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(lèi)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(lèi)常見(jiàn)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(chēng)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(lèi)原型的快速制造，故在早期也被稱(chēng)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(lèi)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(mǎn)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(lèi)已經(jīng)十分豐富,，主要種類(lèi)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(shù)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(kāi)介紹,。
光敏樹(shù)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(shù)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(shù)脂并不算一種新的材料,，與其原理類(lèi)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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)