尼龍3D列印指南：SLS、MJF、FDM製程比較與材料應用

尼龍，也稱為聚醯胺或 PA，自 1938 年首次商業化以來，一直是製造商、工程師和設計師廣泛應用的流行材料。尼龍的強度、耐用性、韌性、彈性以及耐受性耐熱、化學品、磨損和衝擊等因素導致其在各行業的高採用率。

尼龍也是最受歡迎的 3D 列印材料之一，用於生產堅固的功能部件，包括電子、汽車、航空航太、醫療設備、消費品等的功能原型和最終用途部件。

能夠使用尼龍進行 3D 列印的積層製造流程包括選擇性雷射燒結 (SLS)、多射流熔融 (MJF)和熔融沈積成型 (FDM)。本篇綜合指南將能協助您透徹的了解並選擇合適的尼龍 3D 列印工藝和材料。

為什麼選擇 3D 列印尼龍？

尼龍：一種流行的塑料

雖然尼龍的首次商業用途是在 1938 年用於牙刷，但它在 1939 年世界博覽會上作為新型女式長襪的主要材料首次引起轟動，這種長襪很快就被稱為“尼龍”。與紡織品中的纖維一樣具有吸引力的品質（例如彈性、耐用性和耐磨性）使其對航空航天和汽車製造商、消費品公司以及任何需要生產耐用塑料部件的其他人很有用。

如今，尼龍被用於從住宅和商業通風系統到釣魚設備到電池外殼的各種領域。隨著尼龍從「贏得第二次世界大戰的材料」發展到日常使用，創新的化學家和製造商不斷擴大尼龍的應用。 

從家具、運動器材到汽車和飛機，墊圈、螺栓、軸承和齒輪等常見工具隨處可見。食品包裝通常含有尼龍。由於尼龍的溫度和電阻，製造商經常選擇它來容納電子設備、保護引擎零件並支援高端工程應用。例如，汽車中的進氣歧管通常由尼龍製成，大多數電動工具的外殼也是如此。 

尼龍約佔全球所有合成織物的 12%，並且仍然是許多紡織品、地毯、繩索和網的主要材料。

尼龍的特性

尼龍是聚醯胺 (PA) 的商品名，是一類工程熱塑性塑料，是在二酸單體和二胺單體之間形成醯胺鍵而製成的。它們的晶體結構賦予聚醯胺高水平的各向同性和耐化學性。儘管不同類型的尼龍表現出不同的特性，但尼龍通常以其強度、高耐化學性、耐用性、尺寸穩定性和耐熱性而聞名。

由於尼龍穩定且相對容易加工，製造商利用許多不同的技術來製造尼龍產品。尼龍零件可以採用多種製造工藝製造，例如射出成型、擠出成型以及現在的 3D 列印。

尼龍3D列印材料

當然，隨著積層製造的普及和實用化，尼龍 3D 列印成為創新的主要焦點。3D 列印尼龍為功能原型、最終用途製造和客製化零件提供價值。許多世界領先的 3D 列印機製造商都開發了系統，使其客戶能夠 3D 列印尼龍。

尼龍 3D 列印中最常使用四種特定類型的聚醯胺：PA-6、PA-66、PA-11 和 PA-12。尼龍3D 列印材料可用其他材料（例如玻璃和碳纖維）進行增強，以提高其在特定尺寸（例如強度或硬度）上的性能，或賦予其某些特性（例如阻燃性和靜電荷耗散性）。

許多尼龍零件，特別是那些用玻璃增強的零件，可以替代金屬汽車、航空航天或消費品零件。此外，由於具有電絕緣特性，尼龍通常用於電氣管道和斷路器等外殼。某些尼龍表現出高彈性和彎曲強度，例如尼龍 11，它是由蓖麻油生物工程製成的。 

良好的耐磨性使尼龍對於軸承、按扣和扣環等應用很有價值。同樣，與其他熱塑性塑料相比，尼龍隨著時間的推移可以很好地保持其性能特徵。尼龍的優點催生了對尼龍3D列印技術的強烈需求，以在不犧牲材料性能的情況下提高製造效率。

