摘要
热塑性聚氨酯（TPU）作为一种柔性3D打印材料，以其优异的弹性、耐磨性和抗冲击性，正在改变传统制造方式。该材料能够打印从减震器、密封件到可穿戴设备等各种柔性产品，为医疗康复、工业制造和消费电子等领域提供了创新解决方案。 通过优化打印参数（如温度、填充率和打印路径）和使用直驱挤出机等专用设备，TPU的打印速度已提升至300mm/s，大幅提高了生产效率。材料配方的不断创新，包括发泡TPU和多功能复合材料的发展，进一步拓展了其应用范围，为柔性制造领域带来新的可能性。
产品介绍
随着3D打印技术的快速发展，热塑性聚氨酯（TPU）作为一种重要的柔性材料，正以其独特的柔韧性、耐磨性和耐油性，在从工业制造到消费产品的众多领域开辟着新的应用前景。
热塑性聚氨酯（TPU）是一种柔性和有弹性的热塑性3D打印耗材，具有类似橡胶的弹性，有不同的软硬范围可以选择，并且耐磨和耐油。
它非常适合打印需要冲击吸收和柔软触感表面的模型，例如管子、密封件、衬套、减震器和可穿戴电子产品等。随着3D打印技术的进步和材料的创新，TPU正成为柔性制造领域的重要材料。
01 TPU材料的特性与优势
TPU材料在3D打印中的应用之所以日益广泛，源于其独特的物理特性。TPU具有优异的弹性、耐磨性和耐用性，回弹性能出色。
这些特性使TPU能够打印出传统刚性塑料无法实现的柔性结构和功能部件。TPU材料的不同硬度规格（如85A、90A、95A、102A）为其提供了多样化的应用可能。
较软的85A硬度适合打印减震垫、缓冲器，而95A和102A硬度则更适合日常小物件和半刚性结构件。材料配方的不断创新也让TPU性能持续提升，如有新型TPU线材在ISO4649测试标准下，磨耗仅23mm³，远低于同类产品的50mm³以上。
02 TPU打印工艺的优化
TPU材料的打印需要特定的工艺技术和参数优化。研究表明，打印参数直接影响制件的机械性能。
通过正交实验法对TPU材料打印参数进行优化，结果显示，打印温度、打印路径、分层厚度和填充率四个因素中对拉伸强度影响最大的为填充率，其次为打印路径、分层厚度和打印温度。
获得最大拉伸强度的最优参数组合为：打印温度200℃、打印路径45°、分层厚度0.1mm、填充率100%。
打印速度的提升是近年TPU打印的重要突破。传统TPU打印通常需要较慢的速度（约30-50mm/s），以避免挤出问题和保证打印质量。
而新型TPU材料如艾普创TPU 95A HS实现了300mm/s的高速打印，是一般TPU线材打印速度的10倍左右。
03 TPU在不同行业的创新应用
TPU材料的特性使其在多个领域得到广泛应用。在医疗康复领域，TPU用于制作假肢、矫形器和鞋垫等产品。
路博润开发的ESTANE® 3D TPU M88A材料应用于假肢和矫正器，为定制和个性化提供了更多选择。医生还可以通过3D打印技术，使用TPU制作符合患者独特解剖结构的射线屏蔽膜。
在工业制造领域，TPU可用于生产减震垫、密封环和防护罩等。使用较软的TPU材料打印的仿生触手，弯曲曲率半径＜2mm，抓取力0.1-5N精密可控，表面微结构实现防滑系数μ＞1.2。
消费电子和时尚领域也是TPU的重要应用市场。基于TPU材料的柔韧性能和抗冲击性，其可广泛应用于定制生产柔性保护壳和抗冲击部件。
在时尚与穿戴领域，利用柔性3D打印技术，用户可以制作运动鞋、拖鞋、背包、衣服以及手环表带等。
04 TPU打印的挑战与解决方案
尽管TPU具有诸多优点，但其打印过程仍存在一些挑战。材料吸湿性是TPU打印的常见问题，TPU材料吸湿性较高，容易受潮，打印之前建议先进行干燥处理。
设备要求方面，建议使用直驱挤出机（近程挤出机），硬度在85A以上的材料对喉管和挤出齿轮有更高要求。喷嘴建议使用0.4mm及以上的规格。
对于打印参数设置，不同硬度材料需要不同温度：64D、95A等通常使用220℃的打印温度即可，而90A、85A等较软材料建议使用240℃左右温度进行打印。
流量比例建议设置1.0-1.05，因为TPU材料挤出一般偏少。回抽应减少或者禁用，因为柔性材料回抽太多太频繁容易在挤出齿轮处变形。
05 TPU材料的未来发展趋势
TPU材料的技术创新正在多个方向推进。材料配方的创新是明显趋势，如发泡TPU材料的出现——Siraya Tech推出的TPU Air是一种主动发泡型线材，能够通过温控发泡显著减轻重量。
通过调节打印温度，用户可以控制材料的最终柔软度和重量，从而打印出比标准TPU打印部件轻50%的部件。
多功能复合应用是另一个发展方向。有研究通过将3D打印热塑性聚氨酯（TPU）和溶液涂层银纳米颗粒（Ag NPs）技术相结合制备了一种高性能应变传感器。
该传感器表现出高达138%的高拉伸性，并具有高灵敏系数。还有研究将天然胶乳浸渍于3D打印的聚乳酸（PLA）纤维网络中，制得高韧性的PLA/天然胶乳（NR）复合材料。
色彩与包装创新也在进行。艾普创TPU 95A HS推出了8款中国传统色，分别为元青、乳白、云母、沧浪、嫩鹅黄、梅红、槿花、窃蓝。
这些与众不同的国潮色不仅可以让模型的颜值在线，还可以使模型自带文化基因。包装方面，新型TPU线材采用专利的线盘和包装设计，耐温性更高，双面对称的通风孔可以帮助线材烘干更均匀。
TPU材料在3D打印领域的应用已经远远超出了原型制作的范畴。从高性能的跑鞋中底到医疗领域的定制化假肢，从工业密封件到可拉伸柔性电子设备，TPU正展现出其无限的可能性。
随着像路博润ESTANE® 3D TPU M88A这样的新材料推出，打印速度比以往材料缩短了45%，以及像艾普创TPU 95A HS支持300mm/s的高速打印，TPU的打印效率和应用范围还将继续扩大。
未来，随着材料科学的进步和3D打印技术的创新，TPU有望在更多领域发挥重要作用，为智能制造、医疗健康和消费电子等行业带来更多突破性的解决方案。
