6.3.1 材料的选择
FDM打印模型精度与打印耗材有着密切的关系，耗材质量的好坏直接会影响打印模型的质量及效率。
（1）耗材介绍
1）耗材直径要均匀
市面常用1.75 mm规格的耗材，但有一些是1.66、1.70 mm等，比打印机规格的直接小，放在打印机里打印过程中送丝回抽都会出现电机丢步的情况，打印的模型会出现错位的情况。
2）每个品牌耗材添加成分不同
添加比例不同，耗材中水分添加比例过大，打印出的模型外壁会出现积削瘤，层层堆积挤压，会影响模型外形，所以建议每款3D打印机尽量使用同一生产商的耗材，不要频繁更换打印耗材。
3）材料收缩引起的误差
FDM系统所用材料为热塑性材料，成形过程中材料会发生两次相变过程，一次是由固态丝状受热熔化成熔融状态，另一次是由熔融状态经过喷嘴挤出后冷却成固态。在凝固过程中，材料在凝固过程中的体积收缩会产生内应力，这个内应力容易导致翘曲变形及脱层现象。
①热收缩。材料因其固有的热膨胀率而产生的体积变化，它是收缩产生的最主要因素。由热收缩引起的收缩量为
ΔL=δ(L+Δ/2)·Δt
式中 δ——材料的线膨胀系数，1/℃；
L——零件沿收缩方向线尺寸，mm；
Δt——温差，℃。
固化收缩（即热收缩）引起制件尺寸误差和翘曲变形。由喷头挤出的是热熔融状的树脂，材料固有的热膨胀引起的体积变化在冷却固化的过程中产生收缩，收缩引起制件的外轮廓向内偏移、内轮廓向外偏移，造成较大的尺寸误差。
②分子取向的收缩。高分子材料固有的水平方向（即填充方向）的收缩率大于高度方向（即堆积方向）的收缩率，使各方向尺寸收缩量不均。成形过程中，熔态的树脂分子在填充方向上被拉长，又在随后的冷却过程中产生收缩，而取向作用会使堆积丝在填充方向的收缩率大于与该方向垂直的方向的收缩率。
填充方向上的收缩量可按以下公式矫正：
ΔL1=βδ1(L+Δ/2)·Δt
堆积方向（即Z向）的线膨胀系数δ2一般取δ2=0.7δ1，堆积方向收缩量为
ΔL2=βδ2(L+Δ/2)·Δt
式中 β——影响系数，考虑实际零件尺寸的收缩还受零件形状、打网格的方式以及每层成形时间长短等因素单独或交互的制约，经实验估算β取0.3；
δ1——材料水平方向的收缩率；
δ2——材料垂直方向的收缩率。
（2）其他FDM打印材料
目前FDM机器使用材料较多，但常用耗材为ABS和PLA，也有一些特殊材料在应用上越来越广泛。
1)ePEEK
产品性状：相比PLA更高韧性，更光滑细腻，更坚固如图6.43所示。
①ePEEK是一种半结晶聚合物，有很高的耐热性能。
②能在250℃下保持较高耐磨性，摩擦系数低，可短暂承受315℃。
③韧性度与对交变应力的耐疲劳性属塑料材料之最，可与合金材料媲美。
④耐化学药品性与阻燃性非常优异，具有抗辐射能力。
⑤具有高强度、高断裂韧性以及优良稳定性。
⑥自润滑性好、绝缘性稳定、耐水解。
图6.43 ePeek材料
2）eSteel（不锈钢）
可以广泛应用于时尚创意设计、工业设计开发、创客空间等领域，如图6.44所示。
图6.44 ePeek材料
①材料打印参数：
最佳打印温度：190～210℃。
底板温度：0/65℃。
进给速度：30～90 mm/s。
空走速度：90～150 mm/s。
②产品性状：
A.eSteel是一种可抛光呈不锈钢外观的环保3D打印材料。
B.打印时无气味。
C.在保持原有PLA性能的基础上，线条不易折断。
D.打印顺畅，无翘边开裂等问题，抛光有金属质感。
E.和其他金属耗材一样，需要多注意堵头问题。
3）WOOD（木塑）
应用打印一些与木制用品相近的物品，如木制家具、木头玩具、木制房屋模型，如图6.45所示。
①本材料打印参数：
A.最佳打印温度范围：190～200℃。
B.打印底板温度：60℃。
C.进给速度：30～60 mm/s。
D.空走速度：90～150 mm/s。
②产品性状：
A.无毒无气味。
B.可以在没有加热床的情况下打印大型模型而边角不会翘起。
C.加工温度低（190℃左右）。
D.较低的收缩率。
E.材料韧性好（优于PLA）。
图6.45 木塑材料
4）PVA（水溶）
PVA是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，分子链上含有大量侧基——羟基，所以具有良好的水溶性，无毒，对皮肤无刺激，性能介于塑料和橡胶之间，加热水（60°以下）可加速溶解，如图6.46所示。
打印参数如下：
最佳打印温度：180～210℃。
底板温度：0/（60～80）℃。
进给速度：30～100 mm/s。
空走速度：90～150 mm/s。
图6.46 PVA材料
5）eFlex柔性TPU
TPU通常用于汽车部件、家用电器、医疗用品、鞋底、智能手机盖、腕带等生产中，如图6.47所示。该材料具有高回弹性、良好的机械强度、很好的耐磨性以及耐老化性能。
图6.47 TPU材料
（3）ABS与PLA
随着我国FDM技术已日渐成熟，3D打印机FDM技术日渐普及，对材料的依赖性也越来越大。材料的发展一直是阻碍3D打印快速普及的一个重要因素，在开拓新材料的同时也要呼吁对已有材料的持续改进，让更多人方便、安全地使用3D打印机，也促进行业普及到更广的人群中去。
FDM 3D打印机现用的主流耗材为ABS和PLA两种，都为工程塑料，两者各有特点，如图6.48、图6.49所示。
图6.48 ABS材料
图6.49 PLA材料
ABS具有强度高、韧性好、稳定性高的特点，是一种热塑性高分子材料结构。ABS熔点为200℃左右，3D打印机打印ABS一般设置喷嘴温度为210～230℃。市面上销售的ABS打印耗材1.75 mm居多。
PLA具有良好的热稳定性和抗溶剂性，是一种新型的生物降解材料。熔点比ABS低，为180℃左右，3D打印机打印PLA一般设置喷嘴温度为190～220℃。市场上出售的PLA打印耗材为1.75 mm和3.00 mm居多。就3D打印模型来讲，PLA要比ABS的模型硬度要大，ABS打印的模型是暗色的，PLA打印的模型是亮色的。
ABS与PLA打印参数的差异如表6.7所示。
表6.7 ABS与PLA打印参数的差异