尼龍 3D 列印工藝

選擇性雷射燒結 (SLS) 尼龍 3D 列印機

SLS 3D 列印機使用高功率雷射來熔化聚合物粉末的小顆粒。未熔化的粉末在列印過程中支撐零件，並且無需支撐結構。這使得 SLS 非常適合複雜的幾何形狀，包括內部特徵、底切、薄壁和負形特徵。採用 SLS 列印生產的零件具有優異的機械特性，其強度類似於注塑零件。

尼龍是 SLS 3D 列印中使用的主要材料。對於大多數希望透過積層製造來發揮尼龍優勢的企業和個人來說​​，SLS 3D 列印機可能會提供經濟性和功能性之間的最佳平衡。 

SLS 列印完成後，使用者清空整個成型粉槽，並從未使用的粉末中提取列印零件，這些粉末可以回收利用，以最大限度地減少浪費。其他SLS 後處理技術可以改變 SLS 3D 列印尼龍零件的表面品質、顏色或導電性。 

SLS 3D 列印過去過於昂貴，限制了服務機構和大型企業使用粉末尼龍 3D 列印工藝。最近，最新的工業級桌上型 SLS 3D 列印機（例如Formlabs Fuse 系列）現在使專業人士能夠實現採用 SLS 技術的 3D 列印尼龍的優勢。這大大降低了進入門檻，並使更多的企業能夠在其產品和工作流程中使用 3D 列印尼龍，其中包括較難起步的中小型企業。

使用 SLS 進行尼龍 3D 列印的優點和缺點

SLS 3D 列印系統的尼龍 3D 列印零件接近等向性，這意味著它們在沿所有軸的應力下表現出相似的材料特性。重要的是，使用尼龍進行 3D 列印的許多原因（尤其是材料的強度和耐用性）只有在零件具有高度等向性時才能實現。FDM 列印機不生產各向同性零件，並且通常難以達到可接受的細節水平，這使得 SLS 或 MJF 成為許多用戶的唯一選擇。然而，MJF 和許多傳統的 SLS 選項都非常昂貴。 

此外，許多非常適合尼龍的零件，例如卡扣外殼和電氣外殼，需要中等到高水平的細節，只有 SLS 或 MJF 3D 列印機生產的零件才能找到。 

用於 SLS 3D 列印的尼龍粉末

▲尼龍是從工程消費產品到醫療保健等一系列功能性應用的理想選擇。

尼龍 12 和尼龍 11 是 SLS 3D 列印最常見的單組成粉末。尼龍 12 是首選材料，幾乎與所有 SLS 3D 列印機相容，而尼龍 11 需要稍微複雜的基礎設施來列印。 

這兩種變體也可以用玻璃或碳纖維等其他材料增強，以創建具有特定性能的複合材料，例如增加強度和硬度，但這些更利基材料的可用性在很大程度上取決於列印機的類型。 

以下材料與 Fuse 1+ 30W 相容：

	尼龍12粉末 通用、多功能材料，具有高細節和尺寸精度。 高性能原型設計 小批量生產 永久性夾具、固定裝置和工具 通用 SLS 零件
	尼龍 11 粉末 延展性強、柔韌的材料，適用於耐用性和性能至關重要的情況。 抗衝擊原型、夾具和固定裝置 薄壁管的和外殼 卡扣、夾子和鉸鏈 矯形器和義肢
	尼龍 12GF 加玻纖粉末 一種玻璃填充材料，具有增強的硬度和熱穩定性，適用於要求苛刻的工業環境。 堅固的夾具和固定裝置以及替換零件 承受持續負載的零件 螺紋和插口 承受高溫的零件
	尼龍 11CF 加碳纖粉末 利用這種高度穩定、輕質、高性能的材料，充分發揮尼龍和碳纖維的優點。 金屬零件的更換和備件替代品 加工、夾具、固裝置 高衝擊力設備 功能複合材料原型

使用 SLS 進行尼龍 3D 列印的要求和建議

由於市場上存在多種 SLS 列印機選項，因此沒有一套用於使用 SLS 列印尼龍的指南。一般來說，更大、更昂貴的 SLS 列印系統可能需要專門監管的實體空間、專門的電源基礎設施以及已完成 3D 列印機製造商提供的廣泛培訓課程的內部 3D 列印機技術人員。 

