常見(jiàn)的3D打印材料特點(diǎn)

增材制造，俗稱(chēng)3D打印，是一種以數字模型為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數字技術(shù)材料打印機來(lái)實(shí)現。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設計等領(lǐng)域被用于制造模型，現正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有企業(yè)開(kāi)始使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設計、建筑、工程和施工、汽車(chē)，航空航天、牙科和醫療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應用。

　　3D打印技術(shù)是以計算機三維設計模型為藍本，通過(guò)軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。

3D打印的材料主要分成九大類(lèi)：

　　第一類(lèi)：光敏樹(shù)脂材料，主要包括丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂及聚酯樹(shù)脂等的光固化樹(shù)脂材料。這類(lèi)材料能夠在紫外光的照射下發(fā)生聚合反應而固化，一般呈現液體狀態(tài)。常用來(lái)制作各種樣件，用以外觀(guān)驗證。

　　第二類(lèi)：工程塑料材料，主要包括ABS材料、聚碳酸酯材料和聚酰胺材料。ABS材料兼具"堅韌、質(zhì)硬、剛性"等特點(diǎn)，因此在機械、電氣、紡織、汽車(chē)、飛機、輪船等制造工業(yè)及化工中獲得了廣泛的應用。聚碳酸酯材料具有良好的抗沖擊、抗熱畸變性能，耐火性好、硬度高，因此適用于生產(chǎn)轎車(chē)和輕型卡車(chē)的各種零部件，主要集中在照明系統、儀表板、加熱板、除霜器及保險杠等方面。聚酰胺材料又稱(chēng)尼龍材料，具有強韌、耐磨、自潤滑、適用的溫度范圍廣等特點(diǎn)，主要代替銅和其他有色金屬來(lái)制造機械、化工、電器零件，如柴油發(fā)動(dòng)機燃油泵齒輪、水泵、高壓密封圈、輸油管等。

　　第三類(lèi)：金屬材料，主要包括鈦合金材料、不銹鋼材料、鋁合金材料、其他貴金屬材料等。鈦合金材料強度高、耐熱性高。相比其他金屬，鈦合金還具有抗蝕性好、低溫性能好、化學(xué)活性大等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應用于制作飛機發(fā)動(dòng)機壓氣機部件，火箭、導彈和高速飛機的結構件等領(lǐng)域。不銹鋼材料具有易焊接性、耐腐蝕性、強拋光性及耐熱性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于建筑領(lǐng)域、食品加工、餐飲、釀造、化工和醫療器械領(lǐng)域。鋁合金材料具有密度小、熔點(diǎn)低、可塑性強等特點(diǎn)。鋁合金是目前應用最多的合金，被廣泛應用于航空、航天、汽車(chē)、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中。其他貴金屬材料如黃金材料，具有導電性好、導熱性好、穩定性高等特點(diǎn)，主要應用于電子、化學(xué)工業(yè)、航空航天等對材料有特殊性要求的領(lǐng)域。

　　第四類(lèi)：陶瓷材料，主要包括粘土、高嶺土等天然硅酸鹽材料和高純度人工合成材料如氧化物陶瓷材料、氮化物陶瓷材料、碳化物陶瓷材料等。由于陶瓷材料大多熔點(diǎn)很高甚至無(wú)熔點(diǎn)，難以利用外部能量進(jìn)行直接成形，大多需要在成形后進(jìn)行再處理（烘干、燒結等）才能獲得最終的制品，這便限制了陶瓷材料在3D打印行業(yè)的推廣。然而陶瓷材料具有硬度高、耐高溫、物理化學(xué)性質(zhì)穩定等聚合物和金屬材料不具備的優(yōu)點(diǎn)，因此在航天航空、電子、汽車(chē)、能源、生物醫療等行業(yè)有廣泛的應用前景。

　　第五類(lèi)：生物材料，主要包括生物醫用金屬材料、生物醫用高分子材料、生物醫用陶瓷材料和生物衍生材料。其中生物衍生材料是由經(jīng)過(guò)特殊處理的天然生物組織形成的生物醫用材料，也稱(chēng)為生物再生材料。生物材料在3D打印中的應用可以分為兩個(gè)領(lǐng)域，第一類(lèi)是根據生物材料可降解、熔點(diǎn)低、具有生物特性、環(huán)保等特點(diǎn)而將之應用于食品加工、食品包裝等領(lǐng)域；第二類(lèi)根據生物材料的可再生性、組織相容性和誘導性、力學(xué)順應性及降解順應性而被廣泛應用于醫學(xué)領(lǐng)域，生物材料在醫學(xué)領(lǐng)域的應用可以分為假體的制造，細胞三維間接組裝制造和細胞三維的直接制造三個(gè)層次。

