引言：3D打印耗材的重要性与多样性
3D打印技术已经从工业原型设计扩展到教育、医疗、甚至个人创作领域，而耗材（Filament或Material）是决定打印质量、强度和应用范围的核心因素。根据Wohlers Report 2023的数据，全球3D打印市场预计到2028年将达到500亿美元，其中材料市场占比超过30%。选择合适的耗材不仅能避免打印失败，还能节省成本和时间。本文将全面解析常见3D打印材料，从入门级PLA到高端金属粉末，提供详细材料清单，并分享选购避坑指南。无论你是初学者还是资深用户，这篇文章都将帮助你做出明智选择。
我们将材料分为几大类：FDM/FFF（熔融沉积建模）热塑性塑料、光敏树脂（SLA/DLP）、粉末基材料（SLS/MJF），以及金属粉末（DMLS/SLM）。每个类别下，我们会列出关键材料、特性、应用场景，并用实际例子说明。最后，提供选购建议和常见陷阱分析。
第一部分：FDM/FFF热塑性塑料——入门与进阶的基石
FDM是最常见的3D打印技术，使用线轴（Filament）加热挤出成型。材料价格亲民，适合桌面级打印机（如Creality Ender 3或Prusa i3）。以下是主流材料的详细解析。
1. PLA（聚乳酸）：初学者的首选
主题句：PLA是一种生物基、可降解的热塑性塑料，打印温度低（180-220°C），无毒无味，是入门用户的理想起点。
支持细节：
- 特性：高强度、低收缩率（<0.5%），打印时不易翘边。熔点约150-160°C，但打印温度需高于此以确保流动性。PLA源于玉米淀粉或甘蔗，环保但耐热性差（热变形温度约50-60°C），不适合高温环境。
- 应用场景：原型模型、玩具、教育项目。例如，打印一个手机支架：使用0.4mm喷嘴、20%填充率，层高0.2mm，可在1小时内完成，表面光滑无需后处理。
- 优缺点：优点是易打印、颜色丰富（从透明到金属色）；缺点是脆性高，受冲击易碎。
- 规格：标准直径1.75mm或2.85mm，线轴重1kg。常见品牌：eSUN PLA+（增强版，强度提升20%）。
代码示例（Cura切片软件配置）： 如果你使用Ultimaker Cura切片PLA，以下是G代码预览的简化配置（实际在软件中设置）：
; PLA Profile Settings
Material: PLA
Nozzle Temperature: 200°C
Bed Temperature: 60°C
Print Speed: 50 mm/s
Layer Height: 0.2 mm
Infill: 20%
Retraction: 5 mm at 40 mm/s
这个配置确保PLA均匀挤出，避免堵塞。实际打印时，先进行温度塔测试（Temperature Tower）来微调：从180°C到220°C打印塔，观察表面质量。
2. ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）：耐用但需技巧
主题句：ABS是一种工程级塑料，具有优异的冲击强度和耐热性，但打印时易翘边和释放有害气体。
支持细节：
- 特性：拉伸强度约40MPa，热变形温度90-100°C，适合功能性部件。收缩率1-2%，需加热床（100°C）和封闭打印室以防翘曲。打印温度220-250°C，会产生ABS烟雾（含苯乙烯），建议通风或使用空气过滤器。
- 应用场景：汽车零件、工具手柄。例如，打印一个自行车刹车手柄：使用25%填充，层高0.15mm，后处理用丙酮蒸汽抛光可获得光滑表面。
- 优缺点：优点是耐用、可打磨/上漆；缺点是打印难度高，新手易失败。
- 规格：直径1.75mm，常与PLA混合使用（如ABS-PLA合金）。
代码示例（Simplify3D切片）：
; ABS Profile
Material: ABS
Nozzle Temperature: 240°C
Bed Temperature: 100°C
Print Speed: 30 mm/s (slow for adhesion)
Layer Height: 0.15 mm
Fan Speed: 0% (off to prevent cracking)
Enclosure: Required
测试ABS时，使用Brim（边缘）来增加附着力：在切片软件中添加5mm Brim宽度。
3. PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯）：平衡之选
主题句：PETG结合了PLA的易用性和ABS的强度，耐化学性和透明度高，是多功能材料。
支持细节：
- 特性：收缩率0.2-0.5%，打印温度220-250°C，无需加热床即可打印。耐水、耐油、抗UV，适合户外使用。强度类似ABS，但更柔韧。