另一方面，即插即印選項（例如 Formlabs Fuse 系列）可在正常工廠環境中使用，只需最少的培訓即可操作，並且佔地面積相對較小。為了提供精簡、封閉的解決方案和端對端粉末處理，Fuse 系列列印機還配備了 Fuse Sift（將零件提取、粉末回收、存儲和混合集成在一個獨立設備中）和 Fuse Blast（一種全自動清潔和拋光解決方案）。

在徹底清潔列印機和隨附的後處理系統後，Formlabs 的 Fuse 系列 SLS 3D 列印機的工作流程還允許相對輕鬆地在尼龍粉末之間切換。更換 Fuse 系列上的材料只需不到三個小時 - 因此嘗試新的尼龍粉末不一定是不可能的或非常昂貴。透過 Fuse 系列和 Fuse Sift，使用者可以嘗試任何新材料，而無需購買全新的解決方案。 

多射流熔融 (MJF) 尼龍 3D 列印機

多射流熔融 3D 列印是一種粉末床融合積層製造工藝，可生產與 SLS 類似的零件，但工藝略有不同。為了形成零件，列印機將液體黏合劑從許多小噴嘴分配到粉末床上，使粉末達到半固態，然後加熱完成該過程。然後，紅外線熱源固化半固體十字形狀，然後沉積另一層粉末並重複此過程。MJF 於 2016 年獲得惠普專利，目前惠普仍是 MJF 3D 列印機的唯一供應商。 

▲選擇性雷射燒結製程示意圖。	▲多射流熔融過程示意圖。

MJF 印表機的速度相對較快，但成型槽的冷卻時間通常需要完成列印所需時間的兩倍左右。與 SLS 技術相比，MJF 製程效率較低，並且產生更多廢棄物，因為零件無法在列印室中緊密包裝在一起。

雖然 SLS 3D 列印機變得更容易入手，但 MJF 3D 列印機的價格從約 34 萬美元到超過 50 萬美元不等。因此，它們主要由財星 500 強公司的服務機構和大型內部積層製造實驗室使用。

使用 MJF 進行尼龍 3D 列印的優點和缺點

MJF 和 SLS 有許多共同的優點。這兩種工藝都不會產生支撐結構，使用戶免於複雜且昂貴的後處理步驟。與 SLS 一樣，使用 MJF 列印機 3D 列印尼龍零件可產生具有良好表面光潔度和各向同性材料特性的零件。 

用於 MJF 3D 列印的尼龍粉末

與 SLS 3D 列印機一樣，MJF 3D 列印機使用尼龍 12 和尼龍 11 粉末生產零件。HP 也提供玻璃增強尼龍 12，以提高硬度；然而，目前 MJF 3D 列印沒有碳纖維增強尼龍選項。

MJF 尼龍 3D 列印的要求和建議

在內部運行 MJF 技術需要熟練的 3D 列印技術人員，還需要專業的技術人員來安裝和維護印表機。HP MJF 印表機需要專門的電源基礎設施和大型專用空間來容納機器的較大佔地面積。與 SLS 印表機一樣，MJF 印表機解決方案包括用於粉末管理和零件回收的附加後處理硬體。 

熔融沉積成型 (FDM) 尼龍 3D 列印機

熔融沉積成型 (FDM) 也稱為熔絲製造 (FFF)，是消費者層面使用最廣泛的 3D 列印形式，受到3D 列印機愛好者的推廣。FDM 3D 列印機透過印表機噴嘴熔化和擠出熱塑性長絲，將長絲逐層沉積在建造區域中來建造零件。

FDM 3D 列印機通常使用 PLA 和 ABS 細絲，但更適合專業人士的 FDM 機器通常也可以列印尼龍。然而， FDM 技術的優點和缺點總體上仍然存在，因為 FDM 印表機總體上很難生產能夠充分利用尼龍所有優點的零件。

