TPU材料
TPU（Thermoplastic Polyurethane，熱塑性聚氨酯）具有許多優點和特性，以下是一些主要的優點：
3D打印TPU的出現為注塑成型工藝帶來了新的解決方案，突破了其在幾何靈活性和定制生產方面的局限性。相比注塑成型的標準化生產，3D打印TPU具有更高的幾何自由度，能夠實現複雜形狀和結構的製造，並且能夠根據個體需求進行定制生產。這對於醫療設備製造、體育用品、汽車零部件等需要小批量生產或個性化定制的行業尤其重要。此外，3D打印TPU還為小型企業和初創企業提供了將產品快速推向市場的機會，不再需要依賴大型工業注塑機進行外部生產，節省了時間和成本。總而言之，3D打印TPU的出現為產品開發和生產帶來了更大的靈活性和多樣性。
為什麼要 3D 打印 TPU？
3D 打印 TPU 和 TPE 具有更高的幾何零件復雜性、亦更容易定制設計、更快的迭代速度和設計以及更具成本效益的小批量生產。
3D打印TPU還可以幫助製造商滿足定制化、個性化商品的需求。 根據德勤的一項研究，在某些類別中，超過 50% 的消費者表示有興趣購買定制產品或服務，定制服務的利潤也更高。
- 極高的彈性與彎曲能力：TPU具有優異的彈性，能夠在不斷變形的情況下恢復其原始形狀，並且具有優秀的耐彎曲性。這種特性使得TPU在許多應用中可以替代傳統彈性材料，如橡膠和彈簧鋼。
- 優異的耐磨性：TPU具有出色的耐磨性，能夠承受長時間的機械摩擦而不容易磨損。這使得TPU在需要耐久性和耐磨性的應用中非常有用，如鞋底、輪胎、皮革產品等。
- 優秀的耐油性和耐溶劑性：TPU具有出色的耐油和耐溶劑性，能夠在接觸各種油類和溶劑時保持其性能和結構完整性。這使得TPU在汽車、化學工業等領域中廣泛應用。
- 輕量且柔軟：TPU是一種輕量且柔軟的材料，具有較低的密度，同時具有優異的柔軟性和可塑性。這使得TPU在需要輕量化和柔軟性的產品中得到廣泛應用，如運動鞋、護具、彈性組件等。
- 耐高低溫性：TPU具有良好的耐高低溫性能，能夠在極端的溫度條件下保持其物理和機械性能。這使得TPU在極寒或高溫環境下的應用中具有優勢，如汽車零部件、電子設備、戶外用品等。
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SLS TPU 3D 打印的優勢 |
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物件強度 |
★★☆☆☆ |
★★★★★ |
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打印精度 |
★★☆☆☆ |
★★★★☆ |
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打印準確性 |
★★★★☆ |
★★★★★ |
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表面光滑度 |
★★☆☆☆ |
★★★★☆ |
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產量 |
★★☆☆☆ |
★★★★★ |
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易於打印複雜設計 |
★★☆☆☆ |
★★★★★ |
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使用簡易度 |
★★★★★ |
★★★★☆ |
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有點 |
低成本消費機器和材料 快速簡便地加工簡單的小零件 |
