淺析3D打印材料的研究現狀及其應用

余思泓 湖南省長沙麓山國際實驗學校

1 高分子絲材的應用研究

高分子絲材主要被應用在FDM機型3D打印機中，是當前十分常見的3D打印材料，其在實際應用中用絲狀塑料作為基礎的打印耗材，通過電力加熱來將絲材熔化，并以計算機設備進行控制，把熔化后的材料附著在打印工作臺之上，并在逐層的材料堆積的過程中使其成為三維立體產品。打印材料研究與發展對于3D打印技術的實現與成品質量有著直接性的影響。高分子絲材本身就具有較強的機械強度、收縮率較低且材料熔點合適等優點，同時該材料在實際應用過程中還能保證其環保性，因此該材料在當前可獲得廣泛性的應用。

而將該材料細分，在當前主要包括的材料種類涵蓋了ABS樹脂材料、PLA樹脂材料、PC樹脂材料等多種材料類型。其中，PC樹脂材料是一種綜合性能優良的非晶型熱塑性樹脂材料，具有優異的電絕緣性、延伸性、尺寸穩定性及耐化學腐蝕性，較高的強度、耐熱性和耐寒性。同時，PC樹脂具有以下優點：具高強度及彈性系數、高沖擊強度、使用溫度范圍廣;高度透明性及自由染色性;成形收縮率低、尺寸安定性良好；耐疲勞性差;耐候性佳;電氣特性優;無味無臭對人體無害符合衛生安全。該材料所制成的打印材料在實際應用中相比ABS材料具有更高的強度性能。但是該材料在實際應用中也存在著顏色種類少、材料加熱后可能會產生一定的有害物質等缺陷。因此在利用該材料進行打印時應當將打印設備的噴嘴溫度控制在255度到280度之間，而工作臺的溫度則應當控制在120到150度之間。

2 光敏樹脂材料的應用研究

光敏樹脂材料也被稱作UV材料，其能夠在紫外光的照射下出現相應的聚合反應，最終實現固化。該材料在當前也是3D打印技術實現的重要材料類型，具有十分重要的應用優勢。在立體光固化3D打印技術當中，打印設備需利用激光、數碼光等多種形式的光束對光敏樹脂材料進行照射，并在逐層掃描的過程中使其發生凝固，最終堆積成與設計相符的三維實體。該材料在3D打印中的應用具有表面精度較高、細節塑造能力強等多種優勢，通常將其運用在精密度要求較高的模具制造工作當中。但是該材料本身的性能將對產品制造的精度、制造性能等造成較為嚴重的影響，因此在之后的光敏樹脂材料制造與研究過程中應當將提升材料性能作為研究重點。

光敏樹脂材料在我國的應用與研究時間較短，但是卻已經取得了十分喜人的成績。低翹曲混雜型光敏樹脂材料在實際應用過程中具有十分重要的應用優勢，能有效的降低零件成品變形的問題發生率，具有自由基與陽離子聚合體的應用優勢。同時，該材料在3D打印中的使用精度已經突破0.2%，進一步推動了光固化3D打印技術在工業產品模型打印中的應用。

3 粉末材料的應用研究

SLS技術也是當前重要的快速成形技術的一種，其是建立在憑借激光作為主要的熱源形式實現的粉末材料燒結的基礎之上的。該技術應用過程中可將所有能夠在受熱后出現粘結狀態的粉末作為基礎材料，當前常用于3D打印中的這類型基礎材料包括高分子粉末、陶瓷粉末以及金屬粉末等。其中，高分子粉末用量最大、應用范圍最廣、成型方式最多的材料為高分子材料，主要包括高分子絲材、光敏樹脂及高分子粉末3種形式。材料的研究與發展在一定程度上決定了3D打印技術能否得到進一步的推廣和應用，而作為適用于FDM的高分子絲材，應具備高機械強度、低收縮率，適宜的熔融溫度、無毒環保等基本條件。但是，在SLS技術缺陷的限制下，要保證3D打印成品的強度與精度得到保證，則應當不斷的實現高分子粉末材料性能的優化研究，降低粉末粘結溫度，降低材料收縮率并不斷的提升材料強度。

聚苯乙烯、尼龍等都是當前常見的高分子粉末材料，在3D打印中的應用較為普遍，但是研究工作依舊在進行。研究人員在尼龍粉末材料中加入碳纖維，制成高分子復合粉末材料，實現了尼龍分子材料的實際抗彎強度和抗彎模量。而選擇性激光燒結聚丙烯粉末材料在實際應用過程具有十分重要的燒結性能優勢，利用該材料制造而成的產品在力學性能、制造精度等方面都存在著十分明顯的優勢，該材料在當前已被用于汽車模型打印、機械模型打印等工作中。

4 結束語

3D打印技術在當前已經被廣泛應用與多個行業當中，但是針對該技術的不同應用原理而言，其所適用的打印材料也存在著一定的差異。根據打印技術原理以及所適用材料的不同，3D打印技術可分為激光熔覆成型技術（LCF）、 融沉積快速成型技術（FDM）、選擇性激光燒結技術（SLS） 、立體光固化技術（SLA） 、三維印刷成型（3DP）等。它們在實際應用中發揮著重要作用。研究人員在利用以上材料實現3D打印的同時還應當不斷的進行材料創新研究，進一步實現該技術的應用推廣。

[1]鄒蕓鸝.“隨物賦形聚萬象”—3D打印技術在室內設計中的創新應用研究[D].湖南師范大學,2016.