引言：开启3D打印之旅的材料选择指南

欢迎来到3D打印的世界！作为一名新手，面对琳琅满目的打印材料，你可能会感到困惑：到底该选择哪种材料？每种材料有什么优缺点？如何避免常见的打印陷阱？本文将为你提供一份从PLA到ABS、树脂（SLA/DLP）和粉末（SLS）的全方位材料清单与避坑指南，帮助你快速上手，避免走弯路。

3D打印材料的选择直接影响打印质量、打印难度和最终零件的性能。根据打印技术的不同（FDM、SLA/DLP、SLS等），材料种类繁多。我们将重点介绍FDM（熔融沉积建模）中常用的PLA和ABS，以及光固化打印中的树脂，还有粉末烧结中的尼龙粉末等材料。每种材料都会详细说明其特性、适用场景、打印参数建议和常见问题解决方案。

通过本文，你将了解：

  • 材料的基本属性（如熔点、收缩率、强度）。
  • 如何根据项目需求选择材料。
  • 打印过程中的参数调整技巧。
  • 常见打印失败的原因及避免方法。
  • 安全注意事项和存储建议。

让我们从最基础的PLA开始，一步步深入探索3D打印材料的奥秘吧！

第一部分：FDM打印材料基础——PLA和ABS

FDM（Fused Deposition Modeling）是目前最普及的3D打印技术，使用热塑性塑料丝材（filament）通过加热喷头挤出成型。新手通常从FDM打印机入手，因此我们先详细讨论PLA和ABS这两种入门级材料。

1. PLA（聚乳酸）：新手的首选材料

PLA是Polylactic Acid的缩写，一种源自玉米淀粉或甘蔗的生物降解塑料。它是3D打印新手的最佳起点，因为打印难度低、气味小、环保。

特性与优势

  • 熔点低：约180-220°C，适合大多数入门级打印机。
  • 收缩率低：打印时几乎不收缩，冷却后不易翘曲，适合打印大尺寸平面模型。
  • 强度与刚性：中等强度，适合原型、玩具和装饰品，但不适合高温或高冲击应用。
  • 环保与安全：无毒、低气味（有轻微甜味），打印时无需封闭环境。
  • 颜色多样：市面上有数百种颜色和变体（如木质、金属填充PLA）。

适用场景

  • 初学者练习打印。
  • 教育模型、家居小物件（如手机支架、花瓶）。
  • 原型设计，无需高强度。

打印参数建议

  • 喷头温度：190-220°C（根据品牌调整，例如eSun PLA+建议210°C）。
  • 热床温度：50-60°C（可选，但有助于附着力）。
  • 打印速度：40-60 mm/s，初学者可从30 mm/s开始。
  • 层高：0.1-0.2 mm，追求细节用0.1 mm。
  • 填充密度：10-20%（墙壁模型用15%）。
  • 冷却风扇：全速开启，从第一层后开始。

避坑指南

  • 问题1：第一层不粘附。原因：热床不平或温度过低。解决：用酒精清洁热床，调整Z轴偏移（Z-offset）至0.1 mm间隙，使用胶棒或PEI板增加附着力。示例：在Cura切片软件中，启用“Brim”（边缘）功能，宽度5-10 mm，帮助固定模型边缘。
  • 问题2：拉丝（Stringing）。原因：温度过高或回抽设置不当。解决：降低温度5°C，增加回抽距离（Retraction Distance）至5-8 mm，速度40 mm/s。测试模型：打印一个简单的球体，观察是否有细丝。
  • 问题3：层间分离。原因：冷却过快或层高太厚。解决：降低打印速度，确保层高不超过喷嘴直径的80%（0.4 mm喷嘴用0.32 mm层高）。
  • 存储建议：PLA吸湿后会起泡，存放在密封袋中，加干燥剂。湿度超过50%时，使用烘干箱（50°C，4-6小时）。

