摘要
介绍了SLS 3D打印技术中最常用的尼龙材料及其增强型变体。分析了尼龙12（PA12）和尼龙11（PA11）的基础特性，详细阐述了纳米增强、玻璃纤维/碳纤维增强及其他复合材料的性能提升与应用优势。文章还涵盖了材料选择的关键因素，包括机械性能要求、加工工艺及后处理需求，并对新型复合尼龙材料的发展趋势进行了展望，为工程应用和产品开发提供选型参考。
产品介绍
在3D打印技术的众多工艺中，选择性激光烧结（SLS）因其能够制造复杂几何形状的零件和功能原型而备受青睐，而尼龙材料正是这一技术中应用广泛且性能出色的材料之一。
选择性激光烧结（SLS）技术通过高功率激光器逐层烧结粉末材料，构建三维实体，特别适用于制作复杂几何形状的零件和功能原型。
在SLS技术采用的多种材料中，尼龙材料占据了主导地位，超过60%的3D打印尼龙粉末材料都使用SLS工艺打印。
尼龙11（PA11）和尼龙12（PA12）是两种常用的SLL尼龙材料。PA11具有更好的抗紫外线和抗冲击性能，而PA12则表现出较高的强度和刚度。这些材料不仅具有良好的机械性能，还可以进行抛光、染色、电镀等后处理。
01 基础尼龙材料及其特性
SLS技术常用的基础尼龙材料主要包括尼龙12（PA12）和尼龙11（PA11）。PA12是目前应用广泛的SLS材料，具有良好的强度、韧性和耐磨性，以及优异的耐化学性和抗紫外线性能。
它的加工性能出色，适合制作功能性原型和最终用途部件，并且易于进行喷漆、染色等二次加工。PA11则表现出更好的抗冲击性能和抗紫外线能力，适用于需要更高韧性的应用场景。
SLS技术相比其他3D打印技术如FDM和SLA具有多项优势：不需要添加支撑结构、成型效率高、精度较好（误差可控制在±0.1-0.2mm左右），以及制成的零件具有出色的机械性能和耐温耐化学性能。
02 纳米增强尼龙复合材料
纳米粒子增强是提升尼龙材料性能的有效途径。研究显示，通过溶剂沉淀法制备的纳米二氧化硅/尼龙12复合粉末材料，可显著改善SLS成形件的力学性能。
纳米二氧化硅以纳米尺寸均匀分散在尼龙12基体中，复合粉末的粒径比纯尼龙12粉末更小，有利于提高烧结速率和成形件精度。
这种复合粉末还具有更高的热稳定性，其烧结件的拉伸强度、拉伸模量和冲击强度比纯尼龙12烧结件分别提高了约20.9%、39.4%和9.5%。
制备纳米增强尼龙复合材料的方法包括：首先对无机纳米粒子进行表面有机化处理，然后通过超声波处理将无机纳米粒子均匀分散在混合溶剂中，形成悬浮液。
接着在密闭容器中将此悬浮液、尼龙树脂及抗氧化剂混合物加热，使尼龙树脂溶解于溶剂中，然后逐渐冷却，并减压蒸馏回收溶剂，得到粉末聚集体，经进一步处理即得尼龙/无机纳米粒子复合粉末材料。
03 纤维增强尼龙复合材料
纤维增强是另一种提高尼龙性能的有效方法。玻璃填充尼龙（GF-PA）在标准尼龙基础上添加玻璃纤维，显著增强了材料的刚性和尺寸稳定性。
这种材料适用于需要更高结构强度的应用场景，如工业机械零件和无人飞行器框架等。
碳纤维增强尼龙则结合了碳纤维的高强度和尼龙的良好加工性能，成为运动器材和赛车零件等高性能要求产品的理想选择。
华中科技大学快速制造中心开发了一种基于SLS技术的碳纤维/环氧热固性树脂的制备成形一体化工艺，能够制备具有三维连续碳纤维/尼龙/树脂三元结构的复合材料。
这种材料表现出比大多数已报道的SLS材料更高的拉伸和弯曲强度，分别达到101.03MPa和153.43MPa。
04 其他增强型尼龙变体
除了纳米和纤维增强尼龙外，还有许多其他增强型尼龙变体广泛应用于SLS技术中。玻璃微珠填充尼龙提高了材料的刚性和表面光滑度，适用于电子设备外壳和建筑构件等应用。
铝填充尼龙（PA AF）由尼龙和铝粉混合而成，使制品具有金属外观和刚性结构。这种材料易于加工和后处理，具有更好的耐磨性、耐热性和刚性，但表面较为粗糙。
阻燃尼龙通过了严格的燃烧测试，具有白净的色泽、优异的机械性能和烟毒性测试表现，适用于对阻燃性要求较高的行业。
TPU（热塑性聚氨酯弹性体橡胶）则具有出色的弹性和耐磨性，类似于橡胶，适用于需要柔性和回弹性的产品，如鞋底和密封件等。
05 材料选择考虑因素与未来发展
选择SLS尼龙材料时，需要考虑多个因素：应用需求（如是否需要高强度、柔韧性、耐高温或导电性等）、加工难易程度（不同材料的SLS加工难度各异）、成本效益（平衡材料成本与预期收益）以及后处理需求（有些材料可能需要额外的后处理步骤）。
随着技术的发展，越来越多新型SLS材料不断涌现，包括生物可吸收材料（用于临时医疗植入物或药物输送装置）、导电材料（实现内置电路或传感器的功能集成）和彩色尼龙（直接打印出带有颜色的成品，无需后期上色）等。
随着新型材料的不断涌现，如生物可吸收材料、导电材料和彩色尼龙等，SLS技术的应用范围将进一步扩大。
纳米增强复合材料显示出显著改善的力学性能，而纤维增强复合材料则提供了更高的强度和刚度。
未来SLS尼龙材料的发展将更多地集中在多功能复合材料和可持续解决方案上。
