3D打印材料及其應(yīng)用概述(1)

3D打印材料是3D打印技術(shù)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，種類范圍主要包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料等。文章首先簡(jiǎn)要介紹了目前3D打印的各類常見材料，然后分別介紹了它們的特點(diǎn)、性能要求及相關(guān)應(yīng)用情況。最后，結(jié)合研究的最新進(jìn)展，對(duì)3D打印新材料及其前景進(jìn)行展望。

1、3D打印
3D 打印技術(shù)，也被稱為3D打印（Additive Manufacturing，AM）技術(shù)，是一項(xiàng)起源于20 世紀(jì)80 年代集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)控和材料于一體的智能制造技術(shù)。該技術(shù)的基本原理是根據(jù)三維實(shí)體部件經(jīng)分層處理得到的二維截面信息，以點(diǎn)、線或面作為基本單元進(jìn)行逐層堆積制造，最終得到實(shí)體部件或原型。3D打印區(qū)別于傳統(tǒng)的減材（如切削加工）和等材（如鍛造）制造方法，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法沒(méi)有辦法或很難達(dá)到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的制造，并大幅減少加工工序，縮短加工周期，因此得到了世界各地科研工作者的廣泛關(guān)注。
3D 打印技術(shù)最早應(yīng)用于各類原型的快速制造，故在早期也被稱為快速原型技術(shù)（Rapid Prototyping，RP）。早期的3D打印技術(shù)由于材料種類的限制，大多使用有機(jī)高分子材料，其機(jī)械、化學(xué)性能大多難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。隨著材料技術(shù)與裝備技術(shù)的發(fā)展，將該技術(shù)應(yīng)用于終端部件制造的愿望越來(lái)越迫切，因此不僅對(duì)3D打印裝備提出了更高的要求，對(duì)3D打印材料各項(xiàng)性能的要求也日益提高。

3D 打印材料是3D 打印技術(shù)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的性能在很大程度上決定了成形部件的綜合性能。發(fā)展至今，其材料種類已經(jīng)十分豐富，主要種類包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料等。本文將結(jié)合幾種3D打印材料研究及應(yīng)用的最新進(jìn)展，分別對(duì)3D打印用聚合物材料、金屬材料和陶瓷材料進(jìn)行介紹。
2、3D打印用聚合物材料
3D打印用聚合物材料主要包括光敏樹脂、熱塑性塑料及水凝膠等。紙張、淀粉、糖、巧克力等也可納入聚合物材料的范疇，部分學(xué)者及企業(yè)對(duì)其進(jìn)行了3D打印研究，但因篇幅所限文中不進(jìn)行展開介紹。
光敏樹脂是最早應(yīng)用于3D打印的材料之一，適用于光固化成形（Stereolithography Apparatus，SLA），主要成分是能發(fā)生聚合反應(yīng)的小分子樹脂（預(yù)聚體、單體），其中添加有光引發(fā)劑、阻聚劑、流平劑等助劑，能夠在特定的光照（一般為紫外光）下發(fā)生聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)固化。光敏樹脂并不算一種新的材料，與其原理類似的光刻膠、光固化涂料、光固化油墨等已經(jīng)在電子制造、全息影像、膠粘劑、印刷、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在涂料領(lǐng)域，光固化技術(shù)因具有固化速度快、固化性能優(yōu)異、少污染、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的綠色技術(shù)。但應(yīng)用于3D打印的樹脂固化厚度（一般>25 μm）明顯大于傳統(tǒng)涂料的涂布厚度（一般<20 μm），其在配方組成上與傳統(tǒng)的光固化涂料、油墨等有所區(qū)別。
按照聚合體系劃分，可以分為自由基聚合和陽(yáng)離子聚合，兩者的聚合機(jī)理和依靠的活性基團(tuán)各不相同。自由基聚合依靠光敏樹脂中的不飽和雙鍵進(jìn)行聚合反應(yīng)，而陽(yáng)離子聚合依靠光敏樹脂中的環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行聚合反應(yīng)。自由基聚合體系固化速度快，原料成本低，但在空氣中存在一定程度的氧阻聚效應(yīng)，會(huì)對(duì)固化性能及部件性能產(chǎn)生影響；陽(yáng)離子聚合體系則無(wú)氧阻聚效應(yīng)，固化收縮小甚至無(wú)收縮，但對(duì)水分很敏感，且原料成本較高，所以目前3D打印中使用的光敏樹脂以自由基聚合體系為主。http://www.ezby3d.com/ 武漢易制科技有限公司官網(wǎng)