PA11与PA12：选择哪种类型的尼龙进行3D打印？
PA11与PA12：选择哪种类型的尼龙进行3D打印？
尼龙（聚酰胺，PA）是3D打印中常用的热塑性聚合物，其中PA11和PA12因其优异的机械性能而备受青睐。本文将详细对比这两种材料的来源、性能特点、打印要求以及应用领域，帮助读者根据具体需求做出明智的选择。
尼龙，也称为聚酰胺(PA)，是一组常用于3D打印的热塑性聚合物或塑料。尼龙因其承受强机械应力、耐热、抗撕裂和耐磨的能力而受到特别赞赏。因此，这种材料经常用于制造耐磨零件，例如汽车和航空航天工业，但也用于医疗领域。3D打印使用多种类型的尼龙，其名称根据其所含碳原子的数量而有所不同。PA6最常用于FDM打印，而PA11和PA12用于粉末工艺。尽管PA11和PA12的应用领域有重叠，但这两种塑料还是有一些区别。因此，我们建议您比较这两种材料并检查它们各自的属性、来源、打印要求，最后检查应用和价格类别。
产地和机械性能
聚酰胺通过命名法进行区分，常见PA代码后面的数字是碳原子数的函数。因此，PA11和PA12看起来非常接近。然而，这两种尼龙在很多方面都有所不同，首先是它们的来源和制造。PA12是一种半结晶线性热塑性塑料，从天然气或石油中获得。化学过程可以获得月桂酸内酰胺，它是制造PA12的起始分子。1963年，Chemische Werke Hüls AG与Emser Werke在多马特首次推出PA12。从那时起，由单一单体成分组成的均聚物已在许多应用中得到确立。尽管如此，PA12因其起源及其对环境的影响而越来越频繁地成为争论的焦点。
PA11是从蓖麻油中提取的，因此被认为是PA12的更环保的替代品。（照片来源：Jellypipe）
为了寻求更大的可持续性和“更绿色”的生产，公司正在转向具有类似特性的替代材料。这促成了PA11的兴起，因为这种聚酰胺的起源是生物性的。PA11由从植物衍生物中获得的可再生原材料制成。大多数情况下，使用蓖麻油，其本身是通过压榨非洲奇迹树“蓖麻”的种子而获得的。然后通过单体合成将蓖麻油转化为氨基酸，即11-氨基十一烷酸。随后单体聚合生成PA11。因此，它的起源与PA6非常相似，并且与其代码邻居PA12相去甚远。尽管PA11由于其生物来源而被认为是更可持续的替代品，但它不可生物降解。与其他聚酰胺一样，它必须在专门的收集系统中进行分类，然后才能进行回收处理。
尽管PA11和PA12的起源有很大不同，但它们的机械性能相似，这就是为什么它们在工业中经常用于类似的用途。因此，PA11和PA12被认为极其坚固、坚固且耐用，其滑动和磨损行为以及耐化学性令人信服。PA12被认为是所有聚酰胺塑料中最轻的，其特点是其酰胺基浓度低。此外，PA12在低吸水率和密度方面优于其他聚酰胺。尽管PA11对聚酰胺的吸水性也相对较少，但在这方面它无法与PA12竞争。其优点在于其机械性能超过PA12。PA11具有高延展性和优异的抗冲击性。它具有很高的耐磨性和抗疲劳性，PA11零件具有更高的各向同性。它可承受高达190°C的温度，但永久温度在-40°C至125°C之间。成品PA11部件既坚固又灵活、耐用，并具有不透明的彩色哑光表面。我们还在PA12零件中发现了后者。在这两种情况下，这些碎片都可以被着色。
PA 12（白色）是最轻的尼龙类型，而PA 11（灰色）具有更好的机械性能。（照片来源：Jellypipe）
在使用温度方面，PA12的表现不如PA11，因为虽然它可以抵抗-50°C–150°C的极端范围，但其连续使用温度并不只有50-80°C。与PA11一样，它也非常耐磨，并且具有很高的抗疲劳性。它耐油脂、油、溶剂、碱和盐溶液，使得PA12制成的零件非常耐磨且易于焊接和粘合。PA12不仅是最轻的PA，而且也是最耐应力开裂的。尽管PA12的冲击性能非常好，但仍不能完全与PA11相媲美。与PA11直接比较，PA12在强度和硬度方面也不太达标。这就是为什么PA12经常使用玻璃纤维或碳纤维等添加剂进行增强，以弥补这一缺陷。
这两种材料通常与织物相容，并且由它们制成的部件适合与人体皮肤接触。然而，应该提到的是，一些制造商生产的PA12因此可以用于与食品接触的部件，而PA11则并非总是如此。不过，也有PA11粉末，例如APC-Tec的PA11 Blue，已获得FDA批准用于食品接触。
使用PA11和PA12进行3D打印
在3D打印中，PA主要以长丝和粉末形式使用。我们还找到了用于SLA工艺的PA树脂，它模仿了PA热塑性塑料的特性。PA长丝最常见的是PA6，它主要以这种形式提供，并且仅在有限程度上以粉末形式提供，这也可能导致加工问题。相比之下，粉末工艺主要使用PA11和PA12。这是通过材料的热塑性特性来解释的，因为尼龙特别擅长受热变形或连接在一起。在这些工艺中，我们会发现选择性激光烧结（SLS）、多喷射熔融、选择性吸收熔融（SAF）和高速烧结（HSS）。它们的特点是生产率高，并且未用于零件的粉末可以在一定程度上回收利用。
