巴斯夫TPU材料3D打印晶格結(jié)構(gòu)需求高速增長

南極熊導讀：根據(jù) Wohlers 2022年發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，增材制造行業(yè)在 2021年增長了19.5%, 而聚合物粉末材料（主要是尼龍、TPU等）占據(jù)了3D行業(yè)材料市場的16%，出貨量首次超過了光敏樹脂材料。這意味著3D打印技術(shù)開始從原型驗證應用進化到生產(chǎn)級應用，漸入佳境。

作為全球3D打印材料的龍頭廠商之一，巴斯夫?qū)τ谶@一變化趨勢有著怎樣的感受和理解?巴斯夫的熱塑性聚氨酯 (TPU) 材料在市場端的應用情況怎么樣？2022年4月，南極熊專訪了巴斯夫3D打印解決方案亞太區(qū)業(yè)務及運營總監(jiān)陳立博士。

△巴斯夫3D打印解決方案亞太區(qū)業(yè)務及運營總監(jiān)陳立博士

巴斯夫熱塑性聚氨酯 (TPU) 3D打印材料體系

熱塑性聚氨酯 (TPU) 是聚氨酯材料中的一員，具有許多特性，包括彈性、透明度以及耐油和耐磨性。 TPU 有許多應用，包括汽車儀表板、腳輪、電動工具、體育用品、醫(yī)療設備、傳動帶、鞋類、充氣筏、手機和鍵盤保護器等。

陳立博士表示：“巴斯夫是世界上主要的TPU供應商之一，旗下聚氨酯品牌Elastollan®在塑料行業(yè)中具有較高的知名度。Elastollan®系列的硬度范圍相比較一般的TPU更寬，在Shore 32A-Shore 83D之間，可為客戶提供多種硬度與彈性的高性能、可持續(xù)的解決方案?！?br />
巴斯夫把在TPU領(lǐng)域數(shù)十年的專業(yè)技術(shù)及經(jīng)驗積累應用在3D打印行業(yè)上，開發(fā)了針對SLS、MJF以及FFF技術(shù)的多種3D打印TPU材料產(chǎn)品，滿足不同應用場景的需求。

△Ultrasint®TPU 88A粉末（適用于SLS技術(shù)，現(xiàn)提供白色和黑色兩種規(guī)格）


在聚合物粉末產(chǎn)品線上，巴斯夫 Ultrasint® TPU 粉末完美適應Multi Jet Fusion (MJF) 和選擇性激光燒結(jié) (SLS)技術(shù)：

• Ultrasint® TPU01 是專為 惠普 (HP) 5200 系列MJF打印機設計的多用途 TPU 粉末，可提供強大、靈活和耐用的零件性能，以及出色的表面質(zhì)量和細節(jié)水平，可實現(xiàn)近100%的材料重復使用性，非常適合于晶格結(jié)構(gòu)的應用進行批量生產(chǎn)。
• Ultrasint®TPU 88A 在任何SLS設備上都能非常容易、穩(wěn)定地打印，具有高減震性、優(yōu)異的回彈性能以及良好的抗疲勞性能。另外，使用這兩種TPU粉末打印的零件都可以很方便的地進行化學熏拋、染色和涂層處理。
  

更重要的是，使用Ultrasint®TPU 粉末打印的零件已經(jīng)過廣泛測試，包括皮膚接觸 ISO 10993-10 和 ISO 10993-5測試、耐水解性測試、紫外穩(wěn)定性測試，揮發(fā)性化合物測試、耐疲勞測試等，可直接與人體進行接觸，滿足汽車、消費品、醫(yī)療等行業(yè)的嚴苛要求。

△Ultrasint®TPU 01材料打印的鞋中底


同時，巴斯夫Forward AM的Ultracur3D® Coat F涂層，為Ultrasint® TPU打印件的后處理提供了完美的解決方案。該涂層不僅對彈性基底具有優(yōu)異的附著力，而且耐磨損、極具彈性，有效提高了打印件的觸感以及耐用性和柔韌性。

△Ultrafuse® TPU85A線材

在FFF技術(shù)上，巴斯夫Ultrafuse® TPU系列線材也是基于成熟的熱塑性聚氨酯材料 Elastollan®，可確保最大可靠性、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和成本效率。

• Ultrafuse® TPU 64D 是柔性線材系列中硬度最高的彈性體，非常適合用于需要耐沖擊、耐磨損、抗撕裂的剛性零件的工業(yè)應用，是橡膠和 ABS 的絕佳替代品。
• Ultrafuse® TPU 95A可實現(xiàn)快速、輕松地打印，是實現(xiàn)耐磨損、抗撕裂應用的絕佳選擇。
• Ultrafuse® TPU 85A打印出的零件具有斷裂伸長率高、層間附著力強、良好的耐油性及工業(yè)用化學品耐受性等優(yōu)點，使其有別于市面同類產(chǎn)品。
  

巴斯夫TPU 3D打印材料需求強勁增長

陳立博士向南極熊表示：“巴斯夫Forward AM過去一年的業(yè)績顯示出強勁的增長，遠高于行業(yè)的增長數(shù)據(jù)。巴斯夫Forward AM的Ultrasint® 聚合物粉末包括PA11系列、PA6系列、TPU系列以及PP系列, 2021年，TPU系列產(chǎn)品呈現(xiàn)很好的增長趨勢，增長速度優(yōu)于其他系列的產(chǎn)品?！?br />
△使用巴斯夫Ultrasint® TPU01打印的晶體結(jié)構(gòu)的躺椅（圖源：裕克施樂）

