3D打印材料及其应用概述(1)

3D打印材料是3D打印技术重要的物质基础，种类范围主要包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等。文章首先简要介绍了目前3D打印的各类常见材料，然后分别介绍了它们的特点、性能要求及相关应用情况。最后，结合研究的最新进展，对3D打印新材料及其前景进行展望。

1、3D打印
3D 打印技术，也被称为3D打印（Additive Manufacturing，AM）技术，是一项起源于20 世纪80 年代集机械、计算机、数控和材料于一体的智能制造技术。该技术的基本原理是根据三维实体部件经分层处理得到的二维截面信息，以点、线或面作为基本单元进行逐层堆积制造，最终得到实体部件或原型。3D打印区别于传统的减材（如切削加工）和等材（如锻造）制造方法，可以实现传统方法没有办法或很难达到的复杂结构部件的制造，并大幅减少加工工序，缩短加工周期，因此得到了世界各地科研工作者的广泛关注。
3D 打印技术最早应用于各类原型的快速制造，故在早期也被称为快速原型技术（Rapid Prototyping，RP）。早期的3D打印技术由于材料种类的限制，大多使用有机高分子材料，其机械、化学性能大多难以满足实际应用的需求。随着材料技术与装备技术的发展，将该技术应用于终端部件制造的愿望越来越迫切，因此不仅对3D打印装备提出了更高的要求，对3D打印材料各项性能的要求也日益提高。

3D 打印材料是3D 打印技术重要的物质基础，它的性能在很大程度上决定了成形部件的综合性能。发展至今，其材料种类已经十分丰富，主要种类包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等。本文将结合几种3D打印材料研究及应用的最新进展，分别对3D打印用聚合物材料、金属材料和陶瓷材料进行介绍。
2、3D打印用聚合物材料
3D打印用聚合物材料主要包括光敏树脂、热塑性塑料及水凝胶等。纸张、淀粉、糖、巧克力等也可纳入聚合物材料的范畴，部分学者及企业对其进行了3D打印研究，但因篇幅所限文中不进行展开介绍。
光敏树脂是最早应用于3D打印的材料之一，适用于光固化成形（Stereolithography Apparatus，SLA），主要成分是能发生聚合反应的小分子树脂（预聚体、单体），其中添加有光引发剂、阻聚剂、流平剂等助剂，能够在特定的光照（一般为紫外光）下发生聚合反应实现固化。光敏树脂并不算一种新的材料，与其原理类似的光刻胶、光固化涂料、光固化油墨等已经在电子制造、全息影像、胶粘剂、印刷、医疗等领域得到广泛应用。在涂料领域，光固化技术因具有固化速度快、固化性能优异、少污染、节能等优点被认为是一种环境友好的绿色技术。但应用于3D打印的树脂固化厚度（一般>25 μm）明显大于传统涂料的涂布厚度（一般<20 μm），其在配方组成上与传统的光固化涂料、油墨等有所区别。
按照聚合体系划分，可以分为自由基聚合和阳离子聚合，两者的聚合机理和依靠的活性基团各不相同。自由基聚合依靠光敏树脂中的不饱和双键进行聚合反应，而阳离子聚合依靠光敏树脂中的环氧基团进行聚合反应。自由基聚合体系固化速度快，原料成本低，但在空气中存在一定程度的氧阻聚效应，会对固化性能及部件性能产生影响；阳离子聚合体系则无氧阻聚效应，固化收缩小甚至无收缩，但对水分很敏感，且原料成本较高，所以目前3D打印中使用的光敏树脂以自由基聚合体系为主。http://www.ezby3d.com/ 武汉易制科技有限公司官网