Tổng Hợp Các Nhóm Vật Liệu In 3D Phổ Biến Hiện Nay

Đối với ngành công nghiệp in 3D ngày càng phát triển hiện nay. Thì sự phát triển của vật liệu in 3D đang mang đến tiềm năng vô hạn cho mọi lĩnh vực. Qua bài viết này Meme 3D giúp bạn có cái nhìn tổng quan về các loại vật liệu in 3D phổ biến hiện nay có trên thị trường qua đó có thể lựa chọn loại vật liêu in phù hợp với mục đích của bạn.

Các nhóm vật liệu in 3D thông dụng

Có hai loại vật liệu 3D thông dụng

Vật liệu nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa in 3d được sử dụng phổ biến nhất. Đặc điểm khiến nhựa nhiệt dẻo khác biệt với nhiệt rắn là khả năng trải qua nhiều chu kỳ nóng chảy và hóa rắn. Nhựa nhiệt dẻo có thể được nung nóng và tạo thành nhiều hình dạng mong muốn. Quá trình này có thể đảo ngược vì không có liên kết phẩn ứng hóa học nào xảy ra, khiến cho việc tái chế hoặc nấu chảy và tái sử dụng nhựa in nhiệt dẻo trở nên khả thi. Một chất tương tự phổ biến đối với nhựa nhiệt dẻo là bơ, có thể tan chảy, đông cứng lại và tan chảy lại. Với mỗi chu kỳ nóng chảy, các đặc tính sẽ thay đổi một chút.
Vật liệu nhựa nhiệt rắn: Các polyme trong vật liệu nhiệt rắn liên kết chéo trong quá trình đóng rắn được tạo ra bởi nhiệt, ánh sáng hoặc bức xạ thích hợp. Nhựa nhiệt rắn phân hủy khi đun nóng thay vì tan chảy và sẽ không biến dạng khi làm mát. Không thể tái chế bình giữ nhiệt hoặc đưa vật liệu trở lại thành phần cơ bản của nó. Vật liệu nhiệt rắn giống như bột làm bánh, một khi đã nướng thành bánh thì không thể nấu chảy lại thành bột được nữa.

Các loại vật liệu in 3D phổ biến hiện nay

Cụ thể, vật liệu in 3d sẽ được chia theo công nghệ máy in 3d, mỗi một công nghệ sẽ sử dụng vật liệu in khác nhau để cho ra mô hình tương thích và hoàn chỉnh.

Vật liệu in 3D FDM

Các vật liệu in 3D FDM phổ biến nhất là ABS, PLA và các hỗn hợp khác nhau của chúng. Các máy in FDM tiên tiến hơn cũng có thể in bằng các vật liệu chuyên dụng khác có các đặc tính như khả năng chịu nhiệt, chống va đập, kháng hóa chất và độ cứng cao hơn.

<lớp yoastmark=

BẢNG TỔNG HỢP CÁC VẬT LIỆU IN FDM

VẬT LIỆU	MÔ TẢ	CÁC ỨNG DỤNG
ABS (acrylonitrile butadiene styrene)	Cứng và bền Chịu nhiệt và va đập Cần có bàn in được làm nóng để in Cần có hệ thống thông gió	Các mẫu cần độ cứng, chiệu nhiệt, độ bền cao.
PLA (axit polylactic)	Vật liệu FDM dễ in nhất cứng, chắc nhưng giòn Khả năng chịu nhiệt và hóa chất kém. Phân hủy sinh học Không mùi	Mô hình không mùi có khả năng phân húy sinh học
PETG (polyethylene terephthalate glycol)	Tương thích với nhiệt độ in thấp hơn để sản xuất nhanh hơn Khả năng chống ẩm và hóa chất. Độ trong suốt cao Có thể an toàn thực phẩm	Ứng dụng cho các mẫu chống thấm nước
Nylon	Mạnh mẽ, bền, nhẹ Cứng và linh hoạt một phần chịu nhiệt và va đập Rất phức tạp khi in trên FDM	Các mẫu nhẹ linh hoạt. Các bộ phận chịu mài mòn
TPU (Polyurethane nhiệt dẻo)	Linh hoạt và co giãn Chống va đập Giảm rung tuyệt vời	Mẫu linh hoạt
PVA (rượu polyvinyl)	Vật liệu hỗ trợ hòa tan Hòa tan trong nước	Tài liệu hỗ trợ
HIPS (polystyrene tác động cao)	Vật liệu hỗ trợ hòa tan được sử dụng phổ biến nhất với ABS Hòa tan trong limonene hóa học	Tài liệu hỗ trợ
Vật liệu tổng hợp (sợi carbon, kevlar, sợi thủy tinh)	Cứng, chắc với độ bền cao Khả năng tương thích bị giới hạn ở một số máy in 3D FDM công nghiệp đắt tiền	Dụng cụ chức năng Đồ gia dụng, đồ đạc và dụng cụ