- 应用场景：水瓶、防护罩。例如，打印一个防水容器：使用100%填充，层高0.1mm，无需后处理即可密封。
- 优缺点：优点是粘附强、不易翘边；缺点是易拉丝，需调整回抽。
- 规格：透明或半透明版本常见。
代码示例：
; PETG Profile
Material: PETG
Nozzle Temperature: 230°C
Bed Temperature: 70°C
Print Speed: 40 mm/s
Layer Height: 0.2 mm
Retraction: 6 mm at 45 mm/s
Fan Speed: 50%
4. 其他FDM材料清单
- TPU（热塑性聚氨酯）：柔性材料，硬度85A-95A。打印温度210-230°C，低速（20mm/s）打印。用于手机壳、鞋垫。避坑：使用直接驱动挤出机，避免 Bowden 管导致的挤出不均。
- Nylon（尼龙）：高强度、耐磨，吸湿性强（需干燥）。打印温度240-260°C，用于齿轮、卡扣。示例：打印尼龙齿轮，需在80°C干燥箱中预处理4小时。
- PC（聚碳酸酯）：耐高温（>100°C），强度极高。打印温度260-300°C，需封闭环境。用于工程夹具。
- 复合材料：如碳纤维增强PLA（PLA-CF），添加10-20%碳纤维，提升刚性但磨损喷嘴（需硬化钢喷嘴）。
FDM材料比较表（Markdown表格）：
| 材料 | 打印温度 (°C) | 强度 (MPa) | 耐热 (°C) | 易用性 | 价格 ($/kg) | 避坑提示 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PLA | 180-220 | 50-60 | 50-60 | 高 | 15-25 | 避免高温环境 |
| ABS | 220-250 | 40-50 | 90-100 | 中 | 20-30 | 需封闭打印室 |
| PETG | 220-250 | 50-55 | 70-80 | 高 | 20-35 | 控制回抽防拉丝 |
| TPU | 210-230 | 20-30 | 60-70 | 中 | 25-40 | 低速打印 |
| Nylon | 240-260 | 70-80 | 100-120 | 低 | 40-60 | 必须干燥 |
第二部分：光敏树脂（SLA/DLP）——高精度打印
SLA（立体光刻）使用液态树脂，UV光固化成型，分辨率可达25微米。适合珠宝、牙科模型。打印机如Anycubic Photon。
1. 标准光敏树脂
主题句：标准树脂平衡精度和强度，固化后硬度高，但易脆。
支持细节：
- 特性：收缩率5-10%，需后固化（UV灯30-60分钟）。拉伸强度40-60MPa，颜色多样。
- 应用场景：精细模型，如人物雕像。示例：打印一个1:10比例人物，层高0.05mm，曝光时间8秒/层。
- 避坑：避免阳光直射未固化树脂，以防自发固化。
2. 工程/柔性树脂
- 韧性树脂：抗冲击，用于功能原型。示例：打印手机壳，弯曲测试不裂。
- 柔性树脂：类似橡胶，硬度 Shore A 60-80。用于垫圈、鞋垫。
- 铸造树脂：低灰分，用于失蜡铸造。示例：打印戒指模型，烧蜡后注入金属。
- 生物相容树脂：医疗级，用于牙科假体（需认证）。
树脂规格：500ml瓶装，价格$30-80/L。品牌：Formlabs、Siraya Tech。
代码示例（Chitubox切片）：
; Standard Resin Profile
Layer Height: 0.05 mm
Exposure Time: 8 s (bottom: 60 s)
Lift Distance: 6 mm
Print Speed: 1 mm/s
Post-Cure: 30 min @ 405 nm UV
测试：使用Exposure Calibration打印阶梯图案，调整时间避免过曝。
第三部分：粉末基材料（SLS/MJF）——工业级无支撑打印
SLS（选择性激光烧结）使用聚合物粉末，无需支撑，适合复杂几何。打印机如EOS P系列。
1. 尼龙粉末（PA11/PA12）
主题句：尼龙粉末提供高强度和弹性，烧结后部件耐用。
支持细节：
- 特性：粒径20-80微米，激光烧结温度180-200°C。强度50MPa，耐化学。
- 应用场景：汽车内饰、医疗植入物。示例：打印一个柔性卡扣，层厚0.1mm，粉末回收率80%。
- 优缺点：优点是无需支撑；缺点是设备昂贵（$50k+），粉末需回收。
- 规格：粉末床温度控制精确，需氮气环境防氧化。
2. 其他粉末
- TPU粉末：柔性部件，如鞋中底。
- PEEK（聚醚醚酮）：高温耐性（>250°C），用于航空航天。打印温度380°C。
