解析高分子3D列印材料和列印工藝
OFweek 3D列印網訊：3D列印技術與傳統材料加工技術相比有許多突出的優勢，吸引了國內外工業界、投資界、學術界、新聞媒體和社會公眾的熱切關注。目前制約 列印技術發展的因素主要有兩個：列印工藝和列印材料。高分子聚合物在3D列印材料中佔據主要地位。當前3D列印常用的高分子材料（熱塑性高分子和光敏樹脂）和與之相適應的列印工藝，並對它們的特性和優缺點進行了評述，看一下了這些3D列印材料和工藝的開發面臨的問題和挑戰。
3D列印技術與傳統的材料加工技術相比，3D列印技術有許多突出的優勢，具體表現在：
）可以實現數位化製造，3D印借助建模軟體將產品結構數位化，然後驅動機器設備加工製造成器件，由於數位化檔可借助網路進行傳遞，從而可以實現異地分散化製造的生產模式；
）3D列印技術可以使三維結構的物體先分解成二維層狀結構，逐層累加形成三維物品，因此，原理上3D列印技術可以製造出任何複雜的結構，從根本上解決了傳統製造受制於模具的缺陷；
）3D列印可以利用“從下而上”的堆積方式，對於實現非勻致材料、功能梯度的器件更有優勢；
）3D列印技術有利於小規模生產和個性化訂制，屬於腦力密集型行業，對生產場地要求低，環保且低能耗；
）3D列印能夠實現“設計即生產”，可以更快捷回應市場需求。
因此，近年來3D列印技術獲得了迅猛發展，已經在工業造型、機械製造、軍事、建築、影視、家電輕工、醫學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域都得到廣泛應用，同時吸引了國內外工業界、投資界、學術界、新聞媒體和社會公眾的熱切關注。我國政府部門也開始關注並制訂3D列印技術的發展規劃，如工信部、發改委、財政部於2015年 月印發《國家增材製造產業發展推進計畫（2015－2016年）》，對 列印的發展做出了政策上的推動。可見，3D列印技術必將成為下一個具有廣闊前景的朝陽產業。
列印技術內容涵蓋廣闊，涉及的技術包括 建模、 測量、介面和切片軟體、數控程式、列印工藝、機械設計、 列印材料等。其中，現階段制約 列印技術發展的因素主要有兩個：列印工藝（技術方法）和列印材料。同時，列印工藝和列印材料之間存在密不可分的關係，特定的列印工藝只能適合於列印特定的列印材料，而特定的列印材料則需要利用特定的列印工藝才能成功實現 成型。以塑膠為代表的高分子聚合物具有在相對較低溫度下的熱塑性，良好的熱流動性與快速冷卻粘接性，或在一定條件（如光）的引發下快速固化的能力，因此在 列印領域得到快速的應用和發展。同時，高分子材料的粘結特性允許其能夠與較難以成型的陶瓷、玻璃、纖維、無機粉末、金屬粉末等形成全新的複合材料，從而大大擴展 列印的應用範圍。因此，高分子材料成為目前 列印領域基本的和發展最為成熟的列印材料，接下來我們主要介紹和討論了常用高分子 列印材料及對應的列印技術。
熱塑性高分子及其主要列印工藝
列印用熱塑性高分子
熱塑性的高分子聚合物很容易進行擠出、吹塑和注射加工，因此成為 列印高分子材料中開發最為成熟的類型，這些材料包括多種工程塑料和生物塑膠，在列印材料製備時一般以絲狀的耗材出現。工程塑料是目前應用範圍較廣的 列印材料，這類材料具有良好的機械強度和耐候性，熱穩定性也比較理想，因此，以這些材料列印出的產品能夠用於大多數工業和民用場合，典型的 列印用工程塑料有丙烯腈－丁二烯－苯乙共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）和聚醯胺（尼龍，PA）等。ABS是最早用於熔融沉積成型（FDM）技術的材料，目前也是 列印工藝領域最常用的熱塑性耗材。
該材料列印溫度為210－260 ，玻璃轉化溫度為105 ，列印時需要底板加熱。ABS具有相當多的優點，如強度較高、韌性較好、耐衝擊、絕緣性能好、抗腐蝕、耐低溫、容易出絲和著色等，其列印產品品質穩定，強度也較為理想。然而，ABS列印時需要加熱，同時這種材料遇冷收縮特性明顯，在溫度場不均勻的情況下，可能會從加熱板上局部脫落，造成翹曲、開裂等品質問題，此外其列印時可能產生強烈的氣味。為了改善 列印的成型品質，許多研究者進行了 列印用 耗材的改性工作，往 中加入填充材料或對其進行共混改性是提高其列印性能的有效途徑。