实际打印示例

假设你想打印一个PLA手机支架：

  1. 在Tinkercad或Fusion 360设计模型，导出STL文件。
  2. 导入Cura切片：选择PLA预设，温度200°C，层高0.2 mm，填充20%。
  3. 打印时间约2小时（尺寸10x5x2 cm）。
  4. 成本：PLA丝材约20-30元/公斤，打印一个支架只需几元。
  5. 结果：光滑表面，无需后期处理。如果翘边，添加Brim并确保房间无风。

PLA的缺点是耐热性差（低于60°C会软化），所以不适合汽车内或户外使用。

2. ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）：耐用但需技巧

ABS是一种石油基塑料，强度高、耐热，但打印难度较大，适合有经验的用户或需要耐用零件的场景。

特性与优势

  • 熔点高：220-250°C，需要高温喷头。
  • 收缩率高：约0.5-0.8%，打印时易翘曲，需要封闭打印室。
  • 强度与韧性：高冲击强度，耐化学腐蚀，适合功能性零件（如工具、外壳）。
  • 表面光滑：可用丙酮蒸汽抛光，获得镜面效果。
  • 缺点：打印时释放苯乙烯气体（有刺激性气味），需通风；易翘曲，不适合新手。

适用场景

  • 机械零件、汽车配件。
  • 需要打磨或抛光的模型。
  • 高温环境（如热水管支架）。

打印参数建议

  • 喷头温度：230-250°C。
  • 热床温度：90-110°C（关键，防止翘曲）。
  • 打印速度：30-50 mm/s，慢速以减少收缩。
  • 层高：0.2-0.3 mm。
  • 填充密度：20-50%，根据强度需求。
  • 封闭环境：使用打印箱或盖子，保持温度稳定。

避坑指南

  • 问题1：模型翘曲开裂。原因：收缩不均。解决：加热热床至100°C，使用Kapton胶带或ABS胶水（用ABS溶解在丙酮中自制）涂抹热床。示例：在Simplify3D切片中，启用“Raft”（筏基）作为底层支撑，厚度0.5 mm，帮助均匀加热。
  • 问题2：层间粘合差。原因：温度不足或冷却太快。解决：关闭冷却风扇，确保喷头温度至少230°C。后期处理：用丙酮蒸汽（将模型置于密封容器中，倒入少量丙酮，熏10-30分钟）抛光。
  • 问题3：气体中毒风险。原因：ABS释放挥发物。解决：在通风良好的房间打印，或使用空气过滤器。新手建议从PLA过渡。
  • 存储建议：类似PLA，但ABS更易吸湿，存放在干燥器中。

实际打印示例

打印一个ABS齿轮（用于玩具车）：

  1. 设计齿轮模数1，导出STL。
  2. Cura设置：温度240°C，热床100°C，层高0.2 mm，填充40%，无冷却。
  3. 打印时间4小时（直径5 cm）。
  4. 成本：ABS约25-35元/公斤。
  5. 结果：坚固耐用，但底部轻微翘曲——通过Raft解决。后期用丙酮抛光，表面光滑如新。

新手提示：从PLA练习10-20次后，再尝试ABS。混合使用PLA+ABS的丝材（如PLA-ABS合金）可作为过渡。

第二部分：光固化打印材料——树脂（Resin）

如果你使用SLA（Stereolithography）或DLP（Digital Light Processing）打印机，材料是液态光敏树脂，通过UV光固化成型。这种技术精度高，适合小型细节模型，但材料处理更复杂。

1. 树脂的类型与特性

树脂分为标准、工程、水洗和柔性等类型，主要成分是丙烯酸酯或环氧树脂。

标准树脂（Standard Resin）

  • 特性：中等强度，易上色，固化后硬度适中。收缩率约5-10%，需后固化。
  • 优势：细节精细（层厚0.01-0.05 mm），表面光滑。
  • 缺点：脆性大，不耐冲击；需UV后固化（30-60分钟）。
  • 适用场景：珠宝原型、微缩模型、牙科模型。
  • 打印参数：层厚0.05 mm，曝光时间8-12秒/层（根据打印机如Elegoo Mars）。
  • 价格：约100-200元/升。

