耐热 3D 打印材料指南：比较工艺、材料和应用

FDM 3D 打印技术非常适用于基本的概念验证模型，以及快速且低成本的简单部件原型制造，例如通常来说需要加工的部件。该技术可以快速完成简单设计，又因为在考虑 3D 打印技术时，许多人将 FDM 技术与“热胶枪”工艺联想到一起，因此可以将 FDM 技术用作 3D 打印的简单入门。

但是，与 SLA 或 SLS 相比，FDM 的分辨率和精度都要更低，不是打印复杂设计或具有精细特征的部件的最佳选择。大多数专业级和工业级 FDM 3D 打印机使用可溶性支撑来解决其中一些问题，并提供更丰富的工程热塑性塑料，但其价格也很高。

有多种 FDM 打印机可用于制造耐热 3D 打印部件。许多打印机还提供开放平台，客户可以使用不同制造商生产的多种丝材类型进行打印。

FDM 3D 打印耐热部件的主要要求是确保打印机挤出机和打印床能够达到较高温度设置，以便熔化和挤出耐热丝材，并在打印过程中固定部件。建议使用封闭式成型室，以便在打印过程中稳定保持高温。诸如 PEEK 或 ULTEM 等具有最高耐热性的丝材只能与专门的工业级 FDM 打印机兼容。

经设计，这些材料在较高温度下不易变形，因此通常难以进行熔化和挤压，并可能出现打印不一致、喷嘴卡住或其他问题。

FDM 打印最常用的两种材料是 PLA 和 ABS。在这两种材料中，ABS 具有更高的耐热性。此外，还有其他更耐热的丝材可供选择，不过，这些丝材通常较难打印，或者要求使用专门的工业级 3D 打印机。

PLA

PLA 是丝材 3D 打印机最常用的塑料材料－成本低，工作流程非常简单，而且有多种颜色可供选择，因此在业余爱好者和 K-12 教育市场中很有吸引力。标准 PLA 的耐热性相对较低，在 0.45MPa 下的热变形温度约为 50ºC。因此，如果希望在保留易用性的同时，又能快速方便地打印耐热 PLA 部件，许多制造商提供的 PLA 材料都含有能提高其耐热性的添加成分。此外，一些工作流程建议采用退火步骤，即对已完成的部件进行加热，使其结构进一步结晶，防止在应变下蠕变或缓慢变形。

ABS

ABS 是工程和其他专业应用中最常见的 FDM 3D 打印丝材，ABS 部件坚固耐用、抗冲击。在 0.45MPa 下，它的热变形温度为 90ºC，与 PLA 或 PETG 等其他常见丝材类型相比，耐热性更好。ABS 部件适用于快速原型制造应用和教育领域；低成本和易于使用的工作流程使其成为快速打印的热门选择。

聚碳酸酯 (PC)

聚碳酸酯材料虽然以拉伸强度高、耐高温著称，但由于遇热膨胀，3D 打印部件可能会出现裂缝或故障，因此通常难以进行 3D 打印。FDM 3D 打印机制造商通常通过制造含有添加成分的聚碳酸酯复合材料来解决这一问题，从而提高其粘合能力。一些耐热聚碳酸酯复合丝材在 0.45MPa 下的热变形温度可高达 110ºC 至 140ºC，但对打印床和挤出喷嘴的温度要求较高，对打印机类型有所限制。 

PEEK

PEEK 或 PEEK 复合丝材为 FDM 3D 打印技术提供了最高的耐热性。这些丝材在与碳纤维等材料结合后，如碳纤维 PEEK 复合材料 PEEK-CF，在应力作用下变形前耐受温度可高达 260ºC，因此非常适合用于电气连接器、户外产品或围绕成型应用和工艺的夹具和固定装置的快速原型制造。这种材料具有很强的耐化学腐蚀性、耐摩擦性，打印后一旦固化即可进行加工。PEEK 的耐热性能使其难以顺利熔化和挤出，许多用户反映 PEEK 的可靠性和一致性较差。PEEK 丝材只与少数几种工业级 FDM 打印机兼容。为了确保良好的效果，打印机必须配备能达到 400°C 的挤出机、分别加热到 120°C 的成型室和 230°C 的构建板。此外，PEEK 的价格也比其他丝材昂贵。 

