適應(yīng)3D打印技術(shù)的高分子材料研究

適應(yīng)3D打印技術(shù)高分子材料研究進(jìn)展楊洋2111606092第1頁CONTENTS3D打印技術(shù)介紹01高分子材料應(yīng)用02結(jié)語03第2頁1.3D打印技術(shù)介紹3D打印技術(shù)是指由數(shù)字模型（CAD）直接驅(qū)動，利用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙、砂等可粘合材料，在快速成形設(shè)備里經(jīng)過逐層疊加方式來結(jié)構(gòu)物理實體技術(shù)。什么是3D打印技術(shù)？3D打印技術(shù)機(jī)械工程控制工程光學(xué)熱學(xué)軟件材料科學(xué)包括領(lǐng)域第3頁不一樣種類快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不一樣，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不一樣。但都是基于離散堆積原理——分層制造，逐層疊加?；驹砘玖鞒淘O(shè)計三維模型把三維數(shù)字模型離散為面、線和點再通過3D打印設(shè)備分層堆積三維的實物第4頁WPS演示助您快速創(chuàng)建極具感染力演示文稿，打造令人震撼影院效果。第5頁類型累計技術(shù)基本材料擠壓熔融沉積式(FDM）熱塑性塑料，共晶系統(tǒng)金屬、可食用材料線電子束自由成形制造(EBF)幾乎任何合金粒狀直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）幾乎任何合金電子束熔化成型（EBM）鈦合金選擇性激光熔化成型(SLM)鈦合金，鈷鉻合金，不銹鋼，鋁選擇性熱燒結(jié)（SHS）熱塑性粉末選擇性激光燒結(jié)（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末粉末層噴頭3D打印石膏3D打印(PP)石膏層壓分層實體制造（LOM）紙、金屬膜、塑料薄膜光聚合立體平板印刷（SLA）光硬化樹脂數(shù)字光處理(DLP)光硬化樹脂第6頁3D打印工藝1.熔融沉積式(FDM）*2.選擇性激光燒結(jié)（SLS）*3.選擇性熱燒結(jié)（SHS）4.分層實體制造（LOM）5.立體平板印刷（SLA）第7頁熔融沉積式(FDM）經(jīng)過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬熔絲從加熱噴嘴擠出，按照零件每一層預(yù)定軌跡，以固定速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層，工作臺下降一個層厚進(jìn)行迭加沉積新一層，如此重復(fù)最終實現(xiàn)零件沉積成型。FDM工藝關(guān)鍵是保持半流動成型材料溫度剛好在熔點之上(比熔點高1℃左右)。其每一層片厚度由擠出絲直徑?jīng)Q定，通常是0.25~0.50mm。**云虹，郭畢佳快速成型技術(shù)經(jīng)典方法比較[J]，武漢紡織工學(xué)院學(xué)報，19960206.第8頁選擇性激光燒結(jié)（SLS）SLS技術(shù)是一個使用高功率激光（如二氧化碳激光）添加制造技術(shù)，其原理如圖所表示。將很小材料粒子融合成團(tuán)塊，形成所需要三維形狀。高功率激光依據(jù)三維數(shù)據(jù)（如制作CAD文件或掃描數(shù)據(jù)）所生成切面數(shù)據(jù)，選擇性地融化粉末層表面粉末材料，然后每掃描一個粉末層，工作平臺就下降一個層厚度，一個新材料層又被施加在上面，這個過程一直重復(fù)至完成制造。**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),/10第9頁選擇性熱燒結(jié)（SHS）SHS機(jī)工作過程與SLS機(jī)類似，不一樣是，SHS機(jī)使用是熱敏打印頭，而非激光打印頭。