3Dプリンティングは、そのユニークな製造技術によって、これまでにない種類のアイテムを製造し、コストを削減し、工数を短縮し、企業の複雑なプロセスを取り除くことを可能にする。3Dプリンティング技術の真の利点は、プラスチックや金属材料の機械的特性や熱的特性をよく模倣できる印刷材料にあるが、これは現在3Dプリンティングの発展を制限している大きな技術的理由でもある。
3D印刷製造技術は、従来の製造業と原理を完全に変更したので、従来の製造モデルの破壊であり、したがって、3D印刷材料は、3D印刷の開発を制限する主なボトルネックになるだけでなく、3D印刷技術の応用分野を拡大するために、より多くの新材料の開発を実施するだけでなく、3D印刷の画期的な技術革新の重要なポイントと難しさになります。現在、3Dプリント材料には主にポリマー材料、金属材料、セラミック材料、複合材料などがある。
3Dプリント材料は主に4種類の材料に分けられる：3Dプリンティングポリマー、3Dプリンティング金属材料、3Dプリンティングセラミック材料、3Dプリンティング複合材料です。
3Dプリンティング材料は、3Dプリンティング技術の発展にとって重要な材料基盤であり、ある程度、材料の発展が3Dプリンティングがより広範に応用できるかどうかを決定する。現在、3Dプリント材料には主にエンジニアリングプラスチック、感光性樹脂、ゴム状材料、金属材料、セラミック材料などが含まれる。さらに、着色石膏材料、人工骨粉、細胞生物材料、グラニュー糖などの食品材料も3Dプリンティングの分野で使用されている。
高分子材料は主にエンジニアリングプラスチック、バイオプラスチック、熱硬化性樹脂、感光性樹脂、ポリマーゲルなどに分けられる。
金属材料には主に鉄と非鉄金属が含まれる。
セラミックスと複合材料とは、主にセラミック材料と複合材料を指す。
3Dプリントに使用される材料のほとんどはプラスチックですが、金属材料にも独自の用途があります。次に、3Dプリンティングによく使われる金属材料について説明します。
この金属は優れた機械的特性と電気伝導性を持つ。鉄鋼材料には主にステンレス鋼と高温合金が含まれる。
ステンレス鋼はステンレス鋼と呼ばれる空気、蒸気、水および他の弱い腐食性の媒体またはステンレス鋼に対して抵抗力があるステンレス耐酸性鋼鉄の省略形であり; そして耐酸性鋼鉄と呼ばれる鋼鉄の化学的に腐食性の媒体（酸、アルカリ、塩および他の化学浸出）の腐食に対して抵抗力がある。耐酸性鋼は一般的にステンレス鋼ですが、両者の化学組成の違いと耐食性が異なるため、通常のステンレス鋼は一般的に化学媒体の腐食に耐性がありません。
ステンレス鋼は最も安価な金属印刷材料であり、3D印刷で製造された高強度ステンレス鋼製品の表面はやや粗く、あばたがある。ステンレススチールには、光沢のある表面やつや消しの表面などさまざまな種類があり、ジュエリーや機能部品、小さな彫刻の3Dプリントによく使用される。
高温合金は、優れた高温強度、良好な耐酸化性、耐熱腐食性、良好な疲労特性、破壊靭性、およびその他の包括的な特性を持っています。
高温合金は、高強度、化学的安定性、成形・加工の難しさ、従来の加工工程の高コストなどの理由から、航空宇宙産業用途の主要な3Dプリンティング材料となっている。3Dプリンティング技術の長期的な研究とさらなる発展により、3Dプリンティングで製造された航空機部品は、その加工工数とコストの優位性から広く使用されている。
チタン、アルミニウム、マグネシウム合金、ガリウム、希少貴金属などの非鉄金属。
鋼鉄のように見え、銀灰色の光の訳を持つチタンは、以前からレアメタルと考えられてきた遷移金属である。チタンはレアメタルではなく、地殻中の総重量の約0.42％を占め、銅、ニッケル、鉛、亜鉛の合計の16倍である。金属としては世界第7位で、チタンを含む鉱物は70種類以上あります。チタンは高強度、低密度、高硬度、高融点、高耐食性を持ち、高純度のチタンは塑性が良いが、不純物があると脆く硬くなる。
3Dプリンティング技術で作られたチタン部品は、非常に強度が高く、サイズも精密で、最小1mmまでのサイズを作ることができ、その機械的特性は鍛造プロセスよりも優れている。英国を拠点とするメタリシス社は、チタン金属粉末を使ってインペラやターボチャージャーなどの自動車部品のプリントに成功している。さらに、自動車、航空宇宙、防衛産業の3Dプリンティングにおけるチタン金属粉末の消耗品は、非常に幅広い応用の見通しを持つだろう。
軽量かつ高強度という優れた性能により、マグネシウム・アルミニウム合金は製造業の軽量化ニーズにおいて多くの用途に使用されており、3Dプリンティング技術においても例外ではなく、大手メーカーに好まれる代替材料となっている。
3Dプリント製品は、ファッションの世界でますます影響力を増しています。世界中のジュエリーデザイナーは、クリエイティブな業界において、他の製造方法に代わる強力で便利な方法として、3Dプリントラピッドプロトタイピング技術の恩恵を最も受けています。ジュエリーの3Dプリント材料の分野では、一般的に使用されるのは金、純銀、真鍮などです。
上記は3Dプリンティング材料についてです。上海Truerは高品質のチタン、チタンアルミ合金粉、高温合金粉、耐火合金粉、鉄系、高エントロピー合金粉を幅広く提供しています。