ULTEM (PEI)

ULTEM 是聚醚酰亚胺 (PEI) 的另一个名称，这是一种高性能热塑性塑料，因其耐热性和强度高而经常用于 FDM 3D 打印技术。这种材料在 0.45MPa 下的热变形温度约为 150°C，拉伸强度高，在各种应用中都可以替代 PEEK，而且成本更低。ULTEM 比 PEEK 更容易打印，但仍然需要高温挤出机（约 360°C）才能达到良好的效果，因此仅有有限类型的 FDM 打印机适合打印 ULTEM 丝材。

树脂 3D 打印机适用于制作具有光滑表面光洁度、严格公差和多种材料性能的高质量部件。

由于树脂打印机使用光源固化液态树脂，因此打印层之间在各个方向上都会发生化学键合，这意味着部件具有各向同性的机械性能，不同于 FDM 部件容易沿特定轴线发生剪切。也就是说，使用耐热树脂打印的树脂 3D 打印部件可用于密封件和垫圈、需要与其他组件配合的电气连接器，甚至是汽车、航空航天和能源公用事业等以高温为标准环境的应用。

SLA 工艺还可实现平滑的表面光洁度、层线极少或几乎不可见，以及极高的准确性和精确度。对于功能性原型制造、制造辅助工具和维护与维修操作 (MRO) 应用中的最终用途部件（可能为高温最终使用环境），可选择使用耐热树脂。

树脂 3D 打印的材料可用性在很大程度上取决于打印机的类型。对于 FDM 3D 打印机，不同类型的打印机可以使用通用类型的塑料，而与此不同，SLA 打印机制造商通常会自行配制并开发专有材料。

Formlabs 为其桌面级和大幅面树脂 3D 打印机系列提供 40 多种高性能树脂，材料性能多种多样。某些树脂专门为耐热性应用而设计，如 High Temp Resin；而另一些树脂可用于实现其他材料性能（如拉伸强度），但也能达到较高的热变形温度。

SLA 3D 打印可提供具有最终使用质量的光滑部件，以便在各种不同的环境中发挥作用。Formlabs 专门为在极端环境中工作的客户开发了几种耐高温树脂，此外还开发了几种强度特别高同时兼具耐热性能的树脂。

在为耐热 3D 打印工作流程选择树脂打印机时，除了要考虑热变形温度外，还必须明确重要的机械性能。例如，如果您的部件最终的工作环境温度为 200ºC，那么这就是首先要评估的机械性能。如果它们的最终工作环境只有 150ºC，您就有更多的选择，然后可以根据其他可用材料、表面光洁度、易用性和价格来评估打印机。

Clear Resin

树脂 3D 打印为制作真正透明的 3D 打印部件提供了独一无二的可能性。Clear Resin 是一种标准材料，专为提高强度和耐用性而设计，同时具有足够出色的耐热性，可用于热风或煤气管道等高温应用场合。这种通用材料在 0.45MPa 下的热变形温度为 73°C，是功能性原型制造的绝佳材料。Clear Resin 可用于温度较低的成型应用，如聚氨酯成型，因为其模具温度往往只能达到 60°C 左右。

Tough 2000 Resin

如需制造不易弯曲的坚固原型部件，Tough 2000 Resin 是极佳的选择。由于其接近 ABS 的强度和硬度，可用于需要最小挠度的夹具和固定装置。

High Temp Resin

如有高温应用需要 SLA 树脂的光滑表面光洁度和优化的材料性能，High Temp Resin 可完美契合，这是一种专门为耐高温而设计的树脂。High Temp Resin 拥有 Formlabs 树脂中最高的热变形温度（在 0.45MPa 下高达 238°C），非常适合高温消费电子产品的功能性原型制造、热空气、气体和流体流动以及模具和嵌件成型等应用。  

Flame Retardant Resin

Flame Retardant Resin SLA 材料经专门设计，具有自熄性且不含卤素，通过了 UL 94 V-0 认证，火焰、烟雾和毒性 (FST) 评级表现出色。该材料用于制造阻燃、耐热、刚性和抗蠕变部件，可以长期用于存在高温或点火源条件的室内和工业环境。它在 0.45MPa 下时的热变形温度为 111ºC。