熱敏打印頭將熱量供給構(gòu)建室中熱塑性粉末層，即可形成任意復(fù)雜幾何形狀。其每層厚度為0.1mm，使用材料為熱塑性粉末.**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),/10第10頁~分層實體制造（LOM）激光切割系統(tǒng)按照計算機(jī)提取橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上紙割出輪廓線，并將箔材無輪廓區(qū)切割成小碎片。然后，由熱壓機(jī)構(gòu)將一層層紙壓緊并粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型工件，并在每層成型之后，降低一個紙厚，方便送進(jìn)、粘合和切割新一層箔材。最終形成由許多小廢料塊包圍三維原型零件。然后取出，將多出廢料小塊剔除，最終取得三維產(chǎn)品。**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),/10第11頁~立體平板印刷（SLA）SLA工作過程如圖所表示，紫外線激光束經(jīng)過檢流鏡驅(qū)動，掃描裝有液體感光樹脂桶表面，激活聚合反應(yīng)，樹脂硬化形成三維物體一個固體層。完成一層構(gòu)建后，平臺將會下降單層厚度（通常0.05～0.15mm）。然后，刀片掃過部件橫截面，為其涂上新材料，在這個新液體表面，再由激光束固化出隨即一層圖案，合并到前一層。如此重復(fù)，就可形成一個完整3D部件。構(gòu)建完成后，部件將被浸入化學(xué)藥液中，以清洗掉多出樹脂，隨即在紫外線烘箱內(nèi)深入完成產(chǎn)品固化。**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),/10第12頁發(fā)展歷程1984年-查爾斯?赫爾創(chuàng)造將數(shù)字資源打印成三維立體模型技術(shù)-打印出小水杯。1986年-查爾斯?赫爾命名他創(chuàng)造技術(shù)叫立體光敏成型技術(shù)，并以此取得了專利1988年-斯科特?克倫普創(chuàng)造了熔融沉積成型技術(shù)（FDM）。1989年-斯科特?克倫普成立了Stratasys企業(yè)。1991-Helisys售出第一臺疊層法快速成型（LOM）系統(tǒng)。1992-Stratasys企業(yè)售出首臺基于FDM技術(shù)“三維建模”機(jī)器。1992年-DTM售出首臺選擇性激光燒結(jié)（SLS）系統(tǒng)。第13頁發(fā)展歷程年–ZCorp.推出SpectrumZ510。這是市場上第一臺高清彩色三維打印機(jī)。20–第一個基于Reprap3D打印機(jī)面世。它能夠打印本身所需部件中約50%。2008-ObjetGeometries企業(yè)推出其革命性Connex500?快速成型系統(tǒng)，它是有史以來第一臺能夠同時使用幾個不一樣打印原料3D打印機(jī)。2012月8日–Organovo企業(yè)，一個重視生物打印技術(shù)再生醫(yī)學(xué)研究企業(yè)，公開第一個利用生物打印技術(shù)打印完整血管數(shù)據(jù)資源。203月-維也納大學(xué)研究人員宣告利用二光子平板印刷技術(shù)（two-photonlithography）突破了3D打印最小極限，展示了一輛不到0.3mm賽車模型。2011月-美國德克薩斯州奧斯汀3D打印企業(yè)“固體概念”(SolidConcepts)設(shè)計制造出3D打印金屬手槍。為何發(fā)展如此之快第14頁2.高分子材料

