在智能制造与个性化定制浪潮的推动下，3D打印（增材制造）已从实验室走向工业级应用，广泛渗透至航空航天、医疗、汽车、消费电子等多个领域。而决定3D打印最终成品性能、精度与适用场景的，不仅是设备本身，更关键的是——打印材料。
如果说3D打印机是“笔”，那么打印材料就是“墨”。材料的种类、特性与工艺适配性，直接决定了技术的边界与创新的潜力。
本文将系统梳理当前主流3D打印材料的分类体系，深入剖析其物理化学特性、成型工艺适配性及典型应用场景，帮助工程师、设计师与产业决策者做出更科学的选材决策。
一、按材料形态与化学属性分类：3D打印材料的“家族树”
3D打印材料种类繁多，按化学组成可大致分为五大类：热塑性塑料、热固性树脂、金属、陶瓷与复合材料。每一类背后，都对应着不同的成型原理与应用逻辑。
1. 热塑性塑料（Thermoplastics）
作为3D打印中最成熟、应用最广泛的材料类别，热塑性塑料主要应用于FDM（熔融沉积成型）技术，具备良好的可重复加工性。
- PLA（聚乳酸）
- 特性
：生物基可降解材料，打印过程无异味，成型精度高，颜色丰富。 - 局限
：玻璃化转变温度低（~60°C），不耐热，长期户外使用易老化。 - 应用
：教育模型、原型验证、消费级手办、包装原型。
- 特性
- ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）
- 特性
：机械强度高、耐冲击、耐温性优于PLA（~100°C）。 - 局限
：打印时释放苯系物，需封闭腔体与通风系统；易翘曲，对打印平台温度控制要求高。 - 应用
：功能件原型、工业外壳、汽车内饰件。
- 特性
- PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯-共聚物）
- 特性
：综合性能优异——兼具PLA的易打印性与ABS的韧性，耐化学腐蚀，透明度高。 - 应用
：食品接触容器、医疗器械外壳、户外功能件。
- 特性
- 高性能工程塑料
- 应用
：航空结构件、骨科植入物、半导体工装夹具。 - 挑战
：打印温度高（>380°C），需专用高温设备与封闭环境。
- 应用
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- PC（聚碳酸酯）
：高强度、高耐热（~130°C）、高透明，适用于光学件与防护罩。 - PEEK（聚醚醚酮）
：半结晶高温塑料，耐温可达250°C，耐化学性极佳，生物相容性好。
- PC（聚碳酸酯）
选型建议：
原型验证 → 优先PLA（成本低、易操作） 功能测试 → 推荐PETG或ABS（平衡强度与工艺性） 极端环境应用 → 选用PC、PEI、PEEK等高性能材料
采用光敏树脂打印的龙纹花瓶，图源：conv3d
2. 光敏树脂（Photopolymer Resins）
适用于SLA（光固化立体成型）与DLP（数字光处理）技术，以液态树脂通过紫外光逐层固化成型，具备超高精度（可达25μm）与优异表面光洁度。
- 标准树脂
：适用于高细节模型，如珠宝原型、牙科模型。 - 工程树脂
：模拟ABS、PP、橡胶等特性，支持韧性、耐热、耐冲击等需求。 - 生物相容性树脂
：通过ISO 10993认证，用于牙科矫正器、手术导板等医疗应用。 - 高温树脂
：HDT（热变形温度）可达280°C，适用于注塑模具原型。
趋势洞察：
近年来，可回收光敏树脂与低气味/低毒性配方成为研发重点，推动SLA技术向绿色制造演进。
金属3D打印涡轮叶片，图源：conv3d
3. 金属材料（Metal Powders）
金属3D打印主要采用SLM（选择性激光熔化） 与 EBM（电子束熔融） 技术，适用于高附加值、复杂结构的零部件制造。
- 不锈钢（316L、17-4PH）
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耐腐蚀、强度高，广泛用于医疗器械、食品机械与化工阀门。
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- 钛合金（Ti6Al4V）
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比强度高、生物相容性优异，是航空发动机叶片与骨科植入物的首选。
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- 铝合金（AlSi10Mg）
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轻量化优势显著，用于汽车轻量化结构件、航天支架。
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- 镍基高温合金（Inconel 718/625）
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耐高温、抗蠕变，适用于火箭燃烧室、涡轮叶片等极端环境。
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挑战与突破：
金属打印仍面临成本高、后处理复杂（如热处理、支撑去除）、残余应力控制等问题。但随着原位监测、智能路径规划与混合制造（增材+减材） 技术的发展，良率与效率正持续提升。
陶瓷3D打印，图源：网络
4. 陶瓷材料（Ceramics）
陶瓷3D打印多采用光固化（SLA） 或 喷墨打印 技术，材料以陶瓷浆料或粉末形式存在。
- 氧化铝（Al₂O₃）
：高硬度、绝缘性好，用于电子基板、耐磨部件。 - 氧化锆（ZrO₂）
：高强度、生物相容性佳，广泛用于牙科全瓷冠、人工关节。 - 碳化硅（SiC）
：耐高温、抗辐射，适用于航天热防护系统。
技术瓶颈：
陶瓷打印需经历脱脂烧结过程，收缩率高（可达20%），尺寸控制难度大，目前仍以小批量、高价值应用为主。
5. 复合材料（Composites）
复合材料通过在基体（如PLA、尼龙、PEEK）中添加增强相，显著提升力学性能。
- 碳纤维增强
（CF-PA、CF-PEEK）： -
比强度提升300%以上，用于无人机机架、赛车部件。
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- 玻璃纤维增强
（GF-PA）： -
成本低于碳纤维，适用于工业夹具、功能原型。
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- 凯夫拉纤维
-
抗冲击性能优异，用于防护装备与航空航天结构。
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- 连续纤维增强
（如Markforged技术）： -
可实现纤维沿应力方向定向铺设，接近传统复合材料性能。
-
前沿方向：
智能复合材料（如嵌入导电纤维、传感纤维）正推动3D打印向“功能性集成”迈进。
二、选材决策框架：从应用需求出发
在实际工程应用中，材料选择不应仅依赖参数表，而应建立系统性决策模型：
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| 力学性能 |
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| 热性能 |
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| 环境适应性 |
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| 工艺适配性 |
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| 成本与周期 |
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案例参考：
某医疗设备公司开发一次性手术器械手柄：
需求：一次性使用、生物相容、可灭菌、成本可控 选材路径：PLA（可降解）→ 改为医疗级PETG（耐高温灭菌）→ 最终选用可灭菌工程树脂（SLA），实现高精度与合规性平衡。
三、未来趋势：材料驱动的3D打印变革
- 材料智能化：形状记忆合金、自修复材料、电致变色聚合物等“智能材料”将赋予3D打印件动态响应能力。
- 可持续材料崛起：生物基PLA、回收塑料、可降解树脂成为ESG导向下的主流选择。
- 多材料一体化打印：多喷头系统支持在同一零件中集成刚性/柔性、导电/绝缘材料，实现功能集成。
- 材料数据库与AI选材：基于机器学习的材料推荐系统将加速从“经验选材”向“数据驱动选材”转型。
材料是3D打印创新的底层引擎
3D打印的每一次突破，背后都是一场材料的革命。从PLA的普及到PEEK的登顶，从金属粉末的精控到复合材料的突破，材料科学正在重新定义制造的边界。
未来，谁掌握先进材料，谁就掌握增材制造的话语权。
对于企业而言，建立材料技术储备与应用验证能力，已不仅是技术选择，更是战略布局。