Rigid 10K Resin

Rigid 10K Resin 是一种高度玻璃填充材料，强度高、坚硬，在各种力、压力和扭矩作用下均不易变形。它具有极高的耐热性，在 0.45MPa 下的热变形温度为 238℃。该材料是短期注射母模和嵌件、空气动力学测试模型以及流体接触夹具、固定装置和连接器的理想选择。

Silicone 40A Resin

首款易用的纯硅胶 3D 打印树脂 Silicone 40A Resin（硅胶 40A 树脂）结合了硅胶的高性能和 3D 打印的设计自由度，可创建具有优异耐化学腐蚀性和耐热性（高达 125°C）的高功能性硅胶部件。它可以实现小至 0.3mm 的精细特征，以及传统方法无法实现的复杂几何形状。

Alumina 4N Resin

Alumina 4N Resin（氧化铝 4N 树脂）是唯一易用的高性能技术陶瓷，可实现极端环境下的全新 3D 打印应用。打印该材料时，虽然确实需要额外设备才能实现真正的陶瓷燃尽，但一旦完全完成，Alumina 4N Resin 部件的最高工作温度可达 1500℃。这种材料打开了工业铸造、成型，甚至核废物和液态金属处理等特殊应用领域的新局面。

_{注：没有任何指标适用于所有材料，因此耐热性能各不相同。表中所示为 Silicone 40A Resin 的热稳定性、Alumina 4N Resin 的最高工作温度以及所有其他材料在 0.45MPa 下的热变形温度。}

SLS 3D 打印机擅长生产具有成品质量的部件，强度和耐用性与注射成型部件相当。粉末床的自支撑特性使其可以在没有支撑结构的情况下打印部件，从而加速后处理过程，并有可能实现 SLA 或 FDM 技术难以打印的形状。

SLS 生态圈通常可以回收粉末，从而提高效率，降低单件成本。与其他技术相比，SLS 打印机通常具有较大的成型体积，而且该技术的内部支撑特性支持打印较大批量的部件，从而实现了中低产量生产。需要在高温下才能烧结 SLS 材料，这意味着后处理部件可以实现耐高温效果。

SLS 打印机通常比 FDM 或 SLA 技术更为昂贵，不过，诸如 Formlabs Fuse 系列等易用选项支持用户以合理的价格在公司内部生产耐热 SLS 部件。打印部件的表面光洁度也略显粗糙，但使用后处理解决方案可以轻松改善这一问题。

SLS 3D 打印粉末具有天然耐热性，因此如果应用需要较高的热变形温度，选择 SLS 打印机所受限制较少。SLS 3D 打印的首选材料是尼龙，而大多数 SLS 打印机制造商都提供一系列常见的热塑性塑料粉末。由于各制造商的材料通常可通用，因此在选择不同品牌的 SLS 3D 打印机时，成型体积、价格、工作流程和基础设施要求等其他特性通常是加以区分的因素。

Formlabs Fuse 系列为高质量原型制造和终端生产推出了一种易于使用、经济实惠的立式解决方案，并提供一系列行业标准粉末，如尼龙 12、尼龙 11、尼龙复合材料、热塑性聚氨酯和聚丙烯，为生产耐热部件提供了多种选择。

选择性激光烧结最常用的材料是尼龙，这是一种耐紫外线、耐光照、耐热、耐潮湿、耐溶剂腐蚀、耐高温和防水的高性能工程热塑性塑料。同时也是制造复杂组件和耐用部件的理想选择，具有很高的环境稳定性。Formlabs 为不同应用量身定制多种版本和复合形式的尼龙材料，供用户选择。其他热门 SLS 材料包括延展性聚丙烯 (PP) 和柔韧性 TPU，这两种材料都具有良好的耐热性能。

Nylon 12 Powder

Nylon 12 Powder 在强度和细节上达到了平衡，这种高效材料适用于打印具备高度稳定性的复杂组件和耐用部件，既适合功能性原型制造，也适合最终生产使用。它在 0.45MPa 下的热变形温度为 171°C，是最适合高温应用的通用材料之一。

Nylon 12 GF Powder

Nylon 12 GF Powder 是一款玻璃填充材料，在应变作用下，具有高刚性和耐热性，可承受严苛的制造条件。该材料非常适合对结构刚度和热稳定性要求较高的应用，如高性能功能性原型或需要保持尺寸精度的坚固成品部件。