Vật liệu in 3D SLA

Nguyên liệu In 3D SLA rất linh hoạt, cung cấp các công thức nhựa có nhiều đặc tính quang học, cơ học và nhiệt để phù hợp với các đặc tính của nhựa in 3d nhiệt dẻo tiêu chuẩn, kỹ thuật và công nghiệp.

<lớp yoastmark=

BẢNG TỔNG HỢP CÁC VẬT LIỆU IN 3D SLA

VẬT LIỆU	MÔ TẢ	CÁC ỨNG DỤNG
Nhựa tiêu chuẩn (Standard Resins)	Độ phân giải cao Bề mặt mịn, mờ	Mô hình cần độ phân giải cao mịn
Nhựa trong suốt (Clear Resin)	Vật liệu thực sự trong suốt duy nhất để in 3D bằng nhựa. Đánh bóng gần như trong suốt quang học	Các bộ phận yêu cầu độ trong suốt quang học
Nhựa dự thảo	Một trong những vật liệu in 3D nhanh nhất gấp 4 lần so với nhựa tiêu chuẩn, nhanh hơn tới 10 lần so với FDM	Mẩu cơ bản, In nhanh
Nhựa cứng và bền (Tough and Durable Resins)	Vật liệu chắc chắn, chắc chắn, có chức năng và năng động Có thể xử lý lực nén, kéo giãn, uốn và va đập mà không bị gãy Nhiều vật liệu có đặc tính tương tự như ABS hoặc PE	Vỏ máy và khung Các khớp nối Mẫu chịu lực cao, các mẫu kỹ thuật
Nhựa cứng (Rigid Resins)	Vật liệu có độ dày cao, chắc chắn và cứng có khả năng chống uốn cong Chịu nhiệt và hóa học Ổn định kích thước khi chịu tải	Đồ gá kẹp, khuôn gá và dụng cụ Tua bin và cánh quạt Các linh kiện hệ thống chất lưu và luồng không khí Vỏ thiết bị điện và vỏ ô tô
Nhựa Polyurethane	Độ bền lâu dài, Chịu đựng được tia cực tím, nhiệt độ cao và khả năng chịu ẩm Khả năng chống cháy, khử trùng, kháng hóa chất và mài mòn	Linh kiện hiệu suất cao cho ngành ô tô, hàng không vũ trụ và máy móc Các bộ phận sử dụng cuối cùng cứng cáp và chắc chắn Mẫu thử chức năng bền bỉ, tuổi thọ cao
Nhựa nhiệt độ cao (High Temp Resin)	Chịu nhiệt độ cao Độ chính xác cao	vật liệu chịu nhiệt trong luồng khí nóng, khí và chất lỏng Giá đỡ, vỏ và đồ gá chịu nhiệt Khuôn và lõi
Nhựa dẻo và đàn hồi (Flexible and Elastic Resins)	Độ đàn hồi của cao su, TPU và silicone Chịu được uốn cong, bẻ cong và nén Chịu được nhiều chu kỳ lặp lại mà không bị rách	Tạo nguyên mẫu hàng tiêu dùng Các chi tiết linh hoạt cho robot Thiết bị y tế và mô hình giải phẫu Đạo cụ và mô hình hiệu ứng đặc biệt
Nhựa silicon 40A (Silicone 40A Resin)	Vật liệu in 3D silicone 100% đầu tiên có thể sử dụng rộng rãi Đặc tính vật liệu vượt trội của silicone đúc	Nguyên mẫu chức năng, mẫu xác nhận và sản xuất số lượng nhỏ các chi tiết silicone Thiết bị y tế tùy chỉnh Đồ gá linh hoạt, dụng cụ che mặt và khuôn mềm để đúc Urethane hoặc nhựa
Nhựa y tế và nha khoa (Medical and dental resins)	Nhiều loại nhựa in 3D tương thích sinh học để sản xuất thiết bị y tế và nha khoa	Thiết bị nha khoa và y tế, bao gồm dụng cụ phẫu thuật, răng giả và chân tay giả
Nhựa trang sức (Jewelry resins)	Vật liệu để đúc mẫu chảy và đúc cao su lưu hóa Dễ đúc, với các chi tiết phức tạp và khả năng giữ hình dạng chắc chắn	Các sản phẩm dùng thử Vật liệu hàng đầu để làm khuôn có thể tái sử dụng Đồ trang sức tùy chỉnh
Nhựa ESD	Vật liệu an toàn ESD để cải thiện quy trình sản xuất thiết bị điện tử	Đồ gá và khuôn mẫu cho sản xuất linh kiện điện tử Mẫu và linh kiện chống tĩnh điện Các khay tùy chỉnh để xử lý và lưu trữ linh kiện
Nhựa chống cháy (FR)	Vật liệu chống cháy, chịu nhiệt, cứng và chống rão cho các môi trường như trong nhà, khu công nghiệp với nhiệt độ cao dễ dàng bắt lửa	Các bộ phận bên trong máy bay, ô tô và đường sắt Dụng cụ định vị, khuôn gá và các bộ phận thay thế tùy chỉnh cho môi trường công nghiệp Linh kiện bảo vệ cho thiết bị điện tử tiêu dùng hoặc y tế
Nhựa Alumina 4N	Gốm kỹ thuật alumina nguyên chất 99,99% Các đặc tính nhiệt, cơ và dẫn điện vượt trội	Chất cách điện và nhiệt Dụng cụ hạng nặng Các bộ phận chịu mài mòn và chịu hóa chất

