工程樹脂制造商專注于3D打印材料

文/本刊記者Lilli Manolis Sherman

SABIC公司針對一系列新的3D打印工藝開發了大量基于其工程樹脂的特種產品。

在過去3年里，SABIC公司（美國辦事處位于休斯頓）加大力度實現使用增材制造工藝進行大規模生產。重點是優化用于增材工藝（又名“3D打印”）的材料開發，使它們能夠滿足那些受到嚴格監管的終端應用領域如航空航天、醫療等對于材料性能的要求。

SABIC公司一直致力于開發用于熔融沉積建模（FDM）和熔絲制造（FFF）、選擇性激光燒結（SLS）和大幅面增材制造（LFAM）等增材工藝的材料。新的長絲和粉末

SABIC公司作為工程樹脂的供應商已經活躍了十多年，向那些為FDM工藝生產長絲的客戶提供產品和服務。該公司最著名的是作為Ultem PEI樹脂供應商，向位于明尼蘇達州Eden Prairie的Stratasys公司提供樹脂，在其Fortus系列工業FDM打印機中使用。

兩種新型的Thermocomp AM復合物被用于Livrea游艇公司的一款概念船體——一種碳纖維增強PPE用于船體的外層，一種碳纖維增強PEI用于內部格子框架支撐結構

2014年，SABIC公司在涉足LFAM新興技術時開始擴大其業務范圍。例如，該公司是Local Motors、橡樹嶺國家實驗室和辛辛那提公司之間一項合作項目的贊助商，在芝加哥2014 IMTS展會上現場打印Strati電動車即是該項目的成果。

2017年5月，SABIC公司針對LFAM推出了它的Thermocomp AM復合物初始產品組合。這些材料的打印參數和機械性能是根據大面積增材制造（BAAM）機器上打印的測試樣本確定的。用碳纖維或玻璃纖維增強這些新的復合物可用于模具、航空航天、汽車和國防工業中的應用。前八種Thermocomp AM復合物是基于SABIC的四種無定形樹脂：ABS、PPE合金、PC和PEI，它們具有良好的抗蠕變性能。與半結晶樹脂相比，冷卻期間較低的收縮率和最終使用過程中較少的熱膨脹，意味著這些無定形材料具有較大的尺寸穩定性。

SABIC公司消息人士稱，預計2018年是公司在計劃用于商業發布的產品種類方面非常活躍的一年。針對LFAM，Thermocomp AM產品組合可能會有所擴展。SABIC公司目前正在評估基于半結晶樹脂（如PBT、尼龍、PPS和PEEK）的新型復合物，以滿足業界對具有改善的耐化學性和剛度的LFAM材料的需求。

SABIC公司還致力于通過工程樹脂新的訂制粉末形式來擴大其在SLS中的參與。公司消息人士指出，SLS工藝采用的幾乎都是半結晶材料。但是，預計SABIC公司將推出一種獨特的PC粉末，它可以生產完全無定形的部件。該公司還計劃將這種獨特的材料和工藝技術擴大到其他無定形樹脂上。

對于FDM/FFF，SABIC公司將推出Lexan PC和Ultem PEI符合醫療要求的長絲以及一系列支撐材料，它們滿足ISO-10993生物相容性標準。就在去年，SABIC公司推出了第一款基于Ultem PEI、Cycolac ABS和Lexan PC樹脂的新型長絲組合，據報道，它們與SABIC的注塑級產品具有相同的組成。

所有SABIC長絲的公稱直徑為1.79±0.05 mm，并且它們以1510-cc的線軸尺寸供應。具體的3個品種如下：

FDM/FFF工藝在醫療方面的應用，需要使用符合醫療要求的長絲，它們應該滿足ISO-10993生物相容性標準，例如用于這種滅菌托盤的新型Ultem PEI長絲

Ultem AM9085F，是用Ultem 9085 PEI樹脂制成的一種高性能長絲。據稱，它具有高耐熱性和機械強度，在厚度1.5 mm和3.0 mm時符合UL 94V-0標準，并滿足FAR 25.853和OSU 65/65要求，FST（火焰、煙霧和毒性）低。它有黑色和自然色產品提供。

Cycolac AMMG94F，是用Cycolac MG94樹脂制成的一種通用ABS長絲。據報道，它提供適用于各種應用的性能平衡，并且在3.0 mm時符合UL 94HB標準。它有黑色、白色和自然色產品提供。

Lexan AM1110F，是用Lexan HF1110樹脂生產的一種通用PC長絲。它具有比通用ABS長絲更高的耐熱性，在3.0 mm時符合UL 94V-2 標準。它有白色產品提供。

“差異化材料”和更多材料

去年，SABIC公司推出基于其Lexan EXL PC/硅氧烷共聚物的Lexan EXL AMHI240F長絲，旨在用于Stratasys公司的Fortus FDM打印機，以及其他具有足夠溫度能力和開放式結構的打印機。

與標準PC相比，這種材料在室溫下的缺口Izod沖擊強度最高可提高4倍，在-30℃時最高可提高3倍，具體提高多少取決于打印方向。

這款3D打印概念無人機基于Lexan EXL PC/硅氧烷共聚物長絲材料，該材料擁有比標準PC高達4倍的沖擊性能

Lexan EXL長絲還具有140℃的熱變形溫度，高于通用ABS長絲的熱變形溫度。它最初以黑色產品提供，白色和其他顏色正在開發之中。它在3.0 mm厚度時在平面（XY）和邊緣（XZ）方向上均滿足UL 94V-0的阻燃要求。

SABIC公司消息人士證實，這是計劃中的第一批“差異化材料”，并且指出SABIC公司的目標是應用類似的方法對其他聚合物體系進行改性，以幫助擴大增材制造的目標應用空間。

在繼續成為增材制造行業樹脂供應商的同時，SABIC公司也正在圍繞價值鏈提供可打印形式（長絲、粉末）的材料，以幫助加速增材制造用于最終用途的生產中。

SABIC公司已在美國、荷蘭和沙特阿拉伯的增材制造卓越中心進行了大量投資，擁有FDM/FFF、SLS和LFAM的內部加工能力以及各種其他專業的打印機技術。在這些增材制造中心，SABIC公司可以將原材料轉換成可打印的長絲和粉末形式，制定優化的打印參數設置，并對打印部件進行大量的性能測試。

例 如， 就LFAM而 言，SABIC公司可以配制獨特的復合物，評估它們在其BAAM打印機上的加工性能，并測試打印部件的性能，所有這些工作都是在幾天之內完成的。這樣，SABIC公司可為客戶提供已被充分表征作為特定打印工藝的候選材料。

展望未來3～5年，SABIC公司希望繼續關注增材制造的產業化。這將需要引入各種各樣的新材料。他們還期望看到設計軟件和工藝能力的持續發展，以實現可重復的生產能力。新的增材制造工藝也可能會繼續被推出，以提高零部件的性能并降低生產成本。

“增材制造生態系統”也將保持高度協作性，因為跨越價值鏈建立聯盟將會盡可能高效率地把新產品推向市場，并建立足夠的生產能力以支持對生產部件日益增長的需求。SABIC公司還把增材制造與復合材料的交叉看作是在不久的將來會得到更多關注的一個領域。