3D打印的材料有哪几种?

(125) 2024-03-22 21:01:01

3D打印的材料有哪几种?

3D打印,是一种增材制造方法,相对于传统机械加工“减材制造”技术而言,是一项制造业领域的技术革命,展现了新时代个性化创造的活力和潜力。3D打印技术起源于美国,这项新技术的出现,不仅给予了创新主体一个全新的视角,同时也吸引了大众的高度关注。3D打印技术在20世纪末期逐渐得到推广,又被称为第3次工业革命的重要标志之一。该技术可以应用到生产加工、建筑工程等领域,利用该技术制造材料,不用加工模具和大型机械设备,甚至不用在大型工厂便可进行生产,3D打印技术将会改变社会发展的方向,并会大大丰富人类社会的生活方式。

3D打印材料制造技术的内核以计算机3D设计为基础,再将设计得到的三维模型进行离散分层,后又经由特定的设备将分层离散的材料进行堆积、粘结,进而得到最终的产品。最近,国内外的科研工作者针对3D打印技术中的几何计算问题,又创新出了多种新的方法,包括物体分割、平衡性重心优化和轻量化等方法。3D打印技术是一门多学科交叉科学,综合了数字建模、材料化学、机电控制化学等诸多学科,利用该技术可以达到材料的快速成形。材料是3D打印技术的关键,3D打印材料的制备技术,生产材料的设备构造,以及得到材料的具体性能,都与材料有关。材料既决定了3D打印的应用趋势,也决定了3D打印的发展方向。目前,3D打印的材料包括聚合物、金属和陶瓷等,并且近年来也出现了一些新兴的材料。

1、聚合物材料

聚合物材料的强度好、韧性较高,并且成本低廉,长期以来都是3D打印的明星材料,在各个领域均有应用。聚合物材料主要包括塑料类材料、光敏树脂材料等。

1.1塑料类材料

目前最常用的塑料类材料为聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂。首先,ABS树脂材料被称为绿色材料,其材料强度高、韧性好、热塑性强、耐冲击性优良,并且可以通过添加添加剂对材料的颜色进行选择,是3D打印技术中得以广泛应用的材料,如桌面式打印机最常采用的就是ABS材料。其次,PC由于其在某些方面的优异性能,近期也是炙手可热的3D打印材料。同ABS树脂相比,PC的机械强度更高,并且其耐燃性高,使得材料的安全性得以提升、且不易收缩变形,因此在制造强度要求高的产品应用更为广泛。第三,相比前2种塑料类材料,PA在力学性能方面的优势更为明显。PA树脂家族中的PA66塑料材料,在韧性、延展性和耐磨性方面都表现出极好的性能,但是也存在比较明显的劣势,就是熔点高,不易于加工。所以,科研人员常对PA进行改性加工。如在其中加入PVA等改性材料,使得PVA同PA的分子链产生结合,络合形成网络状结构,覆盖PA材料的表面,进而提升PA材料的弯曲强度、分子粘度与内聚力。在商业领域,许多公司的科研工作者研发出了越来越适合应用的塑料类材料。如德国拜耳公司自主研发出的PC2605聚碳酸酯,该产品具有较好的机械强度,能够实现3D打印功能,并应用于机械齿轮、防弹玻璃等领域。

1.2光敏树脂材料

光敏(UV)树脂材料是一种常见的3D打印材料,常见的UV树脂就是可以用于3D打印的光敏树脂材料。光敏树脂材料一般为液态,是由光引发剂与单体或预聚合物构成的材料,主要由共聚物、添加剂和稀释剂组成,添加剂具体为光引发剂。添加光引发剂,通过一定波长紫外光的照射,可以引发共聚物的聚合反应,使得液态的光敏树脂材料固化,这种过程被称为液态光固化树脂过程,经常应用于立体光固化3D打印技术中。光敏树脂材料的性能类似于ABS树脂,其具有机械强度高、无挥发性气味、适用领域广、便于储存等特点,并且光敏树脂材料的制备过程短,容易固化,成形精度高、表面效果好,适用于光固化成型(SLA)快速成形设备。在250~300nm的激光或紫外线照射的条件下,存在于光敏树脂材料中的光引发剂对紫外线产生吸收作用&

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