Vật liệu in 3D SLS

Việc lựa chọn vật liệu cho SLS bị hạn chế so với FDM và SLA, nhưng các vật liệu hiện có có đặc tính cơ học tuyệt vời, có độ bền tương tự như các bộ phận được đúc phun.

Vật liệu phổ biến nhất để thiêu kết laser chọn lọc là nylon, một loại nhựa in nhiệt dẻo phổ biến với các đặc tính cơ học tuyệt vời. Nylon nhẹ, bền và linh hoạt, cũng như ổn định trước va đập, hóa chất, nhiệt, tia UV, nước và bụi bẩn.

Các vật liệu in 3D SLS phổ biến khác bao gồm polypropylen (PP) và TPU dẻo.

<lớp yoastmark=

BẢNG TỔNG HỢP CÁC VẬT LIỆU IN 3D SLS

VẬT LIỆU	MÔ TẢ	CÁC ỨNG DỤNG
Ni-lông 12	Mạnh mẽ, cứng cáp và bền bỉ Chống va đập và có thể chịu đựng sự hao mòn nhiều lần Chống tia cực tím, ánh sáng, nhiệt, độ ẩm, dung môi, nhiệt độ và nước	Mẫu có đề bền cao chống va đập Thiết bị y tế
Ni lông 11	Đặc tính tương tự như Nylon 12, nhưng có độ đàn hồi cao hơn, độ giãn dài khi đứt và khả năng chống va đập nhưng độ cứng thấp hơn	Các mẫu cần độ bền cao chống va đập Thiết bị y tế
Vật liệu tổng hợp nylon	Vật liệu nylon được gia cố bằng thủy tinh, nhôm hoặc sợi carbon để tăng thêm độ bền và độ cứng	Các mẫu cần các đặt tính tổng hợp có độ bền Cấu trúc các bộ phận sử dụng cuối
Polypropylen	Dễ uốn và bền Chịu hóa chất Kín nước Có thể hàn được	Nguyên mẫu chức năng Bộ phận sử dụng cuối Thiết bị y tế
TPU	Linh hoạt, đàn hồi và cao su Có khả năng chống biến dạng Độ ổn định tia cực tím cao Khả năng hấp thụ lực va đập tốt	Tạo nguyên mẫu chức năng Các bộ phận sử dụng cuối giống như cao su, linh hoạt Thiết bị y tế

So sánh vật liệu và quy trình in 3D bằng nhựa

Các vật liệu in 3D có quy trình in 3D khác nhau mỗi loại có những điểm mạnh và điểm yếu riêng để xác định mức độ phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Bảng sau đây cung cấp tóm tắt cấp cao về một số đặc điểm và cân nhắc chính.

