D打印與高分子材料綜述

適應(yīng)3D打印技術(shù)的高分子材料研究進(jìn)展楊洋2111606092目前一頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)CONTENTS3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介01高分子材料的應(yīng)用02結(jié)語(yǔ)03目前二頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)1.3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介3D打印技術(shù)是指由數(shù)字模型（CAD）直接驅(qū)動(dòng)的，運(yùn)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)備里通過(guò)逐層疊加的方式來(lái)構(gòu)造物理實(shí)體的技術(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)涉及領(lǐng)域目前三頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點(diǎn)也各有不同。但都是基于離散堆積原理——分層制造，逐層疊加。基本原理基本流程設(shè)計(jì)三維模型把三維數(shù)字模型離散為面、線和點(diǎn)再通過(guò)3D打印設(shè)備分層堆積三維的實(shí)物目前四頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)WPS演示助您快速創(chuàng)建極具感染力的演示文稿，打造令人震撼的影院效果。目前五頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)類型累計(jì)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(shí)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)光硬化樹脂目前六頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)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(shí)體制造（LOM）5.立體平板印刷（SLA）目前七頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)熔融沉積式(FDM）通過(guò)將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層，如此反復(fù)最終實(shí)現(xiàn)零件的沉積成型。FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料的溫度剛好在熔點(diǎn)之上(比熔點(diǎn)高1℃左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的的直徑?jīng)Q定，通常是0.25~0.50mm。**云虹，郭畢佳快速成型技術(shù)的典型方法比較[J]，武漢紡織工學(xué)院學(xué)報(bào)，19960206.目前八頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)選擇性激光燒結(jié)（SLS）SLS技術(shù)是一種使用高功率激光（如二氧化碳激光）的添加制造技術(shù)，其原理如圖所示。將很小的材料粒子融合成團(tuán)塊，形成所需要的三維形狀。高功率激光根據(jù)三維數(shù)據(jù)（如制作的CAD文件或掃描數(shù)據(jù)）所生成的切面數(shù)據(jù)，選擇性地融化粉末層表面的粉末材料，然后每掃描一個(gè)粉末層，工作平臺(tái)就下降一個(gè)層的厚度，一個(gè)新的材料層又被施加在上面，這個(gè)過(guò)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),2013/10目前九頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)選擇性熱燒結(jié)（SHS）SHS機(jī)的工作過(guò)程與SLS機(jī)類似，不同的是，SHS機(jī)使用的是熱敏打印頭，而非激光打印頭。熱敏打印頭將熱量供給構(gòu)建室中的熱塑性粉末層，即可形成任意復(fù)雜的幾何形狀。其每層的厚度為0.1mm，使用的材料為熱塑性粉末.**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),2013/10目前十頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)~分層實(shí)體制造（LOM）激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對(duì)箔材沿輪廓線將工作臺(tái)上的紙割出輪廓線，并將箔材無(wú)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(tái)支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個(gè)紙厚，以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層箔材。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產(chǎn)品。**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),2013/10目前十一頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)~立體平板印刷（SLA）SLA的工作過(guò)程如圖所示，紫外線激光束通過(guò)檢流鏡驅(qū)動(dòng)，掃描裝有液體感光樹脂的桶表面，激活聚合反應(yīng)，樹脂硬化形成三維物體的一個(gè)固體層。