一文详细了解3D打印中的聚合物材料与技术创新
日期：2024-02-24
来源：碳纤维及其复合材料技术 浏览：
118 评论：0 核心提示：3D打印是一种增材制造（additive manufacturing，AM）技术，它有可能彻底改变在现代世界中生产我们想要和需要的物品方式，而聚合
3D打印是一种增材制造（additive manufacturing，AM）技术，它有可能彻底改变在现代世界中生产我们想要和需要的物品方式，而聚合物材料科学的创新将有助于3D打印在未来几年充分发挥其潜力。第一种3D打印工艺，立体光刻，涉及用激光硬化光敏聚合物，塑料一直处于行业的前沿。事实上，市场分析师IDTechEx预测，到2033年，全球聚合物3D打印市场的价值将达到惊人的210亿美元。为了理解这种增长，重要的是要超越聚合物在3D打印中的历史应用，并考虑近年来出现的创新发展。与传统的生产方法相比，3D打印提供了许多优势。它可以创造几乎任何3D形状的能力使设计师能够生产出比传统制造的零件更好或成本更低的零件，这是一个主要优势。例如，空中客车公司在不牺牲性能或耐用性的情况下，制造了一种比前代产品轻30%的钛支架。3D打印还可以实现大规模定制，因为机器生产的每个零件都可以是独一无二的，而不需要模具或固定工具。测试设备制造商Vectoflow就是一个例子，该公司使用AM技术为流体流量测量应用创建定制探头。3D打印通过消除耗时的工具制作和制造过程，加快了产品开发和生产。例如，阿丽亚娜6号火箭使用了一个燃料喷射头，该喷射头是由镍基合金制成的，而以前的版本需要将248个单独加工的部件焊接在一起。3D打印简化了现场产品的维护和支持，通过实现数字文件中的按需生产，减少了对备件库存的需求。例如，汽车制造商梅赛德斯-奔驰使用AM为其经典汽车制造零部件。尽管AM行业已有40年左右的历史，但它仍在快速增长，2020年的市场规模为134亿欧元，年增长率为22%。随着200多家公司在硬件、软件和材料开发方面展开竞争，该行业正在不断发展。3D打印聚合物的应用范围广泛，可以在SpaceX为火箭部件创建大型熔模铸造图案，也可以大规模定制用于牙齿矫正的Invisalign Clear Aligner工具。随着3D打印技术的进步，包括医用级聚合物在内的一系列可用材料也在进步。然而，开发适合3D打印的聚合物是一个复杂而耗时的过程。聚合物的环境影响已经成为一个关键问题，在该行业可以看到由回收塑料垃圾制成的可回收和可回收长丝的增加。性能也很重要，制造商不断寻求改善材料的特性，这些材料可以组合在一起以满足市场需求。例如，初创公司Tiamet 3D开发了一种基于PLA和纳米金刚石的复合材料，为用户提供了一种耐腐蚀和易用的材料。其他制造商提供更好的材料，例如阻燃或具有ESD性能的材料。最近发表在《自然通讯》杂志上的一篇文章中，麻省理工学院的研究人员介绍了一种基于基于聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）并可用于3D打印导电聚合物的高性能可打印墨水。导电聚合物是一种很有前途的候选材料，可用于包括储能、柔性电子和生物电子等一系列应用。然而，喷墨印刷、丝网印刷和电子束光刻等传统制造方法存在局限性，阻碍了导电聚合物的快速创新和广泛应用。该团队的3D可打印导电聚合物墨水能够制造高分辨率和高纵横比的微结构，这些微结构可以通过多材料3D打印与绝缘弹性体等其他材料集成。3D打印的导电聚合物也可以转化为高导电性和柔软的水凝胶微结构。研究人员展示了各种导电聚合物设备的快速流线型制造，包括能够在体内进行单元记录的软神经探针。市场上最新的3D打印聚合物原料之一解决了增材制造的主要应用领域：简单塑料零件的大规模生产。3D Systems发布了Production Black 10 (PRO-BLK 10)，这是第一种生产具有生产级性能的零件的“直接”光聚合物。3D Systems使用的非接触式膜数字光处理(DLP)技术速度快，并且新的光聚合物在打印后不需要在烘箱中放置很长时间即可达到生产部件的性能。它具有12%的断裂伸长率，这使它的性能几乎与热塑性塑料相同。它还具有生产部件所必需的环境稳定性。
