3D打印兩大核心材料：工程塑料與陶瓷材料

來源：智能制造網(wǎng)

3D打印凝結(jié)了前沿科技研究成果，為產(chǎn)品制造提供了一種全新的方式。從整體來看，3D打印實(shí)現(xiàn)了制造方式從等材、減材到增材的轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)制造的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合，被認(rèn)為是制造領(lǐng)域十分具有代表性的一類技術(shù)。而展開對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)的布局，已經(jīng)成為各國共識(shí)。

去年12月，工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019年版)》，其中公布了6項(xiàng)與3D打印相關(guān)的重點(diǎn)新材料，分別為聚乳酸、SLA 3D打印材料用脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、3D打印用合金粉末、3D打印有機(jī)硅材料和高速熔覆用合金粉末材料。

相關(guān)政策的出臺(tái)，也在一定程度上體現(xiàn)了3D打印材料的重要性。3D打印材料是3D打印產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵基礎(chǔ)，也是3D打印技術(shù)創(chuàng)新的核心要素。從3D打印的核心材料來看，主要以非金屬類為主，非金屬類材料包括工程塑料、陶瓷材料、光敏樹脂和細(xì)胞生物原料。

眾所周知，塑料材料一直朝著高強(qiáng)度方向發(fā)展，通過增強(qiáng)塑料強(qiáng)度用來直接替換金屬用于各類復(fù)雜構(gòu)件，既便宜又質(zhì)輕，從而使塑料材料在3D打印制造中被廣泛應(yīng)用。此外，塑料材料還可以避開缺陷向復(fù)合化、功能化方向發(fā)展，特別是實(shí)現(xiàn)多元材料復(fù)合，進(jìn)而賦予塑料特定功能。工程塑料是當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛的一類3D打印材料，常見的有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚苯砜(PPSF)、 聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)等。

陶瓷材料常用于SLS打印技術(shù)，具有耐高溫、硬度高、強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。傳統(tǒng)陶瓷材料主要包括粘土、水泥、硅酸鹽玻璃等，原料多為天然的礦物原料，分布廣泛且價(jià)格低廉，適合于磨料、日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、耐火材料、建筑材料等的制造。新型陶瓷材料采用高純度原料、可以人為調(diào)控化學(xué)配比和組織結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，醫(yī)療行業(yè)中用于3D打印的材料比傳統(tǒng)材料有了較大的升級(jí)，TPU和尼龍都被FDA評(píng)為醫(yī)療設(shè)備的I至VI級(jí)。由于PA12 粉末具有低靜電、高流動(dòng)性、低吸水性、熔點(diǎn)適中及制品的高尺寸精度等優(yōu)異的特性，韌性、耐疲勞性也可滿足需要較高機(jī)械性能的工件，因此尼龍 12近幾年也逐步成為了工程塑料 3D 打印的理想材料。

3D打印作為一種具有代表性的新型制造工藝，已經(jīng)受到了來自汽車制造商的廣泛重視，這與其自身的優(yōu)勢(shì)密不可分。3D打印所帶來的材料浪費(fèi)損失的降低，以及集成制造帶來的輕量化效果的大幅提升，都是其他技術(shù)所不具備的。有分析人士認(rèn)為，未來五年汽車制造除了大量采用復(fù)合材料和輕質(zhì)合金外，新材料的集成制造工藝會(huì)顯著降低車身部件數(shù)量，車身設(shè)計(jì)方法也將發(fā)生重大變化。

據(jù)賽迪顧問發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年，全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)119.56億美元，增長率為29.9%，同比增長增加4.5%。2019年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為157.5億元，較上年增加31.1%。由此可見，3D打印產(chǎn)業(yè)正處于加速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長很有可能持續(xù)保持積極態(tài)勢(shì)。

展望未來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)地快速發(fā)展和人們生活水平地進(jìn)一步提高，消費(fèi)者將更加追求個(gè)性化、定制化的新潮產(chǎn)品。3D打印與機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的融合應(yīng)用，將提高制造業(yè)生產(chǎn)線的柔性化程度，以更低的成本生產(chǎn)定制產(chǎn)品，由此實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造工藝的升級(jí)與革新。