3D打印塑料的改性方向

  目前幾乎所有的通用塑料都可以應用于3D打印，但由于每種塑料的特性存在差異，導致3D打印的工藝以及制品性能受到影響。目前影響塑料材料應用于3D打印的因素主要有：打印溫度高、材料流動性差，導致工作環(huán)境出現(xiàn)揮發(fā)成分，打印嘴易堵，影響制品精密度;普通的塑料強度較低，適應的范圍太窄，需要對塑料做增強處理;冷卻均勻性差，定型慢，易造成制品收縮和變形;缺少功能化和智能化的應用。3D打印產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵是材料，塑料材料作為3D打印最為成熟的材料，目前仍存在較多問題：受塑料強度的影響，塑料材料適應領(lǐng)域有限，成品的物理機械特性較差;需要高溫加工、低溫流動性差、固化慢、易變形、精密度低;缺少塑料在新材料領(lǐng)域的拓展。為此，3D打印塑料改性技術(shù)的發(fā)展目前主要有以下四個方向。

  1.流動性改性

  為了實現(xiàn)塑料的流動改性，可以參考利用潤滑劑等進行改性。但由于使用過多的潤滑劑會導致?lián)]發(fā)分增加，切削弱制品的剛性和強度，因此通過加入高剛性、高流動性的球形的硫酸鋇、玻璃微珠等無機材料可以彌補塑料流動性差的缺陷。對粉末塑料可采用粉體表面包覆片狀無機粉體如滑石粉、云母粉等以增加流動性。另外，可在塑料合成時直接形成微球，以確保流動性。

  2.增強改性

  通過補強材料可以提升塑料的剛性和強度。如通過玻璃纖維、金屬纖維、木質(zhì)纖維用于增強ABS的增強使復合材料適合于3D熔融沉積工藝;粉末狀塑料通常通過激光燒結(jié)，可以通過復合多種材料進行增強改性，包括添加玻璃纖維的尼龍粉、添加碳纖維的尼龍粉、尼龍與聚醚酮混合等。

  3.快速凝固

  塑料的凝固時間與結(jié)晶性密切相關(guān)。為了加快塑料3D熔融沉積后快速凝固成形，可以通過使用合理的成核劑以加快塑料定型凝固，也可以通過在塑料材料中復合不同熱容的金屬以加快凝固的速度。

  4.功能化

  塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性，在一些領(lǐng)域應用受到限制。但如果賦予塑料一些功能，會大大拓展塑料在3D打印制造領(lǐng)域的應用范圍。如傳統(tǒng)功能性塑料制品通常在加工時混入功能性材料，但由于功能性材料的特殊性，對加工工藝、加工設備要求極高，甚至有些功能性材料由于自身熱性能的限制無法直接加入塑料中。特別是一些用于生物醫(yī)療的復雜器件、導電材料、溫控材料、形變記憶材料采用傳統(tǒng)制造方法難以滿足要求。通過選擇3D打印成型，不但可以得到復雜形狀的智能材料，而且通過復合使具有功能的材料在3D打印成型時直接填入塑料。

  如將電磁場、溫度場、濕度、光、pH值等敏感材料通過3D打印用于塑料獲得智能材料;利用有機聚合物將金屬粉末粘接制備具有形狀記憶功能的合金;在生物醫(yī)療領(lǐng)域，利用3D打印技術(shù)制備雙管道聚乳酸/β-磷酸三鈣生物陶瓷復合材料支架，具有可控的多孔結(jié)構(gòu)，力學性能明顯增強。英國華威大學研制出一種新型導電塑料復合材料，而這種材料的最大特點是可供人們打印符合自己意愿的電子產(chǎn)品，從而減少不必要的電子廢棄物。另外，塑料通過功能化利用3D技術(shù)可以制作高分子光伏材料、高分子光電材料、高分子儲能材料等。

  3D打印塑料的發(fā)展趨勢

  由于塑料自身強度的限制，塑料材料在3D打印中的應用目前僅限于普通制品。但隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)塑料的性能被大幅提升，依靠塑料強大的快速熔融沉積和低溫粘接特性將被廣泛應用到3D打印制造領(lǐng)域。除了塑料自身可以通過3D打印制品外，在玻璃、陶瓷、無機粉體、金屬等的3D打印都需要依靠塑料的粘接性來完成。塑料材料將向高強度發(fā)展，通過提高改性塑料的強度，可被用來直接替換金屬用于各類復雜構(gòu)件，既便宜又質(zhì)輕，甚至可以替代玻璃、陶瓷等制品，從而使塑料材料在3D制造中被廣泛應用。

  除此之外，塑料材料可避開低強度的缺陷，向復合化、功能化發(fā)展，特別是實現(xiàn)多元材料復合、從而賦予塑料特定功能。