巴斯夫的TPU材料目前支持的3D打印設備包括：

• Ultrasint® TPU01只用于惠普HP Multi Jet Fusion 5200及5210系列打印機；
• Ultrasint® TPU 88A 適用于絕大部分的SLS機器，如華曙、盈普、EOS,  XYZ printing 等；
• Ultrafuse® TPU 64D硬度高，適用于市面上絕大部分FFF技術(shù)打印機；
• Ultrafuse® TPU95D 系列適用于大部分的直接驅(qū)動打印機和鮑登式打印機，如Raise3D、Ultimaker、創(chuàng)想三維、Prusa、BCN等；
• Ultrafuse® TPU85A材料偏軟，更適用于直接驅(qū)動系統(tǒng)的3D打印機。
  

巴斯夫Forward AM目前通過多渠道向客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品及服務，包括直銷、代理商渠道銷售、打印機生產(chǎn)商合作銷售等。

3D打印TPU應用大勢已來

陳立博士表示：“近年來，巴斯夫與合作伙伴一起探討TPU在3D打印行業(yè)的應用，推出了眾多創(chuàng)新的解決方案，覆蓋汽車、消費品、醫(yī)療、工業(yè)和機器人等行業(yè)。我們希望通過這些探索，打開TPU在3D打印行業(yè)的應用市場，滿足更多工業(yè)級的應用需求?！?br />
消費品行業(yè)

美國職業(yè)橄欖球聯(lián)盟大賽的獲獎頭盔
美式足球頭盔品牌Xenith使用巴斯夫Ultrasint® TPU01粉末以及Ultracur3D® Coat F后處理涂層方案，設計出具有3D打印晶格結(jié)構(gòu)的頭盔，可以有效減震，極大地提高了頭盔的舒適性與安全性。該創(chuàng)新應用獲得了美國職業(yè)橄欖球聯(lián)盟頭盔挑戰(zhàn)賽高額獎金。
https://mp.weixin.qq.com/s/wDzVphE_D0JNSbvJssnZZg

△3D打印晶格結(jié)構(gòu)的頭盔

滑雪鏡
德國領(lǐng)先的聚合物增材制造專家?？耸肥褂冒退狗騀orward AM的高性能彈性材料Ultrasint® TPU01打造基于晶格結(jié)構(gòu)的新型滑雪護目鏡，能有效提高滑雪愛好者的佩戴舒適度，起到防震效果，以防發(fā)生意外。
https://mp.weixin.qq.com/s/XlX7SECWldcTfCsB7jJHFw


△基于晶格結(jié)構(gòu)的新型滑雪護目鏡

背包襯墊
德國領(lǐng)先的聚合物增材制造專家?？耸肥褂冒退狗騀orward AM的高性能彈性材料Ultrasint® TPU01 3D 打印具有晶格結(jié)構(gòu)的新型背包襯墊，能最大限度地提高背墊的緩沖性能和佩戴者的舒適度。
https://mp.weixin.qq.com/s/m5wp9yCVYfPVh1-ttmMvdQ

△具有晶格結(jié)構(gòu)的新型背包襯墊


交通行業(yè)
汽車座椅
巴斯夫Forward AM聯(lián)合惠普以及裕克施樂打印具有晶格結(jié)構(gòu)的汽車座椅，能實現(xiàn)輕量化設計并提供符合人體工程學的定制化設計，實現(xiàn)卓越的舒適性。由于與傳統(tǒng)的成型方法不同，不需要注塑或者發(fā)泡，裝配過程中的零件數(shù)量及其復雜性減少，能顯著縮短產(chǎn)品開發(fā)和制造運營的交貨時間。
https://mp.weixin.qq.com/s/oh6-O4iEeVoz5FPU7780kw

△具有晶格結(jié)構(gòu)的汽車座椅

摩托車鞍座
法國增材制造和塑料注塑領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè) Erpro 使用虛擬技術(shù)進行晶格結(jié)構(gòu)設計并使用巴斯夫Forward AM高性能聚合物粉末 Ultrasint® TPU01以及Ultracur3D® Coat F柔性涂層開發(fā)了一款高度個性化的摩托車鞍座。
https://mp.weixin.qq.com/s/w8Z7FmDK2DYSv48_jBwuKw

△個性化的摩托車鞍座

工業(yè)行業(yè)
巴斯夫Forward AM 與?？耸泛献?，通過在協(xié)作機器人的關(guān)節(jié)周圍包裹上輕薄、高減震性的第二層“皮膚” RoboSkin，可以使人在零安全風險的環(huán)境中和協(xié)作機器人一同工作，制造商也能同時持續(xù)保持高水平的生產(chǎn)效率。

△協(xié)作機器人 Kuka iiwa 裝上了由 Ultrasint® TPU01 打印而成的點陣結(jié)構(gòu) RoboSkin（圖片來源：?？耸罚?br /> https://mp.weixin.qq.com/s/Jksi-MB5d085cr4VoOQlkA


陳立博士表示：“為了支持中國區(qū)的客戶使用TPU 3D打印材料進行應用創(chuàng)新，巴斯夫Forward AM增材制造技術(shù)中心可為客戶提供樣件打印服務，滿足客戶使用TPU材料進行打印測試，驗證實際應用效果的需求 ?！?br />
南極熊評論

類似尼龍、TPU等高性能聚合物材料3D打印出來的零部件，除了在原型驗證手辦領(lǐng)域的廣泛應用之外，還在終端應用市場發(fā)揮出巨大的潛力——人們發(fā)現(xiàn)不但它可以把復雜的新設計制造成產(chǎn)品，而且還大大提升了某些核心性能。隨著設備和材料價格的下降、打印效率的提升，產(chǎn)品成本和產(chǎn)品性能一旦達到某個平衡點，高性能聚合物材料3D打印將有望大批量廣泛應用開來。