Nylon 11 Powder

Nylon 11 Powder 是一种延展性强、坚固耐用的材料，在 0.45MPa 下的热变形温度为 182°C。它适合制作需要弯曲或承受冲击的耐热 3D 打印部件，适用于功能性原型和小批量生产。

Nylon 11 CF Powder

Nylon 11 CF Powder 是一种碳纤维增强粉末，适用于制造坚硬、结实、轻质的部件，以便长期承受高温。它在 0.45MPa 下的热变形温度为 188°C，是 Formlabs 最耐高温的 SLS 粉末。非常适合要求强度和硬度的高温应用，如金属部件的替换件和备件。

Polypropylene Powder

Polypropylene Powder 是真正的聚丙烯 (PP)，具有高延展性，可反复弯曲和挠曲，同时确保耐用性，无需惰性气氛控制。它在 0.45MPa 下的热变形温度为 113°C，耐热性略低于尼龙，但仍能制造出具有耐化学腐蚀性、可焊接性以及防水性的原型和耐用成品部件。

TPU 90A Powder

SLS 3D 打印机也能以独特的设计自由度和便利性制造柔性 TPU 部件。TPU 90A Powder 将橡胶材料的耐高温性、高抗撕裂强度和断裂伸长率与 SLS 3D 打印的多功能性进行结合，可用于生产可安全接触皮肤的柔性原型，以及能够满足日常使用需求的成品部件。

_{注：没有任何指标适用于所有材料，因此耐热性能各不相同。表中所示为 TPU 90A Powder 的维卡软化点和所有其他材料在 0.45MPa 下的热变形温度。}

金属 3D 打印的价值在于其能够将金属部件的强度、耐用性和耐热性与 3D 打印的设计自由度强强联合。金属 3D 打印可以通过衍生式设计实现部件轻量化，在不增加重量的情况下实现高性能，因此在航空航天和汽车行业颇受追捧；这是传统金属加工方法无法实现的。

操纵、熔化和/或挤压金属或金属复合材料需要高功率输入，意味着这些金属打印机通常非常昂贵，例如，一款“入门级”型号价格高达 8 万美元。金属 3D 打印领域的行业领导者提供的机器价格通常不低于 50 万美元，并要求配备大量的基础设施来支撑其流程，如独立房间和专职操作人员。

与塑料 3D 打印机相比，金属 3D 打印机的制造商数量较少，但随着业界对既能提供金属部件的强度和业界熟悉的材料，又能提供 3D 打印设计可能性的工作流程的需求高涨，金属 3D 打印机的制造商数量也在不断增加。

这些制造商大致采用两种技术：挤压技术和粉末床熔融技术。金属 FDM 打印机的工作原理与传统 FDM 打印机类似，但通过挤出由聚合物粘合剂粘结制成的金属棒打印部件。得到的“原始”部件随后将在炉中烧结，以去除粘合剂。选择性激光熔化 (SLM) 和直接金属激光烧结 (DMLS) 金属 3D 打印机的工作原理与 SLS 打印机类似，区别在于它们并非熔化聚合物粉末，而是用激光将金属粉末颗粒逐层熔合在一起。

金属 3D 打印的优势之一在于每种材料均为客户所熟悉－无论是熔合在一起的棒材，还是烧结成型的粉末，潜在的 3D 打印用户都能轻松识别并理解钢或铝等金属材料。最受欢迎的材料是航空航天、汽车、工业、农业和公用事业等行业中已有的金属材料。

钛

钛是一种耐高温金属，也是 3D 打印中最常用的合金之一。它具有耐腐蚀性，强重比较高。

不锈钢

不锈钢是一种大众熟知的材料，在许多常见的建筑、设计、汽车和航空航天应用中都有使用。3D 打印不锈钢可用于制造一次性替换件等应用（传统制造方法可能需要数周时间），或者用于偏远地区，如海军舰艇在海上航行时打印部件。不锈钢是一种复合材料，其熔点会根据材料的具体配方发生变化，但范围在 1370°C 至 1530°C 之间。 

铝

铝是一种常用的轻质部件材料，密度较低。它的熔点为 660℃，处于金属 3D 打印材料耐热性的下限。 

_{注：耐热性指所有材料的熔点。}