當前技術發(fā)展模式下的3D打印高分子材料

常雪梅 董韋良

安徽理工大學材料科學與工程學院 安徽 淮南 233001

作為一項實用性非常強的工科專業(yè)，3D打印技術在高分子材料的應用和工程實踐中，擁有了很多的技術成果。高分子材料和工程專業(yè)在現(xiàn)代生活中是一門具有實踐性非常強的課程，實驗課作為理論課的補充，在高分子成型加工實驗課上，應將實驗與理論相結合，通過創(chuàng)新教學方式，提高高分子材料專業(yè)學生的實踐和科研能力。當前隨著技術的發(fā)展對技術進行論證，需要從成型加工原理工藝流程等方面，將學習和生產工作予以結合。

1 3 D打印技術在技術浪潮中的表現(xiàn)

1.1 當前在消費電子航空航天汽車公司等大幅度的增加高分子加強化合物，運用3 D打印技術，在低溫延展性FDM材料和高性能的3D打印材料等方面加以應用，已經實現(xiàn)了從新常態(tài)邁向低能耗高增長的發(fā)展階段。由于受到全球眾多企業(yè)青睞3D打印等創(chuàng)新數(shù)字化生產技術，已經秉承高分子先進的實踐和科研能力，使得3D打印技術擁有了先進的發(fā)展水平。應用3D打印技術，在工業(yè)企業(yè)的制造大國，包含了中國在內，實現(xiàn)了經濟發(fā)展的中高速增長。無論是投資驅動，創(chuàng)新驅動還是要素驅動，3D打印技術在經濟結構優(yōu)化升級中都發(fā)揮出重要的推動作用，實現(xiàn)了全新的創(chuàng)新的數(shù)字化生產模式，使得3D打印技術目前在加工制品生產效率原材料需求等方面均擁有了技術驅動能力。相對傳統(tǒng)的金屬材料3 D打印，選擇性激光燒結等SL2LS技術，設備價格在相對降低的情況下，后期處理工藝不斷提升，尤其是一種低成本金屬3 D打印成型方法，避免了原有工藝中材料容易發(fā)生氧化成型周期長的缺陷。

1.2 在實現(xiàn)PT的功能化打印上，重點研究了打印方法打印機里設備運用，例如金屬高分子材料載體共混物，3D打印技術成型周期較短，內在缺陷少，利用優(yōu)化后的燒結脫脂工藝，獲得了高表面光潔度和高精度的金屬制品，尤其是在低溫下通過逐層堆積，實現(xiàn)了熔體輸送和熔滴噴射的均勻可控性。而且自主研發(fā)的打印機圖能夠將高分子材料與金屬粉末進行造粒和共混，突破了傳統(tǒng)的粉末眼睛制作技術中的技術瓶頸。在小批量產品和大批量生產中都實現(xiàn)了無?；瘮?shù)字化的制造[1]。

1.3 對于傳統(tǒng)金屬3 D打印技術種類也予以創(chuàng)新，在復雜形狀金屬零件的制造加工中發(fā)揮出巨大作用.傳統(tǒng)金屬材料3 D打印目前主要采用SLS(選擇性激光燒結)技術，其設備價格昂貴，加工的制品表面容易出現(xiàn)缺陷，工件后期處理工藝較復雜，生產效率低，原材料要求高，影響了其推廣應用，因此一種適用范圍較廣的低成本金屬3 D打印成型方法，即金屬-高分子材料載體共混物3D低溫打印技術。其主要方法:將金屬粉末與高分子材料進行共混造粒，通過自主研發(fā)的打印機頭，實現(xiàn)均勻可控的熔體輸送和熔滴噴射，在低溫下通過熔滴逐層堆積，實現(xiàn)坯體的功能化打??；再利用優(yōu)化后的脫脂-燒結工藝可獲得具有高精度和高表面光潔度的金屬制品。

