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3D打印技术发展现状(二)

2017/1/12    来源:互联网    作者:朱艳青  史继富  王雷雷  钟柳文  李育坚  徐刚      
关键字:3D打印  增材制造   快速成型  
3D打印技术作为一种快速成型技术迅猛发展,并且正迅速改变着人们的生产生活方式。在3D打印的设备技术材料应用等方向分别进行了介绍,并对技术和材料所存在的问题进行了分析,在此基础上对 打印技术进行了能耗和环保评估,并提出了3D打印技术应该与新能源相结合的观点。

4 3D打印的材料

    4.1 打印材料

    理论上说,所有的材料都可以用于3D打印,但是目前可供打印使用的材料较少,主要有3大类:高分子材料、金属材料和无机非金属材料。

    4.1.1 高分子材料

    (1)塑料

    在3D打印领域,塑料是最常用的打印材料,具有相对密度小、耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好、有消音吸振性能、良好的工艺性能等优点。3D打印常用塑料的种类有:ABS、PC、PA、PLA等,见表1所示。另外,通过不同比例的材料混合,可以产生出将近上百种软硬不同的新材料。

表1 常用的3D打印塑料

表1 常用的3D打印塑料

    (2)光敏树脂

    光敏树脂主要由光引发剂、预聚体、稀释剂及少量添加剂组成。在一定波长的紫外光照射下立刻引起聚合反应完成固化。光敏树脂一般为液态,主要应用于SLA技术,用于制作高强度、耐高温、防水等制品。国外对于光敏树脂的研制、开发、生产,已形成系列产品,而我国对3D打印用光敏树脂的研究较少,且开发出树脂的固化质量不高,制作的零件精度低,机械性能不好,毒性较大。

    (3)橡胶

    普通的橡胶制品大部分使用单一的混合材料嘲,为了满足橡胶在3D打印技术的要求,需要使用各种配合剂和填充剂,同时还需要经过硫化工艺来获得需要的物理机械性能、物理化学性能。目前3D打印技术已成功打印出球靴、衣服等橡胶制品,比较适合于要求防滑或柔软表面的应用领域,如消费类电子产品、医疗设备、汽车内饰和服装等行业。

    4.1.2 金属材料

    金属材料是3D打印材料中未来应用市场最为广泛的材料。然而由于金属材料的3D打印的难度较大,目前可以用于打印的金属材料的种类比较少,主要有不锈钢、钛合金、铁镍合金、铝合金等材料。其主要性能和应用领域如表2所示。

表2 常用的3D打印金属材料

表2 常用的3D打印金属材料

    随着技术的进步和制造业要求的升级,未来几年有望看到金属3D打印技术的市场步入快速成长期。

    4.1.3 无机非金属材料

    无机非金属材料具有稳定的物理和化学性能、防火性能、防水性能、抗腐蚀性、耐候性强等优点,目前用于3D打印的主要有陶瓷、混凝土等材料。

    3D打印用的陶瓷材料主要是由陶瓷粉末和粘结剂组成,一般采用激光烧结的方式将粘结剂粉末熔化后将陶瓷粉末粘结在一起。3D打印的陶瓷制品具有不透水、耐热、可回收、无毒、易碎等特点,可以作为理想的餐具、瓷砖、花瓶、艺术品等家具材料。

    混凝土材料是当今社会最为重要的土木工程材料之一,但是普通混凝土无法满足3D打印技术的需要,3D打印对混凝土的性能提出了进一步的要求,体现在新拌混凝土需具有可挤出性、混凝土浆体要具有较好的粘聚性和硬化混凝土的力学性能及耐久性等方面。只有具备了这些优良的性能,才不会出现坍塌、倾斜等中断打印施工的现象,同时打印出结构强度高且空隙小。目前3D打印房亮相上海,其打印用的“油墨”来自于建筑垃圾与玻璃纤维,在24h内完成了10幢200m^2建筑的“打印”,但其使用的材料和结构的承载力、耐久性需要进一步实验。目前3D打印混凝土技术正处于研发试用阶段,对于其性能与应用均处于探索阶段,尚存在原材料及配比问题、成型高度问题、软件问题等,需要研究者进一步的研究和解决。

责任编辑:马倩
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