避坑：粉末吸湿，需在干燥环境中存储。MJF（多射流熔融）是HP的变体，使用墨水喷射，速度更快。
第四部分：金属粉末——高端工业应用
金属3D打印（DMLS/SLM）使用激光熔化粉末，适用于钛合金、不锈钢等。打印机如SLM Solutions。
1. 不锈钢粉末（316L）
主题句：316L不锈钢粉末提供优异的耐腐蚀性和强度，打印后需热处理。
支持细节：
- 特性：粒径15-45微米，激光功率200-400W，密度>99.5%。拉伸强度>500MPa。
- 应用场景：医疗器械、模具。示例：打印一个手术夹具，层厚0.03mm，后处理：喷砂+热等静压（HIP）消除孔隙。
- 优缺点：优点是接近锻造件；缺点是成本高（$200-500/kg），需专业设备。
- 规格：球形粉末，氧含量<0.1%。
2. 钛合金粉末（Ti6Al4V）
- 特性：轻质（密度4.4g/cm³）、高强度，生物相容。打印温度>1000°C。
- 应用场景：航空叶片、骨科植入物。示例：打印一个髋关节假体，需真空环境，后处理：CNC精加工。
- 避坑：粉末毒性，需穿戴防护；避免激光散射导致熔池不稳。
3. 其他金属
- 铝粉（AlSi10Mg）：轻量化部件，打印温度~700°C。
- 钴铬合金：牙科冠，高硬度。
金属粉末比较表：
| 材料 | 粒径 (μm) | 密度 (%) | 强度 (MPa) | 应用 | 价格 ($/kg) | 避坑提示 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 316L | 15-45 | >99.5 | >500 | 医疗 | 200-300 | 需HIP后处理 |
| Ti6Al4V | 15-45 | >99.9 | >900 | 航空 | 400-600 | 真空打印，防污染 |
| AlSi10Mg | 20-63 | >99 | >300 | 汽车 | 150-250 | 控制热输入防裂 |
代码示例（概念性，非实际G代码）：金属打印使用专用软件如Magics，参数包括激光扫描策略：
; DMLS Parameters
Layer Thickness: 0.03 mm
Laser Power: 200 W
Scan Speed: 1000 mm/s
Hatch Spacing: 0.1 mm
Powder Bed Temp: 200 °C
Post-Process: HIP @ 1000 °C, 100 MPa
测试：使用CT扫描检查内部缺陷。
第五部分：选购指南与避坑清单
选购指南
- 匹配打印机：FDM打印机限于热塑性；SLA需UV光源；金属需工业机。
- 评估需求：强度优先选ABS/金属；精度选树脂；环保选PLA。
- 品牌推荐：
- FDM：Prusament（高质量，无气泡）、Overture（经济）。
- 树脂：Anycubic（兼容性好）、Elegoo（性价比高）。
- 粉末/金属：EOS、Höganäs（认证材料）。
- 规格检查：直径公差±0.02mm（FDM），水分含量<0.02%（树脂/粉末）。购买前查看MSDS（材料安全数据表）。
- 价格参考：PLA \(15-25/kg；树脂 \)30-80/L；金属 $200+/kg。批量买可降20%。
避坑指南（常见陷阱与解决方案）
- 陷阱：材料不兼容——解决方案：检查打印机规格（如喷嘴直径、加热床）。示例：用1.75mm PLA在2.85mm机上会导致挤出失败。
- 陷阱：潮湿导致打印失败——解决方案：FDM/树脂需干燥（FDM：50°C烘干4小时；树脂：真空干燥）。症状：气泡、层间分离。
- 陷阱：假冒伪劣——解决方案：买自官方渠道，检查包装（无异味、均匀颜色）。测试：打印简单立方体，测量尺寸精度。
- 陷阱：忽略后处理——解决方案：PLA/ABS需打磨/上漆；金属需热处理。示例：未固化的树脂模型易碎，必须UV固化。
- 陷阱：成本超支——解决方案：从小线轴开始测试（250g），避免大桶树脂浪费。
- 陷阱：安全问题——解决方案：树脂/金属粉末有毒，戴手套/口罩；ABS烟雾用排气扇。儿童勿接触。
- 陷阱：环境影响——解决方案：选生物基PLA或回收粉末，避免不可降解材料。
通过这些指南，你能节省30%的材料浪费，并提升打印成功率。实际测试是关键：从小项目开始迭代。
结语：优化你的3D打印之旅
从PLA的简单入门到金属粉末的工业巅峰，3D打印耗材的选择取决于你的项目需求、预算和设备。记住，材料是桥梁，将创意转化为现实。建议从PLA起步，逐步探索。如果你有特定打印机或项目，欢迎提供更多细节以获取定制建议。持续学习最新材料趋势，如可持续生物塑料，将让你的打印更高效、更环保。