2 3 D高分子材料打印技術在工程中的應用

2.1 3 D打印橋的設計更自由、更靈活、更具多元空間變幻。例如工程橋梁建設中，設計方案將參數(shù)化的數(shù)字構建方式融入設計中，沖破傳統(tǒng)橋梁設計的束縛，不僅可以實現(xiàn)復雜形體，同時還可以利用快速成型技術對設計進行實時反饋，與設計過程形成互動，使設計從視覺直觀走向量化理性。

2.2 在進行試驗階段，高分子成型加工通過3D打印技術將壓制、擠出、注射、壓延成型等過程予以展示。這符合時代發(fā)展需求，具有時代特征。3D打印技術依據數(shù)字電腦模型，3D打印技術，運用粉末狀金屬和塑料等可粘合材料，制成3D實物模型，包括光固化成型、選擇性激光燒結、直接金屬激光燒結3D噴涂連接等技術在內的3D打印技術，運用工業(yè)級高分子材料，形成成型材料。

2.3 3D打印技術運用數(shù)字模型在高分子領域中將打印技術快速發(fā)展，可以生產出具有個性化特殊性的產品。在工業(yè)領域內提高產品設計能力，同時也發(fā)揮出3 D打印二3D打印在高分子材料成型加工實驗中的應用。

相對傳統(tǒng)的高分子材料成型加工實驗，3D打印技術融入到高分子成型加工實驗中，在產業(yè)鏈復雜后處理工藝復雜等問題上予以解決。由于高分子材料成型加工，往往環(huán)境污染較為嚴重，而采用3 D打印技術能夠采用信息存儲光盤技術，聚合物動態(tài)反應。針對傳統(tǒng)的高分子成型技術，開拓廣闊的應用前景[2]。

3 3D打印與高分子材料結合

3D技術采用cad技術，將陶瓷、樹脂、砂等可粘性材料在經過逐層疊加之后，構成了物理實體。進行3D技術與高分子材料技術應用，常用的包括選擇性熱燒結分層實體制造等。例如燒熔沉積式FDM通過將絲狀材料，如熱塑性材料金屬等熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預定軌跡，以固定的速率進行熔體沉積。在工作下降過程中，疊加沉積新的一層，經過反復，實現(xiàn)零件的沉積成型，其工藝關鍵是將半流動成型材料的溫度恰好保持在比熔點高1℃左右的溫度。

當前常用的3 D打印材料包含了無機非金屬聚合材料等，材料經過合適的固體到液態(tài)，再到固體的加工窗口，成型后通過凝固凝結為良好的具有機械強度高和設定功能的材料，包含高分子粉末、光敏樹脂、凝膠等聚合物。在進行高分子粉末材料的制備上，產生的粉碎熱，在常溫下粉碎之后，使得高分子材料具有粘彈性粉碎的粒子重新粘合，降低了粉碎效率。當?shù)蜏叵赂叻肿硬牧虾痛呋瘻囟扔欣诓捎脹_擊式粉碎方法進行粉碎時，此時采用適用的高分子材料，如聚碳酸酯聚乙烯等，運用低溫粉碎法制造粉末材料，確定粉碎溫度，對韌性較好的原料保持較低的溫度，連續(xù)化生產，專用的深冷設備，使得粉末顆粒形狀軍醫(yī)將聚合物溶解在適當?shù)娜軇┲校捎酶淖儨囟群图尤敕侨軇┑姆椒?，使得聚合物以粉末狀進行沉淀[4]。

結語

3 D打印高分子材料主要是光敏樹脂、工程塑料與其它的生物醫(yī)用材料等，而隨著發(fā)展日新月異的3D打印研究，相信將來不會局限于當今的材料，充分掌握了高分子材料的成型加工原理。3D打印技術在現(xiàn)代高分子材料與工程項目施工中發(fā)揮出巨大的無可替代的作用。這也是為未來高分子材料成型加工實驗課的教學改革提供了思路和途徑。人才在3D打印技術應用過程中逐步培養(yǎng)出來，并在實踐中形成了良好的科研氛圍。