MJF流程（图片来源：Hubs）
PA12比PA11更常用于增材制造，因为它的可用性较旧，而且熔点较低。PA12的熔化温度为175-180°（取决于制造商），而PA11仅在200°左右熔化。这些熔化温度的差异也解释了为什么我们不能将粉末混合在一起进行相同的打印。尽管大多数制造商为每种材料提供特定的构建单元解决方案，但粉末加工对这些3D打印工艺来说是一个挑战。
后处理
无论您选择哪种PA11和PA12打印工艺，后处理都是必不可少的步骤。因此，在这一点上，材料之间没有区别，因为两者都必须执行某些精加工步骤。第一步是除粉，包括从粉饼中取出碎片并用真空吸尘器吸走周围的粉末。然后可以在一定程度上将其回收用于新的打印批次。不同的工艺可以延长零件的清洁时间（因为零件上总是有一点残留粉末），并改善表面状况。在后续步骤中，还可以对PA11和PA12部件进行喷漆或着色。
所有基于粉末的工艺中的一个重要步骤是后处理。（照片来源：Protiq）
PA11和PA12的应用
这两种材料属于同一组塑料，在3D打印过程中有多种应用，但它们的应用领域存在一些重叠。
在医疗领域，只要制造商声明具有生物相容性，就可以使用PA11和PA12粉末。它们用于制造假肢、矫形器、医疗器械和医疗器械。然而，在医学领域，PA 11因其生物相容性和灵活性而比PA12更受欢迎，而PA12通常具有更高的电阻。
PA11和PA12常用于假肢和矫形器。（照片来源：EOS）
这两种材料也用于汽车工业。PA11广泛用于车辆原型制造和大规模生产的零件。由于其抗冲击性和耐化学性，它还可用于制造室内（PA11不会分裂）和室外的车辆碰撞部件，例如垫圈、发动机部件和涂层。PA12还用于汽车3D打印，即用于车辆构造，特别是精密管道，包括耐压和抗震燃油管线。在航空领域，PA11因其耐冲击、重量轻而被用于3D打印，例如飞机的整流罩和内部结构件。PA12也是制造精密管道的理想选择，尤其是耐压和抗冲击的燃油管线。在汽车和航空航天领域，与PA12不同，PA11因其生产的部件更轻且对能源效率的贡献而受到赞赏，而PA12的优势在于其刚性和硬度，适用于需要更高阻力的部件。
体育行业也使用这两种材料：PA11因其耐磨性（例如用于滑雪覆盖物和足球鞋鞋底）以及良好的柔韧性而使用。PA12由于其在低温下具有特殊的机械阻力，可用于冬季运动装备，例如高山和越野滑雪靴或滑雪固定器。
PA11和PA12也用于运动领域。（照片来源：Prodways/Salomon）
在机械工程、电气工程或电子以及包装行业中，这两种材料都会使用，PA11因其使用寿命而特别受到赞赏，而PA12则因其高韧性而受到特别赞赏。PA12用于制造精密管道和管材，特别是耐压和耐冲击的燃油管线以及湿式驱动元件或水下传动部件（需要高尺寸精度）以及机械结构部件（例如铰链）和齿轮以及绝缘膜。在电气工程和电子领域，PA11用作电缆、连接器和电子设备外壳的绝缘和保护材料，并且由于其特别长的使用寿命，通常用于高科技应用。
尼龙连接器（照片来源：EOS）
PA11、PA12厂家及价格
一般来说，与PA11相比，PA12通常是尼龙系列中更昂贵的变体，因为目前PA11的需求仍然较低。PA11可以从一些制造商处购买，价格为50欧元/公斤，但从其他制造商处购买的价格为200欧元/公斤。同一类型粉末的价格差异与其是标准粉末还是增强粉末有关。如果我们比较两种不同材料制造的成品零件的价格，很容易看出PA11批量生产的零件比PA12便宜得多，大约便宜30%，具体取决于生产数量。另一方面，对于生产独特的零件，使用PA12具有成本效益。
这两种材料均可从众多制造商处获得。在最知名的PA11中，我们发现了EMS-Grivory或法国集团Arkema，后者以RILSAN®PA11名称销售PA11。阿科玛还提供PA12，以前与PA11名称相同，但现在更名为RILSAMID®，以便更好地区分。PA12也经常以VESTAMID®或VESTOSINT®的名称在市场上出售。巴斯夫化学集团还提供粉末状的PA12和PA11。PA12也可以在赢创等制造商中找到，但也可以在3DSystems和Farsoon中找到，它们提供与化学公司合作开发的粉末，但对这些材料开发合作伙伴关系保密。
除了发明更环保的PA11材料外，不同制造商也越来越多地努力使PA12生产更加有机和绿色。例如，德国设备和材料供应商EOS提供PA12作为注塑成型中流行的ABS或PA6塑料的高性能替代品，并不断提高这种材料的生产效率，例如通过使用可再生能源减少碳足迹。市场上也有添加凯夫拉纤维、碳纤维甚至玻璃珠的聚酰胺粉末。例如，HP提供的这种热塑性塑料含有40%的玻璃珠，具有很高的回收率。该材料的名称为HP 3D高可重复使用性PA12玻璃珠。近期，惠普还宣布推出与阿科玛合作开发的新型PA12粉末，名为HP 3D HR PA 12 S，其重复利用率高达85%，有助于减少浪费。