3D打印技术的快速发展造成近几年国内外研究的重点。而美国,日本,中国,欧洲等国家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。甚至在国防领域,欧美发达国家非常重视3D打印技术的应用。
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