# 超級簡單3D列印材料測試原理與應用

## 1. 高職高分子筆記


## 2. 3D列印材料概述

近年，隨著3D列印市場對材料和機械性能有著不同的特定需求，無形中推動了材料科學的進步，3D列印的材料數量亦因此日益增長，要把所有材料都了解清楚的話，絕非三言兩語可解決的，但我們還是可以就某些材料只針對某種3D列印技術的特點，來進行簡單的概述。

迄今為止，熱塑性和熱固性聚合物是最常見的3D列印材料，但金屬、複合材料和陶瓷也可以進行3D列印。

我們也可以根據材料的特性來進行分類，例如︰價位、耐化學性、溶解性、柔韌性、耐用性、耐熱性、剛性、防水性、抗紫外線等。很多工業都需要應用到耐用的塑料，而尼龍12就是最常見的塑料選擇，另外，大多數的3D列印玩家會使用FDM最常用的PLA或ABS。

### 2.1 ABS
ABS就是樂高積木所使用的塑料，它堅韌、無毒且不易褪色，但ABS會被紫外線輻射分解，會因此褪色並脆化，所以不適合在戶外長期使用。ABS的熔點大約在攝氏220度，它在加熱時會變得柔軟，並會迅速凝固，所以需要一台擁有加熱平台的列印機，以防止列印品黏在列印機上。

ABS具防水和耐化學性，加熱時難免產生難聞的氣味，因此需要良好的通風系統。它適合製作概念和功能模型、以及用在製造業的齒輪、零件生產上。

### 2.2 PLA
PLA是一種生物聚合物塑料，由玉米澱粉或甘蔗製成，是可生物降解的材料。PLA的熔點在攝氏180 - 200度之間。

PLA堅韌且富彈性，但不如ABS耐熱，它會在高於攝氏60度時開始變形；它也不防水或耐化學性，在加熱時會有輕微的氣味，但無毒。雖然PLA不是食品安全的材料，而且還有點脆，但有些製造商會添加化學品來製造所謂的「堅韌PLA」，從而創造出不易脆化且更耐高溫的PLA。

跟ABS相比，PLA更容易列印，因此成為低成本3D列印機的首選，並適用於一般製造業的3D列印和彩繪微縮模型。

### 2.3 PVA
PVA是一種水溶性聚合物，用來製作固定3D列印品的支撐。它的熔點大約是攝氏200度，在加熱時會釋放出一些化學物質，因此也要注意通風系統。

作為支撐用途的材料，PVA會搭配別的材料一起列印，當列印完成後，把零件浸泡水中，就可溶解PVA的支撐，只留下其餘不溶解的零件，這種方法可以讓需要支撐的複雜模型、或帶有活動零件的模型，變得更容易列印。

### 2.4 尼龍 Nylon
尼龍最初是用來作為絲綢的替代品，具很高的抗拉強度，其承重力極高且不會斷裂，無毒，熔點在攝氏250度左右。

雖然尼龍在最近才被應用在3D列印的材料中，但因為它生產的列印品堅韌又耐損壞，價格低廉，加上不會被大多數常見的化學品損壞，所以它在各個行業中愈來愈被普及應用。

尼龍需要更高的溫度來列印，而攝氏250度的溫度比許多擠出機都要來得高。與ABS或PLA相比，要讓尼龍黏在列印平台上也比較困難，所以它通常需要加熱平台和白膠才能黏住底座。尼龍適合用來列印食物器具和花盆。

### 2.5 TPU
TPU是一種柔韌、耐磨、耐油、耐化學性的熱塑性塑料，非常適合應用於消費性和工業用途的製造(例如汽車行業)。它的熔點大概是攝氏220-250度，因具有良好的層間附著力，在3D列印過程中不易捲曲，所以TPU不需要加熱平台。

TPU耐低溫，可在低溫下保持其彈性，因此不具脆化及難以使用的隱憂；TPU也耐高溫，可承受高達攝氏80度的環境，因此以TPU列印的零件非常耐用。

### 2.6 5大3D列印材料的比較表

| 材料 | 特點 | 適用的製造 | 列印溫度 |加熱平台溫度 |列印平台 |強度|耐受性|伸縮性|列印難易度|
| ---- | ----- | ----- | ---- |---- |-----| ---|---|---|---|
| ABS | 堅固耐用 |零件和外殼| 230-250°C|90-95°C|膠水、藍色膠布|3|3|1|3|
| PLA |可生物降解的全天然材料|模型和產品|180-210°C|20-45°C|膠水、藍色膠布|3|2|1|5|
| PVA |可在水中輕鬆溶解|水溶性支撐|190-210°C|20-45°C|膠水|2|2|1|2|
| 尼龍 |極其耐用、耐磨性|高衝擊或高壓力零件|255-275°C|100-110°C|膠水、PEI|4|5|3|3|
| TPU |柔性聚合物|靈活、耐用的零件|210-240°C|20-70°C|膠水、藍色膠布|2.5|5|5|3|

*強度數字1~5*

### 2.7 ABS和PETG是什麼？
在PETG面世之前，ABS在強度和耐用性方面一直沒有對手，那麼在數位製造業中號稱「古老材料」的ABS，與PETG一系列的新材料相比，在材質上及使用技術上有何差異？

ABS最早是FDM 3D列印的材料，是當今最常見的塑料之一，用於注塑成型等技術，從數位製造業中的製造飛機座椅到樂高積木都能勝任。但當PLA面世後，便取代了ABS，而PETG的各種混合物被喻為能在ABS的強度和PLA的易用性之間，達到完美的平衡。
PETG和ABS都因它們的耐用性而受到重視

