案例详解惠普3D打印材料家族，PP 新材料面向更广泛的工业应用
材料是3D打印至关重要的一环，决定着3D打印技术是否可以突破现有瓶颈，应用于更为广阔的工业制造领域。
惠普3D打印携手材料合作伙伴，针对工业领域对于零部件设计优化的应用需求持续进行材料创新，将增材制造技术推向工业生产级应用。惠普3D打印材料家族中的成员已包括聚酰胺（PA）与聚氨酯 （TPU）两大类，近日惠普联合化工巨头巴斯夫推出新型高重用性的聚丙烯（PP）3D打印材料，进一步丰富了惠普3D打印材料组合。
在塑料制造领域，PP 是用量大、成本低的常见材料，广泛应用于汽车、包装、医疗、消费品与电子产品塑料零部件制造领域。那么，惠普推出的3D打印PP材料将为工业制造领域带来哪些全新的增材制造解决方案？
本期，3D科学谷将通过惠普3D打印的工业应用案例详解PP 材料的应用价值与性能，并回顾惠普3D打印材料家族中其他两大类材料的应用，看惠普如何通过材料的多样性推动3D打印技术规模应用的可能性。
应用广泛的新PP材料
PP是塑料领域很常见的材料，用量大、成本低，广泛应用于汽车、包装、消费品和电子产品、建筑、医疗等制造领域。PP材料是惠普多射流熔融（MJF ）3D打印材料家族中成本相对低的，以较低的成本生产出MJF技术打印的功能部件，这将激活很多以往因价格限制而无法实现的应用，帮助工业用户在成本、设计、性能和产能中实现平衡，找到合适的价格和材料。惠普推出市场的3D打印PP材料，将为工业领域带来更丰富的3D打印规模生产应用。
惠普3D打印将PP 3D打印材料的特点总结如下：
突破性的经济性：相比起目前HP 3D 打印最常用的材料PA12，聚丙烯的成本相对要低很多，最高可节省30%的花费。
出色的机械性能：PP材质是适配于HP Jet Fusion 5200 系列3D打印解决方案，可提供高生产率，并最大程度地减少工业级制造的浪费。
可复用性：PP材料可以100%回收剩余粉末，进一步提升材料利用率。
出色的耐化学性、低吸湿性和长期耐用性：是管道、流体输送系统、空调系统和容器等要求长期吸水量低的应用，PP 材料3D打印零件经过相应后处理之后，还可用于要求完全不吸水的应用。
惠普在前期费了大量精力来研究Multi Jet Fusion技术与PP材料的适配性，最终解决了其特殊的平面成型性能以及与工程塑料零件难以衔接搭配的问题。在巴斯夫的助力下，适配惠普3D打印技术的PP材料正式推出，并将广泛用于汽车、消费品、工业和医疗领域的应用。
接下来，我们通过三个PP 3D打印应用案例，进一步来了解这款材料的应用价值与性能。
▲来源：惠普
Oechsler是汽车行业的一系供应商，由于材料不同面临着开发过程缓慢的挑战。在PP材料的帮助下，使最初的原型材料和最终部件一致，加快开发过程，进一步优化了设计，最终开发出了3D打印的岐管和气液分离器。
在没有3D打印PP材料的情况下，由于3D打印原型件的材料和最终生产材料不一致，导致原型装配验证存在困难，同时也为装配过程中与其他部件的焊接与测试带来困难。
惠普PP 材料能够有效解决这一问题，Oechsler在原型阶段能够使用与最终部件一致的材料，从而加快开发过程。同时Oechsler能够利用原型验证经验，开发设计优化的并适合3D打印直接生产的最终部件，从而获得更多设计自由度，优化部件的流体系统，并可以与注塑生产的PP部件进行焊接，帮助工程师更快的测试整个装配，由于PP 3D打印材料的耐化学性与注塑件将相似，在原型验证阶段就开始测试。
值得关注的是，案例中Oechsler开发的歧管和和气液分离器，可以通过改进设计提升产品的性能。对于PP 材料，汽车制造行业可以考虑的3D打印应用包括内部构件、焊接构件，流体系统、空调系统功能原型等等。
▲来源：惠普
疫情期间，欧美国家面临着呼吸机部件急剧增长的需求，但由于这些市场的供应链并不完整，传统制造方式无法应对这些需求，惠普3D打印技术成为优选解决方案。
