网友提问:
3D打印材料都有哪些特点?
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3D打印材料的特点就是改变传统工业的加工方法,可快速实现复杂结构的成型。打破传统加工方式,快速成型,对工艺和设备是一个前所未有的创新,通过3D打印革命性成型方法,在复杂结构成型和快速加工成型领域,有很大前景。3D打印材料主要包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料和复合材料等。
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纤维素是一种天然聚合物、是植物细胞壁的主要成分,它作为一种生态友好、生物兼容的3D打印材料正在被越来越多的人使用。现在,科学家们发明了一种打印纤维素含量比以往任何时候都要高的复杂物体的方法。
来自苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)研究机构和瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)的研究人员联合开发出这种新技术。
首先,研究人员用水和6-14%的纤维素颗粒和纤维制成了一种“打印墨水”。这些纳米级的纤维素颗粒悬浮在水上,这使得墨水能够拥有凝胶般的粘稠度。然后利用一种被叫做“直接墨水书写”的工艺让材料从一个打印机喷嘴逐层喷出并形成一个三维物体。
该物品随后被置于有机溶剂中,此时,纤维素颗粒会通过跟溶剂的反应聚集在一起,这能让该物体收缩和致密。然后,这个取出这个变得更小的物体从而让还在其中的溶剂蒸发掉。
接下来,它被浸泡在一种含有光敏塑料前体的溶液中,这种前体渗透到组成这个物体的纤维素“支架”中。当物品随后暴露在紫外线下时前体就会变成固体塑料。
根据ETH Zurich的说法,这使得最终的复合产品的纤维素含量达到27%,这是一个新的纪录。根据使用的塑料前体的类型,对象可以是硬的也可以是软的,这取决于它们的预期应用。
截止到目前,这项技术已经被用于制造一些相对较小的、精致的物体。一旦技术能够得到进一步发展,该工艺将可以被用于生产软骨替代植入物或定制产品包装等产品。
相关研究报告已发表在《Advanced Functional Materials》上。
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3D打印材料-聚合物材料
聚合物材料主要包括工程塑料、生物塑料、热固性塑料、光敏树脂等,不同类型的材料性能差距较大。工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料,是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料,是应用相当广泛的一类3D打印材料;生物塑料主要有PLA、PETG、PHB等,具有良好的可生物降解性;热固性树脂具有强度高、耐火性特点,非常适合利用3D打印的粉末激光烧结成型工艺;光敏树脂因具有较快的固化速度,表干性能优异,成型后产品外观平滑,是很多高精度制品打印的选择。
3D打印材料-金属材料
虽然目前大多数3D打印材料是塑料,但是金属良好的力学强度和导电性使得研究人员对金属物品的打印也极为感兴趣。主要的金属材料有包括不锈钢和高温合金的黑色金属和钛、镁铝合金、镓等有色金属。
3D打印材料-粉末类材料
既不是塑料材料也不是金属材料,但是凭借着与3D打印技术极佳的适应性,粉末类材料依然成为3D打印的良好选择。3D打印对粉末类材料要求较高,其成型粉末要求具备材料成型性好、成型强度高、粉末粒径较小、不易团聚、滚动性好、密度和孔隙率适宜、干燥硬化快等性质。
3D打印材料-陶瓷
硅酸铝陶瓷粉末能够用于3D打印陶瓷产品。3D打印的该陶瓷制品不透水、耐热(可达600°C)、可回收、无毒,但其强度不高,可作为理想的炊具、餐具(杯、碗、盘子、蛋杯和杯垫)和烛台、瓷砖、花瓶、艺术品等家居装饰材料。
毫无疑问,作为3D打印的基础,3D打印材料将成为未来3D打印的重要市场,会有越来越多具有优秀性能的材料被研发,推动3D打印产业的发展。另外,除了3D打印材料,掌握3D打印的核心技术、核心部件也是国产3D打印产业发展的重要突破课题。也希望国内能有更多企业能投入更多精力研发3D打印核心技术,而不是完全依赖国外技术。