原型制作材料：为你的项目选择合适材料的指南

原型材料的类型

塑料、金属和硅橡胶都是原型材料的例子。让我们仔细看看它们。

塑料

塑料是一种常见的原型制作材料，因为它们可用于许多领域，并且具有许多优点，例如耐用、灵活和便宜。它们是合成聚合物，可以模制成不同的形状和尺寸。这使它们非常适合制造具有复杂几何形状的零件。

塑料可以使用各种工艺进行原型制作，包括注塑成型、3D 打印和 CNC 加工。对于原型制作，可以使用多种塑料。其中最常见的类型包括：

• 丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)： ABS 是一种由三种主要成分制成的塑料：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。它是一种坚固耐用的塑料材料，常用于制造玩具、家电和汽车零件等。它以坚固耐用、耐热和耐冲击而闻名。ABS 塑料成本低廉，易于成型和加工，使其成为 3D 打印和注塑成型的热门选择。
• 聚碳酸酯 (PC)：   PC 是一种热塑性聚合物，具有出色的强度、耐用性和透明度。它经常用于制造汽车零件、电子元件、安全设备、防弹玻璃和其他防护材料。聚碳酸酯还用于制造 3D 打印细丝，因为它易于模制和塑造成复杂的形状。它是一种适应性很强的材料，具有抗冲击和耐热性，使其成为汽车和航空航天等各种应用的热门选择。
• 聚丙烯 (PP)：与聚乙烯 (PE) 和聚丁烯 (PB) 一样，PP 是一种聚烯烃或饱和聚合物。PP 是最有用的聚合物之一，具有出色的耐化学性、抗疲劳性、耐高温性，并且密度低于 HDPE。PP 是一种轻质且柔韧的塑料，常用于包装、桶、碗、板条箱、玩具、医疗部件、汽车部件、洗衣机滚筒、电池盒和瓶盖。PP 可以进行弹性体改性以制造保险杠，并填充滑石粉以使其在高温下更坚硬。
• 聚乙烯 (PE)：聚乙烯是一种塑料，以其耐用性、柔韧性、耐化学性和抗冲击性而闻名。它广泛用于制造包装材料、容器和管道等物品，以及制造玩具和其他消费品。聚乙烯是一种用途广泛的材料，易于成型和加工，使其成为注塑和其他制造工艺的首选材料。由于它能够轻松模制成复杂的形状，它也被广泛用于制造 3D 打印细丝。PE 根据密度分为几类。例如低密度聚乙烯 (LDPE)、中密度聚乙烯 (MDPE)、高密度聚乙烯 (HDPE) 和超高分子量聚乙烯 (UHMWPE 或 UHMW)。密度越高，表面硬度、抗拉强度和抗弯强度以及耐化学性和耐磨性就越好。
• 聚甲醛 (POM)： POM 通常称为 Delrin® 或 Acetal，是一种热塑性工程材料，用于制造具有更高刚度、低摩擦多功能性和出色尺寸稳定性的部件。POM 坚固耐用，具有高抗拉强度、耐磨性、抗蠕变性、抗翘曲性、韧性和耐久性。POM 广泛用于生产汽车零件、运动器材、齿轮、轴承、输送机零件、电气元件、滑动和导向部件等。
• 聚酰胺 (PA)/尼龙：聚酰胺，通常称为 PA 或尼龙，是一种具有高强度、耐久性和耐磨性的合成聚合物。它广泛用于生产齿轮、轴承、汽车零件、纺织品和其他工业材料。由于它可以轻松模制并塑造成复杂的形状，因此 PA 也被广泛用于制造 3D 打印细丝。它是一种用途广泛、耐用且柔韧的材料，经常用作价格实惠的丝绸、橡胶和乳胶替代品。
• 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)： PET 是一种半结晶树脂，具有出色的强度、刚度和韧性平衡性、自然的高光泽度、强耐化学性和优异的介电性能。PET 可安全与食品和饮料接触。PET 经常用于制造电气产品中的塑料部件、电气封装或绝缘、电气绝缘聚合物、电气连接器、食品和消耗品的包装或容器以及家用电器。它是一种坚韧耐用的物质，还具有防潮和耐化学品的特性，这使其成为许多用途的热门选择。PET 是另一种经常用于 3D 打印细丝的塑料类型，因为它具有可塑性和加热时保持形状的能力。此外，PET 是回收率最高的塑料，完全可回收。
• 聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)/丙烯酸： PMMA 也称为丙烯酸或丙烯酸玻璃，是一种透明、轻质且耐用的塑料，广泛用于生产包括标志、显示器和保护材料在内的物品。它以抗冲击和抗紫外线以及易于塑造成复杂形状的能力而闻名。丙烯酸材料因其多功能性和易于加工而经常用于 3D 打印细丝。亚克力 (PMMA) 是一种适应性极强的材料，可用于从消费品到工业材料等各种应用，例如食品储藏容器、冰箱抽屉以及汽车和消费品。此外，亚克力还适用于包覆成型和其他特殊注塑技术。
• 聚四氟乙烯 (PTFE)： PTFE 也称为 Teflon®，是一种用途广泛的合成四氟乙烯。PTFE 具有出色的热稳定性、耐化学性和耐高温性。PTFE 产品具有良好的滑动性能、耐电性，并且具有不粘表面。PTFE 可以用玻璃纤维、碳或青铜添加剂进行增强，以提高机械性能。PTFE 通常通过压缩成型制成半成品，然后用切割/机械加工工具进行加工。
• 聚醚醚酮 (PEEK)： PEEK 是一种无色有机热塑性聚合物。它是一种工程塑料，可用于需要强度和韧性的各种应用。PEEK 具有耐化学性，可承受高达 260°C 的温度。PEEK 具有出色的机械性能，非常适合制造医疗植入物、汽车部件甚至航空部件。PEEK 还用作电子元件的连接器和绝缘体。