打印材料有哪些？*慣用3D打印材料可分為金屬、無機(jī)非金屬和聚合物材料三大類。*其中用量最大、應(yīng)用最廣、成型方式最多材料為聚合物材料。*不一樣于傳統(tǒng)成型工藝，3D打印對聚合物材料性能和適用性提出了更高要求。需要材料含有適當(dāng)固-液-固加工窗口，即在加工時含有流動性，成型后又能快速經(jīng)過凝固，聚合和固化等方式粘結(jié)為含有良好機(jī)械強(qiáng)度和設(shè)定功效材料。慣用材料有高分子粉末，高分子絲材，光敏樹脂，和高分子凝膠等聚合物。第15頁2.1高分子粉末材料制備高分子材料含有粘彈性，在常溫下粉碎時，產(chǎn)生粉碎熱會增加其粘彈性，使粉碎困難，同時被粉碎粒子還會重新粘合而使粉碎效率降低，甚至?xí)霈F(xiàn)熔融拉絲現(xiàn)象，所以不能用常規(guī)粉碎法。低溫粉碎法基本原理：在低溫下高分子材料有一脆化溫度Tb，當(dāng)溫度低于Tb時，物料變脆，有利于采取沖擊式粉碎方式進(jìn)行粉碎。低溫粉碎法正是利用高分子材料這種低溫脆性來制備粉末材料。適用材料：常見高分子材料如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚酯等都可采取低溫粉碎法制備粉末材料。制備微米級高分子粉末方法溶劑沉淀法低溫粉碎法第16頁制備高分子粉末材料時，首先將原料冷凍至液氮溫度（-196℃），將粉碎機(jī)內(nèi)部溫度保持在適當(dāng)?shù)蜏貭顟B(tài)，加入冷凍好原料進(jìn)行粉碎。粉碎溫度越低，粉碎效率越高，制得粉末粒徑越小，但制冷劑消耗量大。可依據(jù)原料性質(zhì)而定，對于脆性較大原料如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯類，粉碎溫度能夠高一些，而對韌性很好原料如聚碳酸酯、尼龍、ABS等則應(yīng)保持較低溫度。粉碎溫度確定低溫粉碎法工藝較簡單，能連續(xù)化生產(chǎn)；但需專用深冷設(shè)備，投資大，能量消耗大。而且制備粉末顆粒形狀不規(guī)則，粒度分布較寬。特點第17頁基本原理：溶劑沉淀法是將聚合物溶解在適當(dāng)溶劑中，然后采取改變溫度或加入第二種非溶劑等方法使聚合物以粉末狀沉淀出來。適用材料：尤其適合于含有低溫柔韌性高分子材料，這類材料較難低溫粉碎，細(xì)粉收率很低，如尼龍。溶劑沉淀法尼龍12粉末制備工藝制備粉末微粒形狀靠近于球形，能夠經(jīng)過控制工藝條件生產(chǎn)出所需細(xì)度粉末。普通來說，溶劑用量越大，粉末粒徑越小。第18頁2.2高分子絲材高分子絲材是適合用于FMD型3D打印機(jī)主要耗材，應(yīng)滿足于高機(jī)械強(qiáng)度，低收縮率，適合熔融溫度和無毒環(huán)境保護(hù)等要求。主要有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），聚乳酸（PLA），聚碳酸酯（PC），聚苯砜（PPSF），聚醚醚酮（PEEK）等。第19頁2022/9/12高分絲材ABS材料材料說明：ABS是一個高強(qiáng)度材料，含有強(qiáng)度高，韌性好，耐沖擊，易加工等優(yōu)點，以及良好電絕緣性，抗腐蝕性能，耐低溫性能和表面著色性能等材料應(yīng)用：家用電器，汽車工業(yè)，玩具工業(yè)材料顏色：白色、黑色、深灰、紅色、藍(lán)色材料熱變形溫度：86℃市場價位：20元-50元/千克第20頁2022/9/12高分子絲材ABSPlus材料材料說明：ABSplus材料是Stratasys企業(yè)研發(fā)專用3D打?。‵DM）熱塑性工程塑料，ABSplus硬度比ABS材料大40%，具備強(qiáng)度高、韌性好，耐沖擊。能夠進(jìn)行機(jī)械加工、鉆孔、螺紋、噴漆及電鍍。材料應(yīng)用：汽車、家電、電子消費品材料顏色：象牙白、白色、黑色、深灰、紅色、藍(lán)色、玫瑰紅色、亮黃色、橄欖綠色材料熱變形溫度：90℃市場價位：50元-100元/千克第21頁2022/9/12高分子絲材ABS-M30i材料材料說明：ABS-M30i是一個高強(qiáng)度材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療，制藥及食品包裝行業(yè)。ABS-M30i制作樣件經(jīng)過了生物相容性認(rèn)證，伽馬射線照射及EtO滅菌測試。