，实现更快的建造速度，较强的机械性能，使得其拥有比其他的3D打印技术更广泛的应用空间，同时还满足那些不可能通过传统加工方式来加工的复杂几何形状的复合材料制造技术。

Impossible Objects 公司的3D打印尼龙碳纤维3D打印零部件的拉伸强度为拉伸强度为150兆帕，耐热性为120°C。Impossible Objects 公司的CEO 表示，传统方式的3D打印塑料零部件无论是在耐高温方面，还是强度方面都是无法与金属零部件相比。但Impossible Objects 3D打印的零部件比一些金属零部件拥有更高的强度-重量比。Impossible Objects的目标是让3D打印成为更高体积、轻量化、高性能零部件的主流制造技术。

Impossible Objects于2017年5月向市场上推出复合材料打印设备：Model One。Impossible Objects的CEO 声称Model One速度比FDM技术快10倍，屈服强度比市场上的其他塑料3D打印产品大10倍。

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