完成一層的構(gòu)建后，平臺(tái)將會(huì)下降單層厚度（通常0.05～0.15mm）。然后，刀片掃過(guò)部件的橫截面，為其涂上新的材料，在這個(gè)新的液體表面，再由激光束固化出隨后一層的圖案，合并到前一層。如此反復(fù)，就可形成一個(gè)完整的3D部件。構(gòu)建完成后，部件將被浸入化學(xué)藥液中，以清洗掉多余的樹脂，隨后在紫外線烘箱內(nèi)進(jìn)一步完成產(chǎn)品的固化。**張桂蘭.解密3D打印[J].印刷技術(shù),2013/10目前十二頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)發(fā)展歷程1984年-查爾斯?赫爾發(fā)明將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術(shù)-打印出小水杯。1986年-查爾斯?赫爾命名他發(fā)明的技術(shù)叫立體光敏成型技術(shù)，并以此獲得了專利1988年-斯科特?克倫普發(fā)明了熔融沉積成型技術(shù)（FDM）。1989年-斯科特?克倫普成立了Stratasys公司。1991-Helisys售出第一臺(tái)疊層法快速成型（LOM）系統(tǒng)。1992-Stratasys公司售出首臺(tái)基于FDM技術(shù)的“三維建?！睓C(jī)器。1992年-DTM售出首臺(tái)選擇性激光燒結(jié)（SLS）系統(tǒng)。目前十三頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)發(fā)展歷程2005年–ZCorp.推出的SpectrumZ510。這是市場(chǎng)上第一臺(tái)高清彩色三維打印機(jī)。2008年–第一個(gè)基于Reprap的3D打印機(jī)面世。它可以打印自身所需部件中的約50%。2008-ObjetGeometries公司推出其革命性的Connex500?快速成型系統(tǒng)，它是有史以來(lái)第一臺(tái)能夠同時(shí)使用幾種不同的打印原料的3D打印機(jī)。2010年12月8日–Organovo公司，一個(gè)注重生物打印技術(shù)的再生醫(yī)學(xué)研究公司，公開第一個(gè)利用生物打印技術(shù)打印完整血管的數(shù)據(jù)資源。2012年3月-維也納大學(xué)的研究人員宣布利用二光子平板印刷技術(shù)（two-photonlithography）突破了3D打印的最小極限，展示了一輛不到0.3mm的賽車模型。2013年11月-美國(guó)德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設(shè)計(jì)制造出3D打印金屬手槍。為什么發(fā)展如此之快目前十四頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.高分子材料

打印材料有哪些？*常用的3D打印材料可分為金屬、無(wú)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、成型方式最多的材料為聚合物材料。*不同于傳統(tǒng)成型工藝，3D打印對(duì)聚合物材料的性能和適用性提出了更高的要求。需要材料具有合適的固-液-固加工窗口，即在加工時(shí)具有流動(dòng)性，成型后又能快速通過(guò)凝固，聚合和固化等方式粘結(jié)為具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和設(shè)定功能的材料。常用的材料有高分子粉末，高分子絲材，光敏樹脂，和高分子凝膠等聚合物。目前十五頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.1高分子粉末材料的制備高分子材料具有粘彈性，在常溫下粉碎時(shí)，產(chǎn)生的粉碎熱會(huì)增加其粘彈性，使粉碎困難，同時(shí)被粉碎的粒子還會(huì)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，因此不能用常規(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(shí)，物料變脆，有利于采用沖擊式粉碎方式進(jìn)行粉碎。低溫粉碎法正是利用高分子材料的這種低溫脆性來(lái)制備粉末材料的。適用材料：常見的高分子材料如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚酯等都可采用低溫粉碎法制備粉末材料。制備微米級(jí)高分子粉末方法溶劑沉淀法低溫粉碎法目前十六頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)制備高分子粉末材料時(shí)，首先將原料冷凍至液氮溫度（-196℃），將粉碎機(jī)內(nèi)部溫度保持在合適的低溫狀態(tài)，加入冷凍好的原料進(jìn)行粉碎。粉碎溫度越低，粉碎效率越高，制得的粉末粒徑越小，但制冷劑消耗量大?？筛鶕?jù)原料性質(zhì)而定，對(duì)于脆性較大的原料如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯類，粉碎溫度可以高一些，而對(duì)韌性較好的原料如聚碳酸酯、尼龍、ABS等則應(yīng)保持較低的溫度。粉碎溫度的確定低溫粉碎法工藝較簡(jiǎn)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。而且制備的粉末顆粒形狀不規(guī)則，粒度分布較寬。特點(diǎn)目前十七頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)基本原理：溶劑沉淀法是將聚合物溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后采用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(lái)。適用材料：特別適合于具有低溫柔韌性的高分子材料，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粉末制備工藝制備的粉末微粒形狀接近于球形，可以通過(guò)控制工藝條件生產(chǎn)出所需細(xì)度的粉末。