功能性、堅固、各向同性部件 生產級吞吐量 自立設計 出色的設計自由度 |
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缺點 |
零件是各向異性的，不防水或功能強大 設計自由度有限 |
略微粗糙的表面處理 |
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應用 |
低成本快速成型 基本概念驗證模型 |
功能原型製作 最終用途零件的小批量生產：汽車墊圈、密封件、歧管、消費品、鞋子、假肢和矯形器 |
用於 SLS 打印機的 TPU 材料
有多種選擇性激光燒結 (SLS) 系統可提供 TPU 粉末材料。 這些系統中有許多是具有復雜基礎設施要求的大型工業機器，例如通風系統、大佔地面積或多電路和電氣要求。 隨著 Formlabs 的 Fuse 系列等更易於使用的 SLS 系統的推出，粉末床系統上的 3D 打印 TPU 更易於使用且價格更實惠。
Formlabs 的 TPU 90A 粉末對皮膚無害，為可穿戴設備和醫療設備領域開闢了機會，這些領域的安全法規限制了許多 3D 打印部件的使用。 借助 TPU 90A 粉末，工程師和設計師可以在一個工作流程中利用 3D 打印的設計自由度、橡膠的高撕裂強度和伸長強度，以及許多傳統模製熱塑性塑料的皮膚安全特性。
使用 Formlabs 的 TPU 90A 粉末和 Fuse 系列 SLS 打印機 3D 打印 TPU 非常簡單，可以輕鬆集成到現有的 SLS 工作流程中，或者成為您開始使用的第一種 SLS 材料。 該材料在空氣環境中打印，不需要惰性氣氛，而某些 SLS 材料則需要。
此外，TPU 零件在 Fuse 系列打印機上不使用 Surface Armor（硬粉末零件周圍的半燒結外殼），因此使用 Fuse Sift 後處理機的除粉過程非常簡單。 雖然 TPU 90A 沒有表面裝甲，但仍建議使用介質噴砂去除零件上所有多餘的粉末，從而提供更清潔且更易於使用的材料。 將當前的 Fuse 系列打印機切換到 TPU 90A 是絕對有可能的，儘管 Formlabs 建議使用專用的 Fuse Sift 和構建室。
TPU 3D打印的應用
TPU 零件的傳統製造有成熟的工作流程，這些工作流程仍然是批量生產橡膠產品的理想選擇。 然而，3D 打印 TPU 在許多情況下都是一個很好的選擇，包括需要速度或易用性的情況、快速原型製作、按需製造輔助和定制應用程序。 從需要快速原型的設計過程開始到最終使用部件的最終設計，甚至是大規模定制的消費品，3D 打印 TPU 可以使工作流程更快、更高效，而不會犧牲機械性能或保真度。
1. 快速成型
使用 TPU 的 3D 打印使企業能夠將原型製作能力置於自己的屋簷下，縮短交貨時間並降低以前由服務機構或機械車間收取的成本。
例如，製作運動頭盔的原型需要能夠製造硬殼以及內部的軟緩衝。 創新公司正在努力為這些墊子設計新的格子結構和衝擊抵消技術，而 TPU 是一種完美的材料。
然而，嘗試新的設計和幾何形狀會使傳統的加工方法變得非常昂貴，外包給設計局可能需要數週時間。 能夠對硬外殼和軟內墊使用一種工作流程和一種技術意味著這些創新者可以以更高的速度進行迭代。 這些頭盔必須經過大量的物理測試，因此一輪測試需要十個緩衝墊。 這些體積對於精心手工製作緩衝表面來說太高了，但對於傳統的 TPU 成型來說又太低了，不符合成本效益。 答案是內部 3D 打印。
Fuse 系列 SLS 3D 打印機可以輕鬆地在 TPU 90A 粉末中打印多個橡膠晶格結構，並略有變化以測試不同的設計。 通過改變零件本身的設計，如改變壁厚，您可以為不同的應用或測試後的迭代生產具有不同硬度水平的零件。
