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3D打印技术发展这么迅速的原因是什么?

更新时间: 2019-11-28 14:11:10  查看次数: 356    

如今,3D打印技术在工业制造、文化创意、国防事业、生物医疗、建筑工程、教育等方面已得到了广泛地应用,且起着不可替代的作用。3D打印具有制作精度高、制作周期短、成本低、可实现个性化、实现控制组成,在几何形状、功能、复杂性方面提供了无与伦比的灵活性,远远超过传统制造的方法。虽然3D打印技术早在20世纪90年代中期就已经诞生,但由于成本较高,技术不成熟,早期并没有得到很好地推广及应用。


3D打印技术是近几年发展起来的一种快速成型技术,能够通过逐层积累材料来构造形状复杂的三维物体,被认为是“第三次工业革命的主要标志之一”。随着研究者继续开发新材料来提高3D打印技术的应用能力和不断地探索快速成型的应用领域,3D打印技术近几年引起了人们极大的关注。目前,已实现商品化的3D打印机共涵盖了光固化成形(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、材料喷射(3DP)、分层实体成型(LOM)、熔融沉积成型(FDM)等工艺。其中,FDM技术作为目前应用最为普遍的3D打印技术,具有操作简便、成本低、可靠性高等优点,已经在制造、生物医学、教育等许多领域中得到应用。当前FDM技术的研究主要集中在设备制造、材料研发与加工、软件设计几个方面。与设备的研发和软件设计相比,材料的研发难度更大。因此,为适应FDM 3D打印技术的快速发展,开发多种多样的高性能新型3D打印线材已成为当务之急。


当前,开发可打印的FDM 3D打印线材的方法主要有两种,一是创造新的复合树脂基体线材,这在文献中已有大量研究;另一种方法是通过两种或多种树脂共混改性来增加FDM 3D打印线材的种类,这方面的研究较少,值得进一步探索。目前,用于FDM 3D打印的聚合物线材主要有两种,即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)与聚乳酸(PLA)。其中PLA材料具有来源广泛、可再生、完全生物降解、生物相容性好以及力学性能优异等许多优势,在工业、民用,特别是在生物医学等领域得到了越来越广泛地应用。但纯PLA耐冲击性较差,打印制品收缩率大,使其应用范围受到很大制约。因此,对PLA进行增韧改性以扩大其在3D打印领域的应用具有重要的意义,并受到了许多研究者的关注。例如,一些研究者采用添加二氧化钛、石墨烯、碳纤维、ABS等对PLA进行改性,得到了耐冲击性能较好的改性PLA打印线材。


聚己内酯(PCL)是一类典型的生物降解高分子材料,具有良好的韧性、生物相容性以及加工性,在医学领域已得到了广泛应用。但PCL熔融温度低(熔点为60℃左右),因而限制了它在3D打印材料领域的使用。通过添加PCL来增韧改性PLA在塑料改性领域已有很多研究,得到的共混物材料具有韧性好、可完全降解等特点,特别是在医学领域具有较大的应用价值。但是研究也表明PLA/PCL共混体系存在两相相容性不足,其界面间的粘合力差,导致共混物材料的性能变差。尽管如此,目前对于PLA/PCL共混材料在3D打印应用领域的研究尚为空白。因此,进一步研究改善PLA/PCL共混物的相容性和相关性能,制备PLA/PCL共混型高性能3D打印线材,对扩大基于PLA材料的3D打印线材的应用领域具有重要意义。



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