Bảng so sánh các vật liệu in 3D phổ biến hiện nay

	FDM	SLA	SLS
Ưu điểm	Máy móc và vật liệu tiêu dùng chi phí thấp có sẵn	Giá trị lớn Độ chính xác cao Bề mặt nhẵn mịn Nhiều loại vật liệu chức năng	Các bộ phận chức năng mạnh mẽ Tự do thiết kế Không cần cấu trúc hỗ trợ
Nhược điểm	Độ chính xác thấp Chi tiết thấp Khả năng tương thích thiết kế hạn chế Máy công nghiệp chi phí cao nếu cần độ chính xác và vật liệu hiệu suất cao	Nhạy cảm khi tiếp xúc lâu với tia UV	Phần cứng đắt tiền hơn Tùy chọn vật liệu hạn chế
Các ứng dụng	Tạo mẫu nhanh với chi phí thấp Các mô hình chứng minh khái niệm cơ bản Chọn các bộ phận sử dụng cuối bằng máy móc và vật liệu công nghiệp cao cấp	Nguyên mẫu chức năng , khuôn mẫu và dụng cụ Ứng dụng nha khoa Tạo mẫu và đúc trang sức. Mô hình và đạo cụ	Tạo nguyên mẫu chức năng Sản xuất ngắn hạn, cầu nối hoặc tùy chỉnh
Nguyên vật liệu	Nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, chẳng hạn như ABS, PLA và các hỗn hợp khác nhau của chúng trên các máy ở cấp độ người tiêu dùng. Vật liệu tổng hợp hiệu suất cao trên máy công nghiệp chi phí cao	Các loại nhựa (nhựa nhiệt rắn). Tiêu chuẩn, kỹ thuật (giống ABS, giống PP, dẻo, chịu nhiệt), đúc được, nha khoa và y tế (tương thích sinh học). Silicon và gốm nguyên chất.	Kỹ thuật nhựa nhiệt dẻo. Nylon 11, nylon 12, vật liệu tổng hợp nylon chứa đầy thủy tinh hoặc carbon, polypropylen, TPU (chất đàn hồi).

Chọn vật liệu in 3D nhựa phù hợp

Mỗi loại vật liệu sẽ có một đặc tính riêng, do đó trước khi sử dụng bạn cần tiềm hiểu tính năng để lựa chọn vật liệu in 3D phù hợp, các yếu tố cần xác định như sau:

Xác định yêu cầu về hiệu suất

Nhựa được sử dụng để in 3D có các đặc tính hóa học, quang học, cơ học và nhiệt khác nhau quyết định cách thức hoạt động của các bộ phận được in 3D.

Khi mục đích sử dụng tiếp cận với việc sử dụng trong thế giới thực, các yêu cầu về hiệu suất sẽ tăng theo.

Bảng hiệu suất của các vật liệu theo các bộ phân in 3D

YÊU CẦU	ĐẶC TRƯNG	GỢI Ý
Hiệu năng thấp	Đối với việc tạo nguyên mẫu về hình thức và độ vừa vặn, mô hình khái niệm cũng như nghiên cứu và phát triển, các bộ phận được in chỉ cần đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất kỹ thuật thấp.	FDM: PLA SLA: Nhựa tiêu chuẩn, Nhựa trong suốt (các bộ phận trong suốt), Nhựa nháp (in nhanh)
Hiệu suất vừa phải	Để xác nhận hoặc sử dụng trước khi sản xuất, các bộ phận in phải hoạt động gần giống với bộ phận sản xuất cuối cùng nhất có thể để kiểm tra chức năng nhưng không có yêu cầu nghiêm ngặt về tuổi thọ.	FDM: ABS SLA: Nhựa kỹ thuật SLS: Nylon 11, nylon 12, polypropylene, TPU
Hiệu suất cao	Đối với các bộ phận sử dụng cuối, các bộ phận sản xuất in 3D cuối cùng phải chịu được sự mài mòn đáng kể trong một khoảng thời gian cụ thể, cho dù đó là một ngày, một tuần hay vài năm.	FDM: Vật liệu tổng hợp SLA: Nhựa kỹ thuật, y tế, nha khoa hoặc trang sức SLS: Nylon 12, nylon 11, vật liệu tổng hợp nylon, polypropylen, TPU

Xác định yêu cầu về vật liệu (Đặc tính cơ học của vật liệu)

Khi bạn đã xác định được các yêu cầu về hiệu suất cho sản phẩm của mình. Bước tiếp theo là chuyển chúng thành các yêu cầu về vật liệu. Các đặc tính của vật liệu sẽ đáp ứng các nhu cầu về hiệu suất đó.