工程树脂（Engineering Resin）

  • 特性：高强度、耐热（可达80°C），低收缩。
  • 优势：类似ABS，适合功能性零件。
  • 缺点：更贵，气味较大。
  • 适用场景：机械夹具、耐热外壳。
  • 价格：200-400元/升。

水洗树脂（Water-Washable Resin）

  • 特性：用水清洗，无需酒精，环保。
  • 优势：简化后处理，减少溶剂使用。
  • 缺点：强度稍低，固化后需彻底干燥。
  • 适用场景：教育、快速原型。
  • 价格：150-250元/升。

柔性树脂（Flexible Resin）

  • 特性：橡胶般柔软，可弯曲。
  • 优势：适合需要弹性的模型。
  • 缺点：打印难度高，易变形。
  • 适用场景：手机壳、软管。
  • 价格：200-300元/升。

避坑指南

  • 问题1：打印失败（模型脱落）。原因：支撑不足或曝光不准。解决：在切片软件（如Chitubox）中添加足够支撑（密度20-30%，直径0.6 mm），校准平台水平（用A4纸测试间隙0.1 mm）。示例：打印一个雕像时，如果底部脱落，增加底部曝光时间至20-30秒。
  • 问题2：表面粘稠或泛黄。原因：清洗不彻底或UV过度。解决：用95%异丙醇清洗2-3次，每次1-2分钟；后固化时避免阳光直射，使用UV箱（365 nm波长，10-20分钟）。
  • 问题3：健康风险。原因：树脂含刺激性化学物。解决：戴丁腈手套、护目镜，在通风处操作；皮肤接触后立即用肥皂水冲洗。存储：避光、密封，保质期6-12个月。
  • 实际示例：打印一个树脂耳环（标准树脂）：
    1. 在Blender设计，导出STL。
    2. Chitubox设置：层厚0.05 mm，曝光10秒，支撑密度25%。
    3. 打印时间1小时（尺寸2 cm）。
    4. 后处理：酒精清洗，UV固化15分钟，上色。
    5. 结果：细节精美，但需小心处理废液（不可倒入下水道）。

树脂打印适合追求精度的新手，但成本较高，且废液需专业处理。

第三部分：粉末打印材料——尼龙粉末（SLS）

SLS（Selective Laser Sintering）使用高功率激光烧结粉末材料，适合复杂几何体，无需支撑。粉末材料主要是尼龙（PA），但设备昂贵，多用于专业或工业场景。新手可从服务提供商尝试，而非自购设备。

1. 尼龙粉末（PA12）的特性

  • 熔点：约180-220°C，通过激光局部加热。
  • 强度：极高，耐磨损、耐化学腐蚀，类似工程塑料。
  • 无翘曲：粉末床提供自然支撑，打印大型模型无问题。
  • 表面：颗粒状，需后期喷砂或染色。
  • 缺点：设备成本高（数万元），粉末回收复杂；吸湿性强。

