尼龙是聚酰胺类型的合成聚合物。在增材制造中，它以长丝形式(PA6)形式用于FDM技术，或者以粉末形式（PA11和PA12）形式用于选择性激光烧结或HP的MultiJet Fusion等技术。尽管尼龙是3D打印行业广泛使用的材料，但它有时会成为争论的话题，因为它不是市场上最耐用的选择。这是由于多种因素造成的，例如某些聚酰胺的成分、材料的可回收性和再利用程度，或制造过程中的气体排放。
如果我们只关注尼龙3D打印，很明显，根据聚酰胺的类型、来源和成分，这种材料会对环境产生或大或小的影响。为了更好地了解其在行业中的作用及其碳足迹，我们将尝试分析粉末和长丝形式的尼龙的特性和性能。PA6长丝是如何打印的，PA11和PA12之间有什么区别，3D行业在尼龙的使用和耐用性方面处于什么位置，以及是否有可行的替代品？
PA6，一种要求苛刻的3D打印耗材
PA6长丝是一种半结晶热塑性聚合物，也是全球应用最广泛的聚酰胺之一。PA6的熔点为220°C，因其良好的性价比而被广泛应用于各种领域。尽管它传统上用于工业制造方法，但由于其有趣的机械性能和创建高性能零件的能力，它在3D打印行业逐渐受到欢迎。此外，PA6是一种比PLA或ABS等标准塑料更难3D打印的材料。它的打印温度范围在250-270℃之间，因此必须保证合适的工作环境，使其不收缩。
就起源而言，它与其他类型的聚酰胺的不同之处在于它是通过开环聚合形成的，即通过许多聚合物合成的途径之一。这使得它在缩聚物（整个单体分子成为聚合物的一部分）和加成聚合物（当单体分子成为聚合物的一部分时失去一部分）之间的比较中成为特殊情况。在分析聚酰胺6对环境的影响并转向更可持续的材料时，必须考虑两个重要方面。首先，用于获取材料的生产过程，其次，该转化过程涉及的原材料；两者都将定义该聚酰胺的碳足迹。
PA11和PA12的成分和环境影响
在化学方面，聚酰胺11和12非常相似；它们仅在聚合物主链上有一个碳原子不同。然而，这个单个原子对聚合物如何组织创造物质产生了巨大的影响。除此之外，用于3D打印的聚酰胺粉末之间的主要区别在于它们的来源。一方面，PA11是一种半结晶聚合物，由“绿色”原材料生成，合成工艺更接近PA6，而不是PA12。这种类型的尼龙是生物来源的，这意味着它是由源自植物衍生物（主要是蓖麻油）的可再生原材料生产的。就其应用而言，聚酰胺11主要用于需要良好的耐化学性、柔韧性、低渗透性和尺寸稳定性的场合，即在相当恶劣的环境中。
另一方面，PA12是一种从石油中提取的精细合成粉末。其基本特性由聚酰胺本身的化学结构以及添加到组合物中的添加剂或纤维决定。其最重要的特性是对化学试剂、环境条件和影响的高抵抗力，以及低吸水性、极易加工，最后是良好的耐磨性和防滑性。这种塑料的主要应用是用于汽车和航空等高科技行业。如上所述，这是由于其优异的机械性能，这在这些专业领域至关重要。
为了更好地了解两种聚酰胺之间的差异，更准确地说，了解它们的来源，Sculpteo在其网站上表示：“PA11 HP基于100%可再生生物质来源。蓖麻子是从蓖麻植物中提取来制造油的。然后油转化为单体（11-氨基十一烷酸），最后进行聚合。这种PA11材料是PA12的可持续替代品，它为需要与皮肤接触的组件提供了有趣的特性。这就是为什么就可持续性而言，尼龙11应成为首选生物塑料，尽管这取决于3D打印部件的应用。
考虑到这两种聚酰胺的特性，乍一看，生物塑料似乎是传统塑料的更好替代品，因为它部分由可再生资源制成，并且可以生物降解。然而，FICEP S3的设计主管Nuno Neves告诉我们：“为了确定生物塑料是否比传统塑料更适合我们的环境，与生物塑料相比，我们需要考虑传统塑料整个生命周期的几个因素，包括生产。、温室气体排放和回收可能性。这就是我们在FICEP S3对我们使用的每一种材料和我们设计的每一种产品所做的事情。我们根据数据和给定情况的科学现实做出决策，而不是简单地想追随环保潮流。»
尼龙、3D打印和耐用性
与其他合成塑料一样，尼龙不是一种会被环境降解的材料。其他自然资源也是如此，例如纸张、木材或玻璃，它们会随着时间的推移而氧化和分解。因此，应对地球上塑料的复杂处理的最常见方法是回收，即它们的转化。应该记住，生物塑料（如PA11）很难回收，因为大多数城市没有此类加工设施。其中许多最终被扔进垃圾填埋场，导致它们失去氧气。这会引发甲烷释放到大气中，这种温室气体的效力比二氧化碳强23倍，据信与传统塑料相比，甲烷会导致更大的臭氧消耗。
如果我们关注所使用的两项主要技术，我们会发现在可持续性方面，SLS 3D打印尼龙具有关键优势。制造过程完成后，零件将被未烧结的粉末包围，从而充当打印零件的支撑。在SLS技术中，高达70%的未烧结粉末可以重复用于未来的打印。从可持续性和可回收性的角度来看，这是相对于FDM工艺的一个主要优势，因为打印介质不会被转换回长丝以供重复使用。
为了评估和控制企业对环境的影响，就有了所谓的CSR或企业社会责任，它是指每个组织对环境所承担的责任。这方面越来越多地出现在所有3D打印参与者的活动中。事实上，该行业的许多公司已经在开发生物基解决方案来减少这种环境影响。
阿科玛是业内最著名的化学家之一，拥有多种用于3D打印的材料，包括尼龙。阿科玛在蓖麻化学方面拥有独特的专业知识和技术。阿科玛催化、工艺和生物质增值主管Jean-Luc-Dubois评论道：“我们的生物来源工艺表明，可以使用可再生原材料以成本方式生产技术和有竞争力的产品，以满足实际市场需求。»
前景
显然，制造业中使用的所有材料都会对环境产生一定的影响，无论是通过气体排放还是零件的可回收程度。此外，虽然目前没有可行的石油衍生聚酰胺替代品，但目前正在研究有前景的生物基聚酰胺结构单元。随着石油价格持续波动以及人们对气候危机的认识增强，可能会开发出更多当前尼龙组件的替代品。
仍然关注3D打印工艺本身，我们知道该技术以减少制造时间和材料使用量而闻名。关于聚酰胺11的使用，阿科玛团队在其网站上表示：“越来越多的公司需要清洁和可持续的材料。PA11是一种100%生物来源的聚合物，其选择完全符合旨在实现企业社会责任目标的绿色战略。对于尼龙的全球使用，FICEP S3的Nuno Neves给出了更为复杂的看法：“解决方案不是停止制造和使用从石油中提取的塑料，而是以更智能的方式使用它们，正确回收它们并不要再认为一切‘有机’都是好东西的代名词，事实很少如此简单。”
比较这两个角度，很明显增材制造行业在尼龙的使用方面走在正确的轨道上。然而，正如内维斯先生所说，要实现“有机”积极并实现更可持续的制造并对环境影响更低，还有很长的路要走。