Additional FAQs: Classification of 4 Common Materials Used in 3D Printing
1) What are the four primary classes of 3D printing materials and their typical processes?
- Polymers (FDM/FFF, SLA/DLP, SLS), metals (LPBF/SLM, EBM, DED, MIM), ceramics (stereolithography slurries, binder jetting + sinter, robocasting), and composites (short/continuous fiber FFF, SLS-filled, photocomposites).
2) How should I choose between polymer vs. metal for functional parts?
- Start from the use case: polymers for moderate strength, chemical resistance, and cost efficiency; metals for high temperature, structural loads, and fatigue. Consider certification needs (aerospace/medical) and total cost including post-processing.
3) What role do particle size and morphology play for metal and ceramic powders?
- Spherical, narrow PSD powders improve flowability, packing, and density in powder-bed processes. Irregular particles can boost green strength in binder systems but may reduce flow and cause surface roughness.
4) Are composites just “filled plastics,” or can they match metal performance?
- Fiber-reinforced composites (e.g., CF-PEEK, CF-nylon, continuous carbon fiber) can rival aluminum in stiffness-to-weight for specific designs. However, temperature limits and through-thickness strength still trail most metals.
5) What safety considerations differ across the four classes?
- Polymers: VOCs/particulates from thermoplastics and resins (use enclosures and filtration). Metals: fine powders are reactive—use grounding, inert handling, and PPE. Ceramics: respirable silica/oxide dust control. Composites: fiber dust and resin handling; observe MSDS/SDS for each material.
2025 Industry Trends: Material Classification Focus
- Metals: Surge in aluminum and copper alloy qualifications for EV thermal components; broader availability of beta-titanium and high-γ′ Ni superalloys.
- Polymers: Growth of ESD-safe, flame-retardant UL 94 V-0 grades for factory tooling; bio-based and recycled filament share rises.
- Ceramics: Increased adoption of alumina and zirconia for dental and semiconductor fixtures with automated debind/sinter workflows.
- Composites: Wider use of continuous fiber for lightweight jigs and end-of-arm tooling; better interlayer adhesion with plasma-assisted FFF.