适用场景

  • 功能性原型、汽车/航空零件。
  • 复杂内部结构（如蜂窝状）。
  • 批量生产小件。

打印参数建议（专业设备如Formlabs Fuse 1）

  • 激光功率：20-30 W。
  • 层厚：0.08-0.1 mm。
  • 粉末温度：预热至150°C。
  • 填充：100%（粉末自然填充）。

避坑指南

  • 问题1：粉末结块。原因：湿度高或温度不均。解决：粉末存储在干燥氮气环境中，预热均匀。示例：打印前用湿度计确保环境<30% RH。
  • 问题2：表面粗糙。原因：激光焦点不准。解决：校准激光路径，后期喷砂（用氧化铝颗粒，压力2-4 bar）。
  • 问题3：成本高。原因：粉末浪费。解决：回收未烧结粉末（回收率70-90%），但需筛分。
  • 健康与安全：粉末易燃，避免静电；戴口罩，操作在防爆室。
  • 实际示例：打印一个尼龙齿轮（PA12）：
    1. 设计CAD模型，导出STEP文件。
    2. 设备预热，激光烧结，时间2-4小时（尺寸10 cm）。
    3. 成本：粉末约500-800元/公斤，加上设备费。
    4. 后期：喷砂光滑，染色黑色。
    5. 结果：高强度，适合机械使用。新手建议外包给3D打印服务，如Shapeways。

粉末打印门槛高，但一旦掌握，可打印几乎任何形状。

第四部分：全方位材料清单与选购建议

材料清单总结

材料类型 主要成分 适用技术 价格范围（元/公斤或升） 优点 缺点 新手推荐度
PLA 生物塑料 FDM 20-40 易打印、环保 耐热差 ★★★★★
ABS 石油基 FDM 25-40 强度高、耐热 翘曲、气味 ★★★☆☆
标准树脂 光敏聚合物 SLA/DLP 100-200/升 高精度 脆、需后处理 ★★★★☆
工程树脂 改性聚合物 SLA/DLP 200-400/升 功能性强 贵 ★★★☆☆
水洗树脂 环保配方 SLA/DLP 150-250/升 易清洗 强度中等 ★★★★☆
尼龙粉末 PA12 SLS 500-800/公斤 无支撑、高强度 设备贵、复杂 ★★☆☆☆

选购建议

  • 品牌推荐：PLA/ABS选eSun、ColorFabb；树脂选Elegoo、Anycubic；粉末选EOS或3D Systems。
  • 购买渠道：淘宝、京东或专业3D打印店。检查批次一致性，避免假冒。
  • 预算规划：新手起步买1-2公斤PLA（<100元），逐步扩展。
  • 兼容性：确保丝材直径1.75 mm（主流），树脂与打印机匹配（波长405 nm）。
  • 环保考虑：优先生物基材料如PLA，回收FDM废料重熔（需专用设备）。

第五部分：通用避坑指南与安全提示

常见打印失败全解

  1. 附着力问题：所有材料通用。检查热床/平台水平，用测试模型（如20x20x5 mm立方体）验证。
  2. 温度波动：使用恒温环境，避免空调直吹。示例：ABS打印时，房间温度保持25°C以上。
  3. 切片错误：始终预览G-code。常见：忽略支撑导致悬空塌陷——用树状支撑节省材料。
  4. 后期处理：FDM用砂纸打磨（P200-P800），树脂用UV固化，粉末用喷砂。成本：砂纸<10元/包。

安全与存储

  • 安全：始终戴手套/口罩；FDM避免触摸热喷头（>200°C）；树脂/粉末远离儿童和宠物。
  • 存储：所有材料避光、干燥、密封。湿度<40%，温度15-25°C。定期检查变质（如PLA变脆）。
  • 故障排除代码示例（FDM G-code片段，用于调试）： 
    
; 示例：Cura生成的G-code片段 - 调整回抽
M104 S200 ; 设置喷头温度200°C
M140 S60  ; 设置热床60°C
G1 E-5 F1800 ; 回抽5mm，速度30mm/s
G1 X10 Y10 F3000 ; 移动到起始点
    如果打印有拉丝，在切片中增加此回抽设置，测试后优化。

结语：从新手到专家的材料之旅

选择合适的3D打印材料是成功的关键。从PLA起步，掌握基础后挑战ABS和树脂，最终探索粉末打印。实践是王道——多打印、多测试，记录参数日志。记住，每种材料都有其“脾气”，耐心调整，你很快就能打印出专业级作品！如果有具体问题，欢迎参考打印机手册或在线社区如Thingiverse。安全第一，享受创作乐趣！