使用 FDM 進行尼龍 3D 列印的優點和缺點

▲FDM 長絲和共混物提供多種顏色選擇。（資料來源：All3DP.com）

由於 FDM 列印沿 Z 軸並非各向同性，因此使用 FDM 3D 列印尼龍時，無法實現尼龍的許多與強度相關的優勢。在 FDM 機器上列印的尼龍也有變形的傾向，就像 ABS 一樣。

此外，由於尼龍吸濕性很強，尼龍絲可能會在長時間列印過程中吸收水分，導致後期列印的各層品質低於第一層。建議使用乾燥箱等配件，以防止列印過程中材料吸水。

與使用其他材料進行 FDM 列印類似，了解尼龍 3D 列印的最佳設定通常需要進行大量測試。因此，開發可重複的工藝並在不同類型的尼龍 3D 列印材料上產生一致的結果可能很困難。成品零件的性能（包括強度和精度）可能會有所不同，因此不建議將 FDM 用於尼龍的廣泛功能原型設計或最終用途生產。

FDM 列印對於快速列印一次性和簡單的尼龍零件來說是一個不錯的選擇，但它不適合複雜的零件和大批量的零件。由於使用支撐結構，它產生的廢物也比 SLS 或 MJF 列印多得多。

用於 FDM 3D 列印的尼龍長絲

尼龍長絲最常見的是基於尼龍 6 和尼龍 66，因為它們更容易列印，但也有尼龍 12 長絲可用。大多數適合 FDM 列印的尼龍都有玻璃纖維和碳纖維增強版本，可提高剛性、強度和其他關鍵機械性能。 

尼龍 3D 列印 FDM 要求和建議

在 FDM 市場的當前選項中，許多經濟實惠的型號都具備在收到後立即 3D 列印尼龍的能力。然而，即使使用這些模型，使用者也必須確保其硬體設定和列印過程支援 3D 列印尼龍。

使用 FDM 3D 列印尼龍的硬體和設定建議：

• 全金屬熱端
• 能夠將長絲加熱至 250° C 或更高
• 塗有膠水的加熱列印床（玻璃床是理想的選擇）
• 封閉式外殼以避免變形
• 長絲乾燥系統達到最佳效果

由於尼龍具有高吸水性，長絲線軸必須保存在塑膠密封容器中，並且在使用尼龍列印之前使用乾燥劑可以提高可靠性和品質。

尼龍3D列印製程比較

儘管 FDM 3D 列印機提供了更實惠的選擇，但 FDM 機器的尼龍零件可能無法提供尼龍所需的材料特性。大多數希望利用尼龍優勢的用戶會選擇 SLS 或 MJF 作為他們的首選技術。

開始使用尼龍 3D 列印

▲尼龍 3D 列印非常適合各種應用，從功能原型製作到小批量或客製化製造，以及製造輔助工具（夾具、固定裝置）。

對於許多製造商來說，尼龍 3D 列印取代了傳統工藝，包括高端功能原型製作和小批量製造。提供相同品質的尼龍也導致其成為如此廣泛使用的3D 列印材料的發展。然而，並非所有尼龍 3D 列印機技術都是一樣的。

用於尼龍 3D 列印的三種主要技術是 SLS、MJF 和 FDM。雖然 FDM 列印機通常具有最低的入門成本，但 FDM 機器列印的零件的品質和一致性使其無法成為許多尼龍 3D 列印應用的重要選擇。 

另一方面，SLS 和 MJF 印表機可以產生高品質的零件，但成本卻遠遠超出了許多企業的負擔能力。除了高昂的價格之外，MJF 和一些 SLS 印表機還需要大量的佔地面積、專業技術人員以及昂貴的持續支援和維護，這使得它們成為不切實際的選擇。然而，一種新型的 SLS 列印提供了高品質尼龍 3D 列印的優勢，同時提高了易用性、硬體和空間要求，最重要的是，提高了成本：桌上型 SLS。 

立台式 SLS 結合了經濟性和品質。憑藉許多相同的材料選項，包括玻璃纖維和碳纖維增強尼龍，Formlabs Fuse 系列等選項為用戶提供了高品質的內部 3D 列印尼龍零件，而價格僅為其一小部分。 

考慮將尼龍 3D 列印能力引入內部？立即聯繫台灣天馬科技，給您最專業的建議。