3D打印材料及光固化打印技術的應用介紹

在3D打印技術的發(fā)展過程中，往往伴隨著3D打印材料的發(fā)展，并且3D打印材料的發(fā)展往往給3D打印技術帶來巨大突破，可以說3D打印材料是3D打印技術發(fā)展的基石。目前常用的3D打印材料主要有三種，分別為金屬材料、工程塑料以及光敏樹脂。

3D打印技術開始于20世紀80年代，最初只是用于模型的打印，然而隨著近幾年第二代3D打印機的研發(fā)，3D打印技術在高精度功能性產(chǎn)品制造上的應用越來越多。目前3D打印機技術主要應用領域包括工業(yè)制造、文化創(chuàng)意與數(shù)碼娛樂、國防軍工、生物醫(yī)療、教育等行業(yè)。隨著3D打印技術的不斷發(fā)展和成熟，其應用領域將不斷擴展，終將與傳統(tǒng)加工制造技術并駕齊驅。

金屬材料主要應用于激光燒結工藝（SLS），一般為粉末狀。由于單一金屬材料在燒結過程中容易產(chǎn)生球化現(xiàn)象，因此在3D打印技術中所使用的一般都是由不同化學性質的金屬制成的混合粉末材料。金屬粉末在使用過程中要求氧量較低、純凈度高、粒徑分布較窄等。常用的3D打印金屬材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、金銀等等金屬粉末材料。其中鈦合金由于具有耐高溫的特性，常用于制造飛機、火箭等各種航空用結構件，此外鈦合金作為生物相容性最好的金屬材料，經(jīng)過SLS工藝進行打印后可以形成均勻多孔生物結構，可以與人體組織進行更好的結合生長，常用來制造人類需要的各類骨骼、關節(jié)等器官。

工程塑料因其具有高強度、高硬度、耐沖擊等特性被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。3D打印中一般使用的都是便于熔融的低熔點工程塑料，主要有ABS、PC、PS等。雖然ABS熔融溫度較高（270℃），但是由于ABS具有豐富的顏色，可直接打印彩色制品，因此受到3D打印用戶的青睞。PC及PS盡管具有高強度、耐沖擊的性能，可制備高性能零件，但是顏色只有一種白色，在3D打印應用中受到了很大限制。

光敏樹脂又稱為光固化樹脂，作為一種液態(tài)高強度、耐高溫光敏樹脂材料，它是由聚合物單體、預聚體以及光引發(fā)劑按一定的配比組合而成。當受到與引發(fā)劑波長匹配的光照時，便會發(fā)生光照聚合反應。根據(jù)引發(fā)劑的種類，光敏樹脂材料一般可分為三種，其一為自由基型光敏樹脂，其二為陽離子光敏樹脂，其三為混雜型光固化樹脂。另外根據(jù)材料在打印過程中的作用，光敏樹脂又可分為光固化實體材料和光固化支撐材料。近年來3D打印技術的發(fā)展十分迅速，對3D打印材料的需求也在不斷上升，據(jù)分析，在未來的幾年內，北美和歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)的3D打印材料年增長率將保持在18%以上，而在亞洲地區(qū)，年增長率將高達24%，其中光敏樹脂材料將在2025年成為需求最大的一種3D打印材料。圖為當前3D打印材料市場分布，從圖中可以看出，光固化3D打印技術用的光敏樹脂材料占整個3D打印材料市場的一半以上。

從價格方面來看，由于3D打印機制造商正在越來越多地通過使用帶密鑰編碼和RFID標記的材料盒，迫使用戶不得不采用廠商指定的3D打印材料，因此光固化3D打印材料的價格在逐年攀升，且未來還存在持續(xù)增長的趨勢。圖為3D打印材料市場價格趨勢圖。從圖中可以看出，相比于其他材料，同一年中光敏樹脂材料價格最低，光敏樹脂材料每年的價格漲幅最小。

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