Thông thường, bạn sẽ tìm thấy các số liệu này trên bảng dữ liệu của vật liệu.

YÊU CẦU	ĐẶC TRƯNG	GỢI Ý
Sức căng	Khả năng chống đứt của vật liệu dưới sức căng. Độ bền kéo cao rất quan trọng đối với các bộ phận kết cấu, chịu tải, cơ khí hoặc tĩnh điện.	FDM: PLA SLA: Nhựa trong, Nhựa cứng, Nhựa Alumina 4N SLS: Nylon 12, vật liệu tổng hợp nylon
Mô đun uốn	Khả năng chống uốn của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng. Chỉ báo tốt cho độ cứng (mô đun cao) hoặc tính linh hoạt (mô đun thấp) của vật liệu.	FDM: PLA (cao), ABS (trung bình) SLA: Nhựa cứng (cao), Nhựa dẻo và bền (trung bình), Nhựa dẻo và đàn hồi (thấp) SLS: Vật liệu tổng hợp nylon (cao), nylon 12 (trung bình)
Độ giãn dài	Khả năng chống đứt của vật liệu khi bị kéo dãn. Giúp bạn so sánh các vật liệu linh hoạt dựa trên mức độ chúng có thể co giãn. Đồng thời cho biết vật liệu sẽ biến dạng trước hay bị gãy đột ngột.	FDM: ABS (trung bình), TPU (cao) SLA: Nhựa dẻo và bền (trung bình), Nhựa Polyurethane (trung bình), Nhựa dẻo và đàn hồi (cao), Nhựa silicon 40A (cao) SLS: Nylon 12 (trung bình), nylon 11 (trung bình), polypropylene (trung bình), TPU (cao)
Sức mạnh tác động	Khả năng của vật liệu hấp thụ sốc và năng lượng tác động mà không bị vỡ. Biểu thị độ dẻo dai và độ bền, giúp bạn nhận biết vật liệu sẽ dễ bị vỡ như thế nào khi rơi xuống đất hoặc va vào vật thể khác.	FDM: ABS, Nylon SLA: Nhựa Tough 2000, Nhựa Tough 1500, Nhựa Grey Pro, Nhựa bền, Nhựa Polyurethane SLS: Nylon 12, nylon 11, polypropylene, vật liệu tổng hợp nylon
Nhiệt độ lệch nhiệt	Nhiệt độ tại đó mẫu biến dạng dưới một tải xác định. Cho biết vật liệu có phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao hay không.	SLA: Nhựa nhiệt độ cao, Nhựa cứng, Nhựa Alumina 4N SLS: Nylon 12, Nylon 11, vật liệu tổng hợp nylon
Độ cứng (máy đo độ cứng)	Khả năng chống biến dạng bề mặt của vật liệu. Giúp bạn xác định “độ mềm” phù hợp cho nhựa mềm, như cao su và chất đàn hồi cho một số ứng dụng nhất định.	FDM: TPU SLA: Nhựa dẻo, nhựa đàn hồi, nhựa silicone 40A SLS: TPU
Độ bền khi cắt xé	Khả năng chống lại sự phát triển của vết cắt dưới tác dụng kéo của vật liệu. Điều quan trọng là đánh giá độ bền và khả năng chống rách của vật liệu mềm và dẻo, chẳng hạn như cao su.	FDM: TPUSLA: Nhựa dẻo, nhựa đàn hồi, nhựa silicone 40ASLS: TPU
Biến dạng vật liệu	Biến dạng vật liệu là xu hướng của một vật liệu bị biến dạng vĩnh viễn dưới tác động của ứng suất kéo dài: ứng suất kéo, ứng suất nén, ứng suất cắt hoặc ứng suất uốn. Độ biến dạng vật liệu thấp là mong muốn đối với các chi tiết chịu lực lâu dài.	FDM: ABS SLA: Nhựa Polyurethane, Nhựa cứng, Nhựa Alumina 4N SLS: Nylon 12, nylon 11, vật liệu tổng hợp nylon, polypropylen
Bộ nén	Biến dạng vĩnh viễn sau khi vật liệu bị nén. Điều quan trọng đối với các ứng dụng nhựa mềm và đàn hồi cho bạn biết liệu vật liệu có trở lại hình dạng ban đầu sau khi nén hay không	FDM: TPUSLA: Nhựa dẻo, nhựa đàn hồi, nhựa silicone 40ASLS: TPU