3D列印技術與傳統的材料加工技術相比，3D列印技術有許多突出的優勢，具體表現在：
）可以實現數位化製造，3D印借助建模軟體將產品結構數位化，然後驅動機器設備加工製造成器件，由於數位化檔可借助網路進行傳遞，從而可以實現異地分散化製造的生產模式；
）3D列印技術可以使三維結構的物體先分解成二維層狀結構，逐層累加形成三維物品，因此，原理上3D列印技術可以製造出任何複雜的結構，從根本上解決了傳統製造受制於模具的缺陷；
）3D列印可以利用“從下而上”的堆積方式，對於實現非勻致材料、功能梯度的器件更有優勢；
）3D列印技術有利於小規模生產和個性化訂制，屬於腦力密集型行業，對生產場地要求低，環保且低能耗；
）3D列印能夠實現“設計即生產”，可以更快捷回應市場需求。
因此，近年來3D列印技術獲得了迅猛發展，已經在工業造型、機械製造、軍事、建築、影視、家電輕工、醫學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域都得到廣泛應用，同時吸引了國內外工業界、投資界、學術界、新聞媒體和社會公眾的熱切關注。我國政府部門也開始關注並制訂3D列印技術的發展規劃，如工信部、發改委、財政部於2015年 月印發《國家增材製造產業發展推進計畫（2015－2016年）》，對 列印的發展做出了政策上的推動。可見，3D列印技術必將成為下一個具有廣闊前景的朝陽產業。
列印技術內容涵蓋廣闊，涉及的技術包括 建模、 測量、介面和切片軟體、數控程式、列印工藝、機械設計、 列印材料等。其中，現階段制約 列印技術發展的因素主要有兩個：列印工藝（技術方法）和列印材料。同時，列印工藝和列印材料之間存在密不可分的關係，特定的列印工藝只能適合於列印特定的列印材料，而特定的列印材料則需要利用特定的列印工藝才能成功實現 成型。以塑膠為代表的高分子聚合物具有在相對較低溫度下的熱塑性，良好的熱流動性與快速冷卻粘接性，或在一定條件（如光）的引發下快速固化的能力，因此在 列印領域得到快速的應用和發展。同時，高分子材料的粘結特性允許其能夠與較難以成型的陶瓷、玻璃、纖維、無機粉末、金屬粉末等形成全新的複合材料，從而大大擴展 列印的應用範圍。因此，高分子材料成為目前 列印領域基本的和發展最為成熟的列印材料，接下來我們主要介紹和討論了常用高分子 列印材料及對應的列印技術。
熱塑性高分子及其主要列印工藝
列印用熱塑性高分子
熱塑性的高分子聚合物很容易進行擠出、吹塑和注射加工，因此成為 列印高分子材料中開發最為成熟的類型，這些材料包括多種工程塑料和生物塑膠，在列印材料製備時一般以絲狀的耗材出現。工程塑料是目前應用範圍較廣的 列印材料，這類材料具有良好的機械強度和耐候性，熱穩定性也比較理想，因此，以這些材料列印出的產品能夠用於大多數工業和民用場合，典型的 列印用工程塑料有丙烯腈－丁二烯－苯乙共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）和聚醯胺（尼龍，PA）等。ABS是最早用於熔融沉積成型（FDM）技術的材料，目前也是 列印工藝領域最常用的熱塑性耗材。
該材料列印溫度為210－260 ，玻璃轉化溫度為105 ，列印時需要底板加熱。ABS具有相當多的優點，如強度較高、韌性較好、耐衝擊、絕緣性能好、抗腐蝕、耐低溫、容易出絲和著色等，其列印產品品質穩定，強度也較為理想。然而，ABS列印時需要加熱，同時這種材料遇冷收縮特性明顯，在溫度場不均勻的情況下，可能會從加熱板上局部脫落，造成翹曲、開裂等品質問題，此外其列印時可能產生強烈的氣味。為了改善 列印的成型品質，許多研究者進行了 列印用 耗材的改性工作，往 中加入填充材料或對其進行共混改性是提高其列印性能的有效途徑。