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3D打印应用最广泛的3D打印材料详解 -- 工程塑料

2017-11-29  652

工程塑料因良好的强度、耐候性和热稳定性使其应用范围较广,尤其是用于制备工业制品,因此工程塑料成为目前应用最广泛的3D打印材料,特别是以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等最为常用。

不同于传统的注塑,3D打印技术对塑料材料的性能和适用性提出了更高的要求,最基本的要求是通过熔融、液化或者粉末化后具有流动性,3D打印成型后通过凝固、聚合、固化等形成具有良好的强度和特殊功能性。

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打印最为成熟的材料,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。

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

通过增强改性,可以提升塑料的刚性和强度。如通过玻璃纤维、金属纤维、木质纤维增强ABS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

通过功能化改性,可拓展塑料在3D打印制造领域的应用范围。如用于生物医疗的复杂器件、导电材料、温控材料、形变记忆材料等,采用传统制造方法难以满足要求,可通过选择3D打印成型得到复杂形状的制品。





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