例如案例中的西班牙LEiTaT公司，利用惠普PP3D打印材料生产用于新冠治疗的呼吸机上的传感器组件如外壳和盖子等等，帮助短时间内开发出一台完整的呼吸机，解决了众多医院的需求。PP生产的部分功能部件展现了优秀的延展性和耐化学腐蚀性。3D打印在新的材料的配合下，填补了当前市场供应链的不足，提升了产品开发和生产的时间。
案例3-电子
▲来源：惠普
Extol是针对EV/AV车辆的“桥梁式”生产制造商，Extol公司其中一项需求是在批量生产前、功能验证后，短期小批量的生产电池冷却系统，并把3D打印成品与做注塑类产品做比较。使用HP 3D打印的PP材料完全满足了电池冷却系统对于抗化学腐蚀性和气密性的要求，而且3D打印产品时间更短，6天就可以完成从设计到交货。
材料多样性推动规模应用可能性
随着PP材料的推出，惠普3D材料产品组合的阵容不断扩大，为工业用户利用增材制造-3D打印技术进行产品研发与创新提供了更丰富的选择。根据惠普，无论是专为HP Multi Jet Fusion技术而设计还是通过HP Jet Fusion 3D打印解决方案认证的材料，都是经过层层测试、严格把关，满足生物相容性测试（美国药典），从而更好地满足各行各业的3D打印需求。
接下来，我们通过应用案例，回顾一下惠普材料家族中的聚酰胺（PA）、聚氨酯 （TPU）这两大类更早推出市场的材料在工业制造领域的应用。
l 聚酰胺（PA）材质3D打印材料
PA 11
▲来源：惠普
HP 3D高复用率PA11是一种延展性强，质量高的材料，多用于生产结实、柔韧的功能性部件，其优异的耐冲击性和柔韧性适用于生产假肢、鞋垫、运动用品等等。例如，德国矫正器制造商OT4就使用PA11打造了灵活、定制化的矫正头盔、手指矫正器和脚踝矫正器。
PA12
▲来源：惠普
作为惠普的旗舰材料，HP 3D高复用率PA12材料，非常适合以较低的单件成本生产坚固、优质、复杂的部件。由于其高达80%的粉末复用率，以及极佳的机械性能和极具性价比的成本优势。国内领先的3D打印技术与应用公司黑格科技与惠普携手，利用PA 12材料打造的高度定制化的3D打印腕手康复支具，为PA12 材料的代表性应用。
了解更多惠普3D打印与黑格科技康复辅具应用请前往《3D打印与康复辅具白皮书2.0》。
CB PA12
▲来源：惠普
HP 3D高复用率CB PA12适用于HP Jet Fusion 500/300系列3D打印解决方案，这种材料以高尺寸精度著称，能够生产出极佳机械性能的全彩和白色功能性部件。由它打造的心脏解剖模型帮助Rady Children’s Hospital的医生们更好的制定手术解决方案。
▲来源：惠普
HP 3D高复用率PA12 玻璃珠，以其高硬度的特点多用于生产坚硬的高质量功能性部件，非常适合需要高刚度的应用，如外壳、机箱、固定装置和工具。
l 聚氨酯 （TPU）材质3D打印材料
▲来源：惠普
BASF Ultrasint TPU01材料由巴斯夫开发认证，适用于HP Jet Fusion 5200 系列3D打印解决方案。作为打造柔性和弹性部件的理想材料，BASF TPU正不断扩展着最终部件的应用范围。
▲来源：惠普
由Lubrizol开发认证的ESTANE TPU M95A 则适用于HP Jet Fusion 4200 3D打印解决方案。由于其弹性高，磨损小，可产生高能量反弹，吸收高能量冲击，多用于生产鞋、义肢、可穿戴饰品等等。
惠普3D打印携手海耀在大中华区举办了新材料新应用的线上发布会，惠普的应用专家及材料制造与应用端的嘉宾对以上材料及应用进行了详细讲解。敬请前往惠普3D打印，获取演讲回看方式。
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