主要3D打印聚合物介绍_聚合物3d打印
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3D打印材料
３Ｄ打印技术的快速发展使其成为近几年国内外快速成形技术研究的重点。目前，美国、欧洲和日本都站在２１世纪制造业竞争的战略高度，对快速成形技术投入了大量的研究，使３Ｄ打印技术得到了迅速发展。在国防领域，欧美发达国家非常重视３Ｄ打印技术的应用，并投入巨资研制增材制造金属零部件，特别是大力推动增材制造技术在钛合金等高价值材料零部件制造上的应用。材料是３Ｄ打印的物质基础，也是当前制约３Ｄ打印发展的瓶颈。
ABS ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。ABS塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。
ABS 树脂是用的最多的3D成型材料，人们系统研究了挤丝速度、出丝直径、挤丝高度、扫描速度、扫描沉积方式、喷嘴出口温度、成型室环境温度等工艺参数对ABS 成型件的密度、拉伸强度及模量、弯曲强度及模量、曲挠强度等性能以及制件的精度和表面光洁度的影响, 通过优化工艺参数，ABS的FDM（熔融沉积成型）成型件已能满足实际产品的性能要求。PC、PP、PMMA、聚酯树脂等热塑性塑料也开始用于FDM 工艺。国内研究FDM 材料的单位比较少。北京航空航天大学对短切玻璃纤维增强ABS 复合材料进行了一系列的改性研究。通过加入短切玻纤，能提高ABS的强度、硬度且显著降低ABS的收缩率，减小制品的形变；但同时使材料变脆。加入适量增韧剂和增容剂后, 能较大幅度提高复合材料丝的韧性及力学性能, 从而使制备出的短切玻璃纤维增强复合材料适合于FDM工艺。北京太尔时代公司通过和国内外知名的化工产品供应商合作，于2005 年正式推出高性能FDM成型材料ABS 04。该材料具有变形小、韧性好的特点，非常适于装配测试, 可直接拉丝。该材料性能和美国Stratasys 公司的ABS P400 成型材料性能相近，可以替代进口材料，降低用户的使用成本。Stratasys公司1 9 9 8 年与MedModeler 公司合作开发了专用于一些医院和医学研究单位的MedModeler 机型, 使用材料为ABS。1999 年该公司推出可使用热塑性聚酯的Genisys型改进机型G e n i s y s-X s，其成型体积达305 mm × 203 mm × 203 mm。熔丝材料主要是ABS、人造橡胶、铸蜡和热塑性聚酯。2001年stratasys 公司推出了支持FDM技术的工程材料PC。用该材料生产的原型可达到并超过ABS注射成型的强度，其耐热温度为（125～145）℃。
该材料的使用量正在迅速增加。2002年又推出了支持FDM技术的工程材料PPSF，其耐热温度为（207.2～230）℃，适合高温的工作环境。在各种快速成型工程材料之中，PPSF 有着最高的耐热性、强韧性以及耐化学品性。随后，Stratasys公司开发了工程材料PC/ABS。PC/ABS 结合了PC 的强度以及ABS 的韧性，性能明显强于ABS。Stratasys公司几种成型材料的价格及其使用范围如表2 所示。1998 年澳大利亚的Swinburne工业大学推出的一种金属-塑料复合材料丝是将铁粉混合到尼龙P301中, 添加增塑剂和表面活性剂制成的。这种材料可用FDM 工艺直接快速制模。1998 年美国Virginia 工学院研究了用于FDM的热致液晶聚合物(TLCP)纤维, 其拉伸模量和强度大约是ABS 的四倍。Stratasys 公司于1992 年开发出剥离性支撑材料。该支撑材料可很容易地从成型零件上剥离成型零件的外形也不会因支撑的剥离而损伤。1999 年该公司开发出水溶性支撑材料(丙烯酸酯共聚物)。因为可通过超声波清洗器或碱水(浓缩洗衣粉)等部分溶解,该支撑材料特别适合制造空心及微细特征零件，并解决了手工不易拆除支撑, 或因特征太脆弱而拆破的问题。更可增加支撑接触面的光洁度。这对于成型由多个元件组成的组件十分有利。
PLA 聚乳酸(PLA)除了有生物可降解塑料的基本的特性外，还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般的塑料。聚乳酸(PLA)和石化合成塑料的基本物性类似，也就是说，它可以广泛地用来制造各种应用产品。聚乳酸也拥有良好的光泽性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相当，是其它生物可降解产品无法提供的。聚乳酸(PLA)具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与目前广泛所使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。PLA与ABS相比，优点如下：
（1）聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。
（2）机械性能及物理性能良好。聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。
（3）相容性与可降解性良好。聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。
（4）聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本的特性外，还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般的塑料。
（5）聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性类似，也就是说，它可以广泛地用来制造各种应用产品。聚乳酸也拥有良好的光泽性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相当，是其它生物可降解产品无法提供的。
（6）聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方
式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与目前广泛所使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。
（7）聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔离气味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及卫生的疑虑，然而，聚乳酸是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。
（8）当焚化聚乳酸（PLA）时，其燃烧热值与焚化纸类相同，是焚化传统塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。
聚乳酸具备多重优点，作为一种新型的生物降解材料，聚乳酸使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成，具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。并且强度、透明度及对气候变化的抵抗能力超过传统生物可降解塑料。聚乳酸同时具备良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用广泛。凭借最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸产品可以各种普通加工方式生产，例如熔化挤出成型、射出成型、吹膜成型、发泡成型及真空成型。此外，聚乳酸薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧化碳性，也具有隔离气味的特性，是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。并且，焚化聚乳酸绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体，安全性强。
聚乳酸使用范围广泛，聚乳酸使用范围较为广泛，用于汽车、电子、医疗等领域。其中，日本东丽公司结合聚乳酸树脂改性技术、纤维制造技术和染色加工技术，开发了以高性能聚乳酸纤维为主要成分的车用脚垫、备用轮胎箱盖。备用轮胎箱盖已经在丰田汽车公司2003年推出的全面改进小型车“Raum”上使用。聚乳酸对人体绝对无害的特性使得聚乳酸在一次性餐具、食品包装材料等一次性用品领域具有独特的优势。其能够完全生物降解也符合世界各国，特别是欧盟、美国及日本对于环保的高要求。聚乳酸在电子领域的应用也取得了卓越的成效。电脑方面，2002年日本富士同公司在上市的“FMV-BIBLO NB”系列笔记本电脑的红外线接收部分采用了质量0.2的纯聚乳酸配件。在2005年富士通春季款笔记本电脑“FMV-BIBLO NB80K”的机壳中，全部采用由日本富士通公司、日本富士通研究所和日本东丽公司3家公司共同开发的PLA/PC合金。手机方面，NTT DoCoMo和索尼爱立信移动通讯公司于2005年4月试制了在机壳中采用PLA的手机。2006年富士通、富士通研究所和东丽联合开发成功了耐冲击性相当于PLA1.5倍的PLA/PC合金，并用于手机外壳等部件。另外，富士通和富士通研究所还联合开发了以PLA为原材料、面向手机的LS包装带，其撕裂强度和压缩强度是PC制备材料的两倍以上。生物医药行业是聚乳酸最早开展应用的领域。除了一次性输液工具、免拆型手术缝合线等用品之外，高分子量的聚乳酸凭借非常高的力学性能，在欧美等国已被用来替代不锈钢，作为新型的骨科内固定材料如骨钉、骨板而被大量使用，其可被人体吸收代谢的特性使病人免受了二次开刀之苦。