#### 2.7.1 使用的便利性
ABS列印有一定的難度，這就是PLA能夠超越ABS的原因，也是PETG能夠成為一個良好競爭者的原因，以下可看它們的比較︰
##### a 翹曲、黏連和裂開
ABS最大的問題是它的黏性不足，必須動用100℃以上的加熱床，而加熱不良的列印品更會急速變形、顯著翹曲、從構建板上剝落，甚至在層間裂開。PETG在黏性這方面就優秀多了，翹曲現象大大減少之外，線材只需要大約50℃ - 80℃的熱床，但熱床的附著力太好，有時會從構建表面撕下大塊的列印品，不過只要在構建板上塗膠水棒或髮膠等脫模劑，就能輕鬆解決問題，並確保列印成功。

總結這一切的問題，會發現使用PETG能更輕易使你3D列印的技術成功，因為它避免了很多與溫度有關的列印缺陷。
##### b 溫度要求
如前面所述，ABS對溫度的要求比PETG高很多，除了與列印失敗有關之外，並非所有列印機都能管理 ABS要求達到100°C以上的極端床溫，甚至更少的列印機具有加熱的構建室。ABS還可以在更高的噴嘴溫度下列印，而列印ABS需要全金屬熱端，但PETG並無這些要求。

##### c 氣味和顆粒排放
PETG列印時的氣味極小，VOC和顆粒排放量也很低，ABS則與PETG相反，所以ABS有可能導致健康問題，應避免待在生產ABS的環境裡。

##### d 後處理
擁有靈活性的後處理是ABS最大的亮點，你可以很輕易就給ABS塗漆和黏合，但這對於PETG來說幾乎不可能，所以PETG就會成為工作中的難題，可見ABS在後處理上絕對佔優勢。

##### e 吸濕性和儲存
ABS更便於儲存，因為PETG的吸濕性明顯更強，也導致材料本身更容易變質、線材線軸損壞，所以必須要特別保存PETG。

ABS黏性差，但PETG卻相反的黏性好
### 2.7.2 強度和耐用度
傳統上，ABS一直是高強度應用的首選材料，但PETG面世後就不一定了，以下是兩者在強度和耐用度方面的對比︰
#### a 強度
ABS的強度實際上比PETG弱很多，因為ABS的附著力往往較差。

#### b 抗紫外線
從長遠來看，PETG受紫外線輻射的影響最小，尤其是與ABS相比，如果你需要一種戶外使用的材料，PETG絕對能讓你的列印品壽命更長。
PETG在強度方面擊敗了ABS

#### c 耐熱性
ABS在耐熱性方面略勝一籌，PETG大多數只能承受高達80°C左右的溫度，但ABS可以承受高達100°C的溫度；PETG可以在大多數的電子應用中持續使用，但只有ABS可以在沸水中存活——如果你需要對你的列印品進行高溫消毒，ABS是特別適合的材料。
ABS耐熱
### 2.7.3 價格和可用性
雖然ABS曾經是最常見的材料，但它已逐漸被PETG取代，而這些材料在顏色和混合方面也提供了略有不同的選擇，以下是你可能會遇到的一些差異︰

#### PETG
PETG的獨特之處在於它有透明的顏色可供選擇，這對於燈罩和花瓶等用品非常實用，而這是ABS不具備的選擇。你還可以從PETG的製造商那裡找到許多混合材料，例如來自Colorfabb的nGen，雖然名字不同，但都是以PETG作基礎材料。PETG的價格範圍從一般使用到高級，視它們被混合以獲得更高的強度或列印質量而定。

#### ABS
ABS的優勢在於價格，它通常比PETG便宜，而ABS也更輕，所以每個線軸在實際上可以使用更長的時間，可是，ABS並無多樣性可言。
PETG有各種各樣的名稱和混合物

### 2.7.4 哪個比較適合你？
對大多數人來說，PETG更堅固、更耐用，而且列印效果更好，它還有透明顏色可供選擇，ABS相形之下就沒那麼熱門了。但當你需要絕對的100°C耐溫性或黏合和塗漆能力時，就需要用到ABS了。

希望本文的指南可以幫助你區分ABS和PETG這兩種線材，知己知彼，只要搞清楚了材料的特質，才能助你把3D列印的技術發揮得淋漓盡致，搶當數位製造的第一名！

## 3. 機械力學拉力測試機

# 參考文獻
* [《3D列印養成術 三》5大列印材料大比併、應用知識最終補帖！](https://diman.tw/news-Detail/what-is-3d-printing-series-materials-application)
* [3D列印最常用到的PETG和ABS，材質差異一次說清楚！](https://diman.tw/news-Detail/petg-vs-abs-3d-printing-filaments)
* [認識那些用於3D列印的材料](https://www.smartmolding.com/20-06c01/)
* [塑膠時代的必備常識](https://www.scimonth.com.tw/archives/2164)
* [高職工程材料-高分子材料筆記](https://www.clearnotebooks.com/zh-TW/notebooks/668142)
* 高職機械力學