材料應(yīng)用：醫(yī)學(xué)研究、食品包裝、醫(yī)療器械材料顏色：白色材料熱變形溫度：90℃市場價位：50元-100元/千克第22頁2022/9/12高分子絲材ABS-ESD防靜電塑料材料材料說明：ABS-ESD7是一個基于ABS-M30熱塑性工程塑料，具備靜電消散性能，能夠用于預(yù)防靜電堆積。主要用于易被靜電損壞、降低產(chǎn)品性能或引發(fā)爆炸物體。因為ABS-ESD7預(yù)防靜電積累，所以它不會造成靜態(tài)震動也不會造成粉末、塵土和微粒微小顆粒物體表面吸附。材料應(yīng)用：電子消費品、包裝行業(yè)材料顏色：黑色材料熱變形溫度：90℃市場價位：50元-100元/千克第23頁2022/9/12高分子絲材ABSI材料材料說明：ABSI材料具備汽車尾燈效果，含有很高耐熱性，高強(qiáng)度，呈琥珀色，能很好表達(dá)車燈光源效果。材料應(yīng)用：汽車、LED材料顏色：半透明材料熱變形溫度：86℃市場價位：50元-100元/千克第24頁2022/9/12高分子絲材PC材料材料說明：PC材料是真正熱塑性材料，具備工程塑料全部特征，高強(qiáng)度，耐高溫，抗沖擊，抗彎曲。使用PC材料制作樣件，能夠直接裝配使用，廣泛應(yīng)用于交通工具及家電行業(yè)。PC材料強(qiáng)度比ABS材料高出60%左右，具備超強(qiáng)工程材料屬性。材料應(yīng)用：電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械材料顏色：白色材料熱變形溫度：138℃市場價格：20元-42元/千克第25頁2022/9/12高分子絲材ULTEM9085--PEI材料ULTEM9085--PEI塑膠是一個在性能上同時具備耐磨性能與高溫機(jī)械性能塑料，所以它能夠被利用于輸水管轉(zhuǎn)閥一些閥件制作。也因為PEI塑膠它本身所擁有耐熱性能和柔韌性能，以及高強(qiáng)度，故此，在涂層和成膜時，也被選為制作材料首選，而且還能夠自動形成適適用作電子產(chǎn)品工業(yè)涂層和薄膜。同時PEI，以其本身各種結(jié)構(gòu)，也能當(dāng)做普通耐高溫塑膠沾粘劑。材料顏色：琥珀色材料熱變形溫度：153℃市場價位：64.8元-99元/千克第26頁2022/9/12光敏樹脂WBSLA2820激光快速成型光敏樹脂材料說明：WBSLA2820激光快速成型光敏樹脂是一個用于SLA成型機(jī)低粘度液態(tài)光敏樹脂，能制作耐用、堅硬、防水功效零件。用此材料制作樣件呈半透明狀。應(yīng)用范圍：WBSLA2820激光快速成型光敏樹脂性能優(yōu)越，該材料類似于傳統(tǒng)工程塑料（包含ABS和PBT等）。它能被理想應(yīng)用在汽車、醫(yī)療器械,日用電子產(chǎn)品樣件制作,還被應(yīng)用到水流量分析,室溫硫化硅橡膠模型、可存放概念模型、風(fēng)管測試、快速鑄造模型方面。材料性質(zhì)：液態(tài)外觀：透明粘度：270cps（30℃）密度：1.13g/cm3（25℃）市場價位：600-650元/千克第27頁~3.結(jié)語第28頁發(fā)展瓶頸

3D打印技術(shù)即使在近發(fā)展非?？焖?，不過當(dāng)前還有許多困難。成本偏高打印零件的尺寸有局限可打印材料種類偏少，某些特殊材料較難打??；精度和速度的限制，比如照相機(jī)鏡頭等需要超高精度的零件無法加工缺乏行業(yè)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制第29頁3D打印材料是當(dāng)前制約3D打印技術(shù)實用化關(guān)鍵原因之一?，F(xiàn)有3D打印聚合物材料存在打印溫度偏高、易產(chǎn)生揮發(fā)分、高溫流動性差和操作窗口窄不足，得到制品在尺寸穩(wěn)定性和精度等方面還不如傳統(tǒng)方法生產(chǎn)制品。從材料角度出發(fā)，處理這些問題，首先需要系統(tǒng)深入研究材料結(jié)構(gòu)、打印