塑料的优缺点

在原型制作方面，塑料有几个优点和缺点。让我们深入了解一下它们：

优点：

• 多功能性：聚合物可以模制成各种形状和尺寸，非常适合生产具有复杂几何形状的零件。
• 耐用性：塑料通常耐用且能抵抗温度和湿度等环境条件。
• 低成本：由于塑料通常比金属等其他材料便宜，因此它们成为原型制作的一种有吸引力的替代品。
• 重量轻：塑料通常重量轻，这在需要考虑重量的应用中可能具有优势。
• 可用性：聚合物很常见，可以从供应商处获得。

缺点：

• 危害环境：聚合物不可生物降解，而且需要数百年才能降解，因此会危害环境。
• 强度有限：塑料通常不如金属等其他材料坚固，可能不适合需要高强度的应用。
• 耐热性有限：在高温下，塑料会熔化或变形，这对于特定应用可能会带来问题。
• 尺寸稳定性有限：塑料会随着时间的推移而弯曲或变形，这在特定应用中可能会带来问题。
• 耐化学性有限：某些塑料可能对特定化学物质敏感，这可能会限制它们在某些应用中的使用。

金属

金属是一类以强度高、耐用性和高熔点而闻名的材料。由于其出色的机械性能和耐磨损性，它们被广泛用于原型制作。以下是原型制作中使用的一些常见金属：

• 合金钢：合金钢的主要合金元素不是碳。它含有少量的合金元素，如锰、硅、镍、钛、铜、铬和铝。合金钢比碳钢更耐腐蚀、可焊、耐热和延展性更好。但碳钢比合金钢更坚固。由于成本低、供应广泛、易于加工和机械性能优越，合金钢通常用于工业应用、器具、银器、炊具和汽车。
• 低碳钢：低碳钢是含碳量较低的碳钢。它通常被称为“低碳钢”。低碳钢的抗拉强度低于高碳钢和合金钢，因为它们含有较少的碳和其他合金元素，可防止晶体结构中的位错。低碳钢因其高可焊性和可加工性而成为消费品的常见选择。
• 工具钢：工具钢是一种碳合金钢。它通常用于制造手动工具和机械模具、对其进行改造或修复。工具钢以坚硬、耐磨和不易弯曲而闻名。工具钢通常通过切割、压制、压印或挤压来塑造其他材料。这是因为钢可以在极高的温度下保持其切削刃。工具钢通常用于冲压或挤压模具、切割、制造模具和锤子等冲击应用。
• 不锈钢：一种比碳钢/合金钢更耐腐蚀的钢合金。304、316、416 和 17-4 PH 不锈钢等级通常用于 CNC 加工。不锈钢是坚固的材料，具有天然的保护性氧化层，使其适合困难的情况。构成不锈钢等级的合金成分使它们有所不同。例如，在 316 不锈钢中添加钼可降低其腐蚀的可能性。303 不锈钢中含有硫，可提高其可加工性。不锈钢合金用于各种应用，包括消费品、工业应用、重型机械、手术设备、厨具/电器、航空航天、军事和汽车。轴、齿轮、螺栓、螺母和配件是需要出色强度和可靠性的不锈钢部件的例子。
• 铜：铜合金是最有用的金属之一，因为它们耐腐蚀、导热性高、导电性好。铜合金非常适合许多电气、建筑、运输和消费品行业。铜用于制造建筑部件、硬币、冷凝器/热交换器、管道、散热器芯、乐器、锁、紧固件、铰链、弹药部件和电连接器。
• 黄铜：黄铜是铜和锌的合金，具有与铜相同的一些特性。黄铜是一种耐用、可加工的金属。这种合金还具有耐腐蚀、导电和低摩擦系数的特点。黄铜是一种用途广泛的金属，可用于管道、电气、艺术和医药等​​各种应用。360 黄铜是加工性最强的黄铜合金，因此也被称为易加工黄铜。它具有很高的耐腐蚀性和强度。这种厚重而坚固的材料最适合用于螺丝机零件、重型工业零件、消费品、乐器、电气零件和管道配件。
• 铝：铝是一种银色、低密度的金属，用于各种商业用途。大多数情况下，非合金铝具有延展性、中等强度和极强的耐腐蚀性。使用适当的合金元素（铜、镁、锰、硅等）并进行后续热/加工处理，铝的性能可以大大增强。铝因其密度低和耐腐蚀性而被广泛应用于飞机、运输、建筑、食品和化学处理。
• 钛：钛被视为最贵重的金属，在其他金属可能失效的恶劣环境下表现良好。钛合金是由钛和其他化学元素组成的合金。钛合金重量轻，具有极高的抗拉强度和韧性，耐腐蚀，并能承受极端温度。钛合金经常用于自行车、医疗设备、珠宝、军事应用、飞机、航天器、高端运动车辆上的连杆等高应力部件以及某些高级运动设备和消费电子产品。

