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3D打印塑料的改性方向

来源: 时间:2022-04-20 分类:行业资讯

  目前几乎所有的通用塑料都可以应用于3D打印,但由于每种塑料的特性存在差异,导致3D打印的工艺以及制品性能受到影响。目前影响塑料材料应用于3D打印的因素主要有:打印温度高、材料流动性差,导致工作环境出现挥发成分,打印嘴易堵,影响制品精密度;普通的塑料强度较低,适应的范围太窄,需要对塑料做增强处理;冷却均匀性差,定型慢,易造成制品收缩和变形;缺少功能化和智能化的应用。3D打印产业的关键是材料,塑料材料作为3D打印Z为成熟的材料,目前仍存在较多问题:受塑料强度的影响,塑料材料适应领域有限,成品的物理机械特性较差;需要高温加工、低温流动性差、固化慢、易变形、精密度低;缺少塑料在新材料领域的拓展。为此,3D打印塑料改性技术的发展目前主要有以下四个方向。

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  1.流动性改性

  为了实现塑料的流动改性,可以参考利用润滑剂等进行改性。但由于使用过多的润滑剂会导致挥发分增加,切削弱制品的刚性和强度,因此通过加入高刚性、高流动性的球形的硫酸钡、玻璃微珠等无机材料可以弥补塑料流动性差的缺陷。对粉末塑料可采用粉体表面包覆片状无机粉体如滑石粉、云母粉等以增加流动性。另外,可在塑料合成时直接形成微球,以确保流动性。

  2.增强改性

  通过补强材料可以提升塑料的刚性和强度。如通过玻璃纤维、金属纤维、木质纤维用于增强ABS的增强使复合材料适合于3D熔融沉积工艺;粉末状塑料通常通过激光烧结,可以通过复合多种材料进行增强改性,包括添加玻璃纤维的尼龙粉、添加碳纤维的尼龙粉、尼龙与聚醚酮混合等。

  3.快速凝固

  塑料的凝固时间与结晶性密切相关。为了加快塑料3D熔融沉积后快速凝固成形,可以通过使用合理的成核剂以加快塑料定型凝固,也可以通过在塑料材料中复合不同热容的金属以加快凝固的速度。

  4.功能化

  塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性,在一些领域应用受到限制。但如果赋予塑料一些功能,会大大拓展塑料在3D打印制造领域的应用范围。如传统功能性塑料制品通常在加工时混入功能性材料,但由于功能性材料的特殊性,对加工工艺、加工设备要求极高,甚至有些功能性材料由于自身热性能的限制无法直接加入塑料中。特别是一些用于生物医疗的复杂器件、导电材料、温控材料、形变记忆材料采用传统制造方法难以满足要求。通过选择3D打印成型,不但可以得到复杂形状的智能材料,而且通过复合使具有功能的材料在3D打印成型时直接填入塑料。

  如将电磁场、温度场、湿度、光、pH值等敏感材料通过3D打印用于塑料获得智能材料;利用有机聚合物将金属粉末粘接制备具有形状记忆功能的合金;在生物医疗领域,利用3D打印技术制备双管道聚乳酸/β-磷酸三钙生物陶瓷复合材料支架,具有可控的多孔结构,力学性能明显增强。英国华威大学研制出一种新型导电塑料复合材料,而这种材料的Z大特点是可供人们打印符合自己意愿的电子产品,从而减少不必要的电子废弃物。另外,塑料通过功能化利用3D技术可以制作高分子光伏材料、高分子光电材料、高分子储能材料等。

  3D打印塑料的发展趋势

  由于塑料自身强度的限制,塑料材料在3D打印中的应用目前仅限于普通制品。但随着3D打印技术的发展,传统塑料的性能被大幅提升,依靠塑料强大的快速熔融沉积和低温粘接特性将被广泛应用到3D打印制造领域。除了塑料自身可以通过3D打印制品外,在玻璃、陶瓷、无机粉体、金属等的3D打印都需要依靠塑料的粘接性来完成。塑料材料将向高强度发展,通过提高改性塑料的强度,可被用来直接替换金属用于各类复杂构件,既便宜又质轻,甚至可以替代玻璃、陶瓷等制品,从而使塑料材料在3D制造中被广泛应用。

  除此之外,塑料材料可避开低强度的缺陷,向复合化、功能化发展,特别是实现多元材料复合、从而赋予塑料特定功能。通过3D打印技术可以制造工艺复杂的智能材料、光电高分子材料、光热高分子材料、光伏高分子材料、储能高分子材料等新材料。利用生物塑料的生物相容性,可以向医学人体组织发展。3D打印在细胞、软组织、器官、骨骼方面具有巨大的空间,尤其是组织工程应用中具有独特的优势。在今后10~20年,改性塑料材料将仍是3D打印的主流材料并在3D打印的浪潮中获得跨越性的发展。


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