一般來(lái)說(shuō)，溶劑的用量越大，粉末粒徑越小。目前十八頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.2高分子絲材高分子絲材是適用于FMD型3D打印機(jī)的主要耗材，應(yīng)滿足于高機(jī)械強(qiáng)度，低收縮率，適合熔融溫度和無(wú)毒環(huán)保等要求。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。目前十九頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分絲材ABS材料材料說(shuō)明：ABS是一種高強(qiáng)度材料，具有強(qiáng)度高，韌性好，耐沖擊，易加工等優(yōu)點(diǎn)，以及良好的電絕緣性，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(chǎng)價(jià)位：20元-50元/千克目前二十頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分子絲材ABSPlus材料材料說(shuō)明：ABSplus材料是Stratasys公司研發(fā)的專用3D打?。‵DM）熱塑性工程塑料，ABSplus的硬度比ABS材料大40%，具備強(qiáng)度高、韌性好，耐沖擊。可以進(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(fèi)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(chǎng)價(jià)位：50元-100元/千克目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分子絲材ABS-M30i材料材料說(shuō)明：ABS-M30i是一種高強(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制作的樣件通過(guò)了生物相容性認(rèn)證，伽馬射線照射及EtO滅菌測(cè)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(chǎng)價(jià)位：50元-100元/千克目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分子絲材ABS-ESD防靜電塑料材料材料說(shuō)明：ABS-ESD7是一種基于ABS-M30的熱塑性工程塑料，具備靜電消散性能，可以用于防止靜電堆積。主要用于易被靜電損壞、降低產(chǎn)品性能或引起爆炸的物體。因?yàn)锳BS-ESD7防止靜電積累，因此它不會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)震動(dòng)也不會(huì)造成粉末、塵土和微粒的微小顆粒的物體表面吸附。材料應(yīng)用：電子消費(fèi)品、包裝行業(yè)材料顏色：黑色材料熱變形溫度：90℃市場(chǎng)價(jià)位：50元-100元/千克目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分子絲材ABSI材料材料說(shuō)明：ABSI材料具備汽車尾燈的效果，具有很高的耐熱性，高強(qiáng)度，呈琥珀色，能很好的體現(xiàn)車燈的光源效果。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(chǎng)價(jià)位：50元-100元/千克目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分子絲材PC材料材料說(shuō)明：PC材料是真正的熱塑性材料，具備工程塑料的所有特性，高強(qiáng)度，耐高溫，抗沖擊，抗彎曲。使用PC材料制作的樣件，可以直接裝配使用，廣泛應(yīng)用于交通工具及家電行業(yè)。PC材料的強(qiáng)度比ABS材料高出60%左右，具備超強(qiáng)的工程材料屬性。材料應(yīng)用：電子消費(fèi)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(chǎng)價(jià)格：20元-42元/千克目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17高分子絲材ULTEM9085--PEI材料ULTEM9085--PEI塑膠是一種在性能上同時(shí)具備耐磨性能與高溫機(jī)械性能的塑料，所以它能夠被利用于輸水管轉(zhuǎn)閥的一些閥件制作。也因?yàn)镻EI塑膠它本身所擁有的耐熱性能和柔韌性能，以及高強(qiáng)度，故此，在涂層和成膜時(shí)，也被選為制作材料的首選，而且還可以自動(dòng)形成適合用作電子產(chǎn)品工業(yè)的涂層和薄膜。同時(shí)PEI，以其本身的各種結(jié)構(gòu)，也能當(dāng)做一般耐高溫塑膠的沾粘劑。材料顏色：琥珀色材料熱變形溫度：153℃市場(chǎng)價(jià)位：64.8元-99元/千克目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)2023/5/17光敏樹脂WBSLA2820激光快速成型光敏樹脂材料說(shuō)明：WBSLA2820激光快速成型光敏樹脂是一種用于SLA成型機(jī)的低粘度液態(tài)光敏樹脂，能制作耐用、堅(jiān)硬、防水的功能零件。用此材料制作的樣件呈半透明狀。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)的工程塑料（包括ABS和PBT等）。它能被理想的應(yīng)用在汽車、醫(yī)療器械,日用電子產(chǎn)品的樣件制作,還被應(yīng)用到水流量分析,室溫硫化硅橡膠模型、可存放的概念模型、風(fēng)管測(cè)試、快速鑄造模型的方面。材料性質(zhì)：液態(tài)外觀：透明粘度：270cps（30℃）密度：1.13g/cm3（25℃）市場(chǎng)價(jià)位：600-650元/千克目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十二頁(yè)\編于十二點(diǎn)~3.結(jié)語(yǔ)目