2025 Material Snapshot by Class (Indicative, global)
| Class | Representative Grades (2025) | Common Processes | Typical Part Strength/Temp | Cost Range (Material Only) |
|---|---|---|---|---|
| ポリマー | PA12, PA11, PETG, ABS, PC, PEEK, PEKK, ESD/FR blends | FDM/FFF, SLS, SLA/DLP | 40–100 MPa tensile; up to 250–300°C (PEEK/PEKK) | $20–$350/kg |
| 金属 | 316L, 17-4PH, Ti-6Al-4V, IN718, AlSi10Mg, CuCrZr | LPBF/SLM, EBM, DED, Binder Jet + Sinter | 400–1300 MPa tensile; 200–700°C service | $60–$300/kg (pre-alloyed powders) |
| セラミックス | Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC (R&D) | SLA-slurry, Binder Jet + Sinter, Robocasting | High hardness; >1000°C | $80–$500/kg (slurries/powders) |
| 複合材料 | CF/GF-PA, CF-PEEK, filled-PA12, photocomposites | FFF (short/continuous fiber), SLS, SLA | Up to 150–300 MPa (directional); 120–250°C | $50–$600/kg |
Additional indicators:
- Qualified AM metal alloys grew from ~35 (2022) to ~60+ (2025), led by aluminum, copper, and beta-Ti.
- Recycled polymer feedstock share in FFF/SLS surpasses 15% in 2025 for tooling and consumer goods.
- Dental zirconia AM volumes up ~18% YoY due to automated CAM-to-sinter pipelines.
Sources:
- ASTM/ISO AM standards catalogs: https://www.astm.org and https://www.iso.org
- Wohlers/ContextAM market briefs (industry reports)
- FDA/EMA guidance for medical AM materials: https://www.fda.gov and https://www.ema.europa.eu
- NIST AM Bench and materials datasets: https://www.nist.gov/ambench
Latest Research Cases
Case Study 1: CF-PEEK Composite Brackets for Aerospace Interiors (2025)
Background: An aerospace tier-1 sought metal replacement for cabin brackets to reduce weight while meeting flammability and strength specs.
Solution: Printed continuous carbon fiber reinforced PEEK using heated-chamber FFF; optimized layup with topology optimization; applied plasma surface treatment for bonding.
Results: 42% weight reduction vs. machined aluminum, maintained factor of safety >1.5, passed FAR 25.853 flammability; cost down 18% at 200-unit batches.
Case Study 2: Binder Jetting of 316L with Recycled Powder Fraction (2024)
Background: An industrial OEM aimed to lower powder costs and waste in stainless steel production parts.
Solution: Introduced 20% recycled -20/+45 µm fraction blended with virgin powder; tuned debind and sinter curves and applied post-HIP for critical parts.
Results: Achieved 98.5–99.3% relative density, yield strength within 3% of all-virgin baseline, material cost reduced 14%, no increase in dimensional nonconformance over 1,200 parts.
Expert Opinions
- Dr. Karla J. Boehm, Materials Scientist, NIST
- Viewpoint: “Powder morphology and oxygen/nitrogen control are now as decisive as alloy choice for metal AM, particularly when comparing classifications across polymers, metals, and ceramics.”
- Prof. Filippo Berto, Chair of Fracture Mechanics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)
- Viewpoint: “For composite AM, interlaminar fracture and load-path design dominate; continuous fiber steering unlocks metal-like stiffness-to-weight in targeted regions.”
- Sarah Goehrke, AM Industry Analyst
- Viewpoint: “In 2025, buyers are classifying materials not only by base chemistry but by certification pathway—UL, FDA, aerospace AMS—because qualification cost defines ROI as much as raw material price.”
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM 52900 and 52907: AM fundamentals and metal powder feedstock specs. https://www.iso.org
- ASTM F42 and D20 committees: Standards for polymers, metals, and composites in AM. https://www.astm.org
- MPIF design guides for metal powders and sintering. https://www.mpif.org
- OSHA/NIOSH guidance for polymer, metal, and ceramic powder safety. https://www.osha.gov and https://www.cdc.gov/niosh
- MatWeb materials database for datasheets across the four classes. https://www.matweb.com
- Senvol Database for AM materials and machine-process compatibility. https://senvol.com
- NIST AM-Bench measurement science resources and datasets. https://www.nist.gov/ambench
- UL 94 and FAR 25.853 references for flame and smoke toxicity for polymer/composite applications. https://www.ul.com
Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 FAQs tailored to the four material classes; inserted 2025 trend table and indicators; provided two recent case studies; included expert opinions; compiled practical tools/resources with authoritative links
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if major AM materials standards (ASTM/ISO) update, new FDA/UL certifications impact classifications, or market data shows >10% shift in alloy/polymer adoption mix