金属的优点和缺点

以下是在原型制作中使用金属的一些优缺点：

优点：

• 强度和耐用性：金属因其卓越的强度和耐用性而闻名，使其成为必须长期保持稳定性和可靠性的零件的首选材料。
• 耐热性：由于许多金属具有高熔点，因此它们具有耐热性，使其成为高温应用的绝佳选择。
• 导电性：许多金属适合制造电气和电子元件，因为它们是良好的热和电导体。
• 可加工性：金属通常易于加工，并可快速塑造成复杂的几何形状。
• 耐腐蚀性：由于其强大的耐腐蚀性，某些金属（例如不锈钢和铝）适用于需要暴露在潮湿环境或腐蚀性化学品中的应用。

缺点：

• 成本：金属可能比其他材料（例如塑料或复合材料）更昂贵，这使得它们由于成本因素而不太适合需要低成本原型制作的应用。
• 重量：由于金属可能比其他材料更重，因此对于需要轻质零件的应用来说，金属并不总是最佳选择。
• 导电性：导电性对金属来说既是优点也是缺点。在某些应用中，导电性并不是人们想要的，那么金属的导电性可能是一个缺点。
• 可加工性：可加工性是金属的一种特性，描述了金属被加工的难易程度；然而，某些金属（例如钛）可能难以加工，需要特定的设备和专业知识。
• 腐蚀：虽然某些金属具有很强的耐腐蚀性，但其他金属（例如铜）却很容易腐蚀，这限制了这些金属在某些应用中的可用性。

硅橡胶

硅橡胶是弹性体领域中用途广泛且广为人知的材料。这种材料可以通过多种方式固化，包括催化、热固化或紫外线固化。硅橡胶广泛应用于从消费品到医疗器械等各个领域。

硅橡胶的优缺点

以下是在原型制作中使用硅橡胶的一些优缺点：

优点：

• 柔韧性：硅橡胶是一种柔韧性材料，易于模制成复杂的形状和几何形状，非常适合需要柔韧性的原型应用。
• 耐热性：硅橡胶具有出色的耐热性能，适合高温应用。
• 耐化学性：硅橡胶具有极强的耐化学性，非常适合需要接触腐蚀性物质的应用。
• 生物相容性：硅橡胶具有生物相容性，非常适合医疗保健应用。
• 电绝缘：硅橡胶是一种优良的绝缘体，非常适合电气和电子元件。

缺点：

• 成本：由于硅橡胶比塑料或金属等其他材料更昂贵，因此不太适合低成本原型应用。
• 耐用性：由于硅橡胶是一种柔性材料，它可能不像金属等其他材料那样耐用，从而限制了它在某些应用中的实用性。
• 收缩：硅橡胶在整个固化过程中都会收缩，导致原型的最终尺寸发生变化。
• 表面处理：硅橡胶的表面处理比较粗糙，不适合需要光滑表面的应用。
• 污染敏感性：硅橡胶易受污染，从而损害其特性和性能。