　　第六類(lèi)：橡膠材料，橡膠類(lèi)材料具備多種彈性材料特征，如肖氏A級硬度、斷裂伸長(cháng)率、抗撕裂強度和拉伸強度，使其非常適合應用在要求防滑或柔軟表面的領(lǐng)域，如消費類(lèi)電子產(chǎn)品、醫療設備和汽車(chē)內飾等。

　　第七類(lèi)：砂石材料，主要為石英砂。在3D打印中，根據它的傳統功能和特性，砂石材料主要應用在建筑當中，制造一些建筑材料或構造。低成本、高效率以及環(huán)保是砂石材料在3D打印建筑領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)。

　　第八類(lèi)：石墨烯材料，是一種以sp雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料。石墨烯材料具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，可用于替代各種傳統材料，被認為是一種未來(lái)革命性的材料。隨著(zhù)石墨烯制備水平的發(fā)展和石墨烯應用技術(shù)水平的發(fā)展，石墨烯材料能夠應用在更多的下游產(chǎn)品和領(lǐng)域中。根據中國科學(xué)院預計，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互補金屬氧化物半導體器件，在納米電子器件，光電化學(xué)電池、超輕型飛機材料等研究領(lǐng)域得到應用。

　　第九類(lèi)：纖維素材料，是一種由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機溶劑。纖維素是植物細胞壁的主要成分，是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。研究人員一直致力于開(kāi)發(fā)使用纖維素進(jìn)行3D打印的方法，目前已有了一些突破。纖維素材料還存在一些不足，比如其成本高、擴展性差以及和塑料結合會(huì )產(chǎn)生污染物等。

　　3D打印技術(shù)主要分為桌面級和工業(yè)級兩種。桌面級3D打印機是3D打印技術(shù)的初級階段，能夠很直觀(guān)地闡述3D打印技術(shù)的工藝原理。由于桌面級3D打印機價(jià)格相對便宜、攜帶方便、易于操作等，因而其應用主要集中于家庭、辦公等場(chǎng)所。工業(yè)級3D打印機主要分為快速原型制造機和直接產(chǎn)品制造機兩種。工業(yè)級3D打印機在批量生產(chǎn)模具、金屬零部件等方面，能更好的滿(mǎn)足高精度、短時(shí)間的制作要求。工業(yè)級3D打印機借助計算機控制激光或電子束，可以打印出傳統機械加工無(wú)法完成的復雜精密結構，并且免去了不必要的制造工序，實(shí)現對材料的充分利用。

　　3D打印技術(shù)的出現降低了產(chǎn)品制造的復雜程度，擴大了生產(chǎn)制造的范圍，縮短生產(chǎn)制造的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，提高原材料的利用率，提高產(chǎn)品規格的精確度。同時(shí)，3D打印技術(shù)滿(mǎn)足了客戶(hù)個(gè)性化定制的需求，可以開(kāi)發(fā)出更加豐富多樣的產(chǎn)品。

　　我國3D打印行業(yè)當前也存在著(zhù)一些不足。由于技術(shù)水平和裝備等級的局限性，我國的3D打印企業(yè)目前僅能進(jìn)行少批量、小尺寸的零部件加工制造，難以代替大規模、大批量的加工制造。另一方面，一直困擾我國的3D打印材料短缺的問(wèn)題還沒(méi)有解決，主要的材料來(lái)源仍然依賴(lài)從美國進(jìn)口，使我國數量本就不多的3D打印企業(yè)又要面臨高昂的成本壓力，限制了我國3D打印行業(yè)的規模和應用范圍。

　　3D打印行業(yè)是十分具有前景的行業(yè)。隨著(zhù)世界人口的不斷增加，對住房的需求量會(huì )持續增加，這勢必將導致未來(lái)房屋建造高度的提升。房屋建造高度的提升將大大提高對建造技術(shù)、人工和材料標準的要求；同時(shí)，建造的風(fēng)險也會(huì )呈指數式增加。成熟的3D打印房屋技術(shù)可以規避人工建造高樓的風(fēng)險，降低建造高樓的難度，提高建造高樓的效率。另一方面，隨著(zhù)人類(lèi)對宇宙的不斷探索以及科技的不斷進(jìn)步，使未來(lái)在其他星球建立基地或移民的計劃成為可能。成熟的3D打印技術(shù)可被應用在未來(lái)的"星際殖民"活動(dòng)中，來(lái)滿(mǎn)足宇航員在星際中的制造需求，還能降低星際間相關(guān)活動(dòng)的籌備難度。

　　3D打印技術(shù)的應用當然不會(huì )只局限于現在被大家所熟知的這些。未來(lái)此行業(yè)所隱藏的價(jià)值，還有待于開(kāi)發(fā)。