Fuse Series 工作流程使您能夠訪問涵蓋廣泛機械特性的多種材料，使您能夠在內部進行所有開發和製造，並使用一種技術管理多種不同類型組件的設計。 TPU 90A 粉末開啟了一種全新的產品類型，可以通過 3D 打印直接製作原型，使用同樣值得信賴的 Fuse 系列平台。
2. 製造易損零件
如果您不從事製造業務，那麼製造輔助工具類型之間的區別可能很難解析。 然而，無論您談論的是夾具、支架、外殼，還是將機器固定在一起的許多其他方式之一，底線都是一樣的——當您需要它時，您確實需要它。 TPU 是許多製造商面臨的一個問題的答案：如何防止他們價值數百萬美元的製造技術遭受過多磨損。
柔軟觸感的製造輔助工具可以通過緩衝某些衝擊或提供形狀完美的夾具來幫助延長重型機械的使用壽命。 當密封件或墊圈在多年重複使用後撕裂時，操作員可以立即打印替換件並讓生產線在數小時內恢復運行，而不是等待數天或數週才能獲得新零件。
增加材料能力對製造商來說更有保障——它可以保護他們免受他們沒有預見到的破損零件或故障機器部件的影響。 他們可以依靠內部的機械性能越多，他們就越能避免供應鏈延遲和 OEM 的高維修成本。 使用橡膠 3D 打印部件，現在可以按需維修或更換全新的設備部件子集。 避免工廠生產線或流程停工每天可以節省數千美元。
TPU 可用於汽車和航空航天測試中的減震器，以及用於熱成型獨特形狀零件等工業過程的夾具。 在汽車工廠中，大型機器人系統在必須彎曲和旋轉的龍門架上運行。 定制的墊子和軟外殼可以幫助這些機器避免摩擦並延長它們的使用壽命。
3. 小批量和定製成衣產品
在運動、時尚和可穿戴技術行業，提供個性化選項對於希望佔領更多市場份額的品牌來說勢在必行。 與工具相關的成本使得小批量或一次性生產幾乎不可能，直到可訪問的 3D 打印打開了大門。
儘管如此，大多數 3D 打印材料對於體育用品或可穿戴市場而言過於堅硬，直到 TPU。 從可以根據一個人的確切足跡和體重分佈進行定制的鞋底，到專為抵消衝擊力而設計的橄欖球頭盔，再到貼合手腕的錶帶，可能性是無限的。
4. 醫療設備
3D 打印 TPU 具有出色的耐用性和韌性，是假肢、矯形器、患者專用器具和醫療設備的理想選擇。 通過將橡膠材料的高撕裂強度和斷裂伸長率與 SLS 3D 打印的設計自由度和耐用性相結合，能夠 3D 打印出靈活而堅固的最終用途部件，為醫療專業人員創造了新的機會。
TPU 是一種柔性彈性體，非常適合 3D 打印醫療部件，例如：
• 醫療設備原型和最終用途醫療設備和組件
• 矯形墊和假肢襯裡
• 可穿戴設備、密封件、保險槓和管子
• 夾板、顱骨改造頭盔
5. 運動鞋墊和矯正鞋墊
醫療保健中的 3D 打印雖然是一個新興領域，但受到嚴格的材料要求的限制——包括安全認證以及強度和機械性能。 3D 打印 TPU 為醫療保健領域的不同應用開闢了更多機會，在工具箱中提供了更多工具。
案例研究：一家美國玩具和電動自行車公司的原型設計：Radio Flyer 和 TPU
100 多年來深受家庭信賴和喜愛，Radio Flyer 是標誌性的 Original Little Red Wagon® 的製造商，該車入選國家玩具名人堂。 作為世界領先的乘騎玩俱生產商，他們一直走在流行文化的前沿，並且在每個孩子的聖誕清單中名列前茅，這些乘騎玩具包括四輪馬車、滑板車、三輪車、卡丁車、電動自行車和其他幫助家庭想像一切的創新產品 他們要去的地方。
3D 打印是 Radio Flyer 開發過程的重要組成部分，設計工程師 Agostino Lobello 發現 TPU 90A 粉末有助於實現真正的功能性原型製作。 “與我接觸過的其他 3D 打印 TPE/TPU 相比，高抓地力的表面光潔度是獨一無二的。 從這個角度來看，它確實感覺更像我們的注塑成型 TPE/TPU，原型應用令人興奮。 目前，該工藝的下一個最佳替代方案是原型工具並註入實際的 TPE 或其他聚氨酯，這樣既省錢又省時，”Lobello 說。