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3D打印，是一種增材制造方法，相對于傳統(tǒng)機(jī)械加工“減材制 造”技術(shù)而言，是一項制造業(yè)領(lǐng)域的 技術(shù)革命，展現(xiàn)了新時代個性化創(chuàng)造 的活力和潛力。3D打印技術(shù)起源于美 國，這項新技術(shù)的出現(xiàn)，不僅給予了創(chuàng) 新主體一個全新的視角，同時也吸引 了大眾的高度關(guān)注。3D打印技術(shù)在 20 世紀(jì)末期逐漸得到推廣，又被稱為第 3次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一。該技術(shù) 可以應(yīng)用到生產(chǎn)加工、建筑工程等領(lǐng) 域，利用該技術(shù)制造材料，不用加工模 具和大型機(jī)械設(shè)備，甚至不用在大型工廠便可進(jìn)行生產(chǎn)，3D打印技術(shù)將會 改變社會發(fā)展的方向，并會大大豐富 人類社會的生活方式。

 

3D打印材料制造技術(shù)的內(nèi)核以計算機(jī)3D設(shè)計為基礎(chǔ)，再將設(shè)計得到 的三維模型進(jìn)行離散分層，后又經(jīng)由 特定的設(shè)備將分層離散的材料進(jìn)行 堆積、粘結(jié)，進(jìn)而得到最終的產(chǎn)品。最 近，國內(nèi)外的科研工作者針對 3D打印 技術(shù)中的幾何計算問題，又創(chuàng)新出了 多種新的方法，包括物體分割、平衡性重心優(yōu)化和輕量化等方法。3D打印 技術(shù)是一門多學(xué)科交叉科學(xué)，綜合了 數(shù)字建模、材料化學(xué)、機(jī)電控制化學(xué)等 諸多學(xué)科，利用該技術(shù)可以達(dá)到材料 的快速成形。材料是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵 ，3D打印材料的制備技術(shù)，生產(chǎn)材料的設(shè)備構(gòu)造，以及得到材料的具體 性能，都與材料有關(guān)。材料既決定了3D打印的應(yīng)用趨勢，也決定了 3D打印的發(fā)展方向 。目前，3D打印的材料包括聚合物、金屬和陶瓷等，并且近年來也出現(xiàn)了一些新興的材料。

 

1、聚合物材料

 

聚合物材料的強(qiáng)度好、韌性較 高，并且成本低廉，長期以來都是 3D 打印的明星材料，在各個領(lǐng)域均有應(yīng) 用。聚合物材料主要包括塑料類材 料、光敏樹脂材料等。

 

1.1 塑料類材料

 

目前最常用的塑料類材料為聚 碳酸酯(P C)、尼龍( P A )、丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯( A B S )樹脂。首先，A B S 樹脂材料被稱為綠色材料，其材料強(qiáng)度高、韌性好、熱塑性強(qiáng)、耐沖擊性優(yōu) 良，并且可以通過添加添加劑對材料 的顏色進(jìn)行選擇，是 3D打印技術(shù)中得 以廣泛應(yīng)用的材料，如桌面式打印機(jī) 最常采用的就是A B S材料。其次，P C 由于其在某些方面的優(yōu)異性能，近期 也是炙手可熱的 3D打印材料。同A B S 樹脂相比，P C的機(jī)械強(qiáng)度更高，并且 其耐燃性高，使得材料的安全性得以 提升、且不易收縮變形，因此在制造 強(qiáng)度要求高的產(chǎn)品應(yīng)用更為廣泛。第 三，相比前 2種塑料類材料，PA在力 學(xué)性能方面的優(yōu)勢更為明顯。P A樹脂 家族中的P A66塑料材料，在韌性、延 展性和耐磨性方面都表現(xiàn)出極好的性 能，但是也存在比較明顯的劣勢，就 是熔點高，不易于加工。所以，科研人 員常對PA進(jìn)行改性加工。如在其中加 入P V A等改性材料，使得P V A同P A 的分子鏈產(chǎn)生結(jié)合，絡(luò)合形成網(wǎng)絡(luò)狀 結(jié)構(gòu)，覆蓋P A材料的表面，進(jìn)而提升 P A材料的彎曲強(qiáng)度、分子粘度與內(nèi)聚 力。在商業(yè)領(lǐng)域，許多公司的科研工作 者研發(fā)出了越來越適合應(yīng)用的塑料類材料。如德國拜耳公司自主研發(fā)出的 P C2605聚碳酸酯，該產(chǎn)品具有較好的 機(jī)械強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn) 3D打印功能，并 應(yīng)用于機(jī)械齒輪、防彈玻璃等領(lǐng)域。

 

1.2 光敏樹脂材料

 

光敏(UV)樹脂材料是一種常見 的 3D打印材料，常見的UV樹脂就是 可以用于 3D打印的光敏樹脂材料。光 敏樹脂材料一般為液態(tài)，是由光引發(fā) 劑與單體或預(yù)聚合物構(gòu)成的材料，主 要由共聚物、添加劑和稀釋劑組成，添 加劑具體為光引發(fā)劑。添加光引發(fā) 劑，通過一定波長紫外光的照射，可 以引發(fā)共聚物的聚合反應(yīng)，使得液態(tài) 的光敏樹脂材料固化，這種過程被稱 為液態(tài)光固化樹脂過程，經(jīng)常應(yīng)用于 立體光固化 3D打印技術(shù)中。光敏樹脂 材料的性能類似于ABS樹脂，其具有 機(jī)械強(qiáng)度高、無揮發(fā)性氣味、適用領(lǐng) 域廣、便于儲存等特點，并且光敏樹 脂材料的制備過程短，容易固化，成 形精度高、表面效果好，適用于光固 化 成 型( SLA )快 速 成 形 設(shè) 備 。在 250 ~300nm的激光或紫外線照射的條件 下，存在于光敏樹脂材料中的光引發(fā) 劑對紫外線產(chǎn)生吸收作用，進(jìn)而形成 激發(fā)態(tài)分子，之后便急速分解，觸發(fā)光 敏樹脂中的聚合物發(fā)生聚合反應(yīng)。整 個引發(fā)過程時間短，光敏樹脂材料可 以在短時間內(nèi)實現(xiàn)固化。若要提高固化，可以利用 3D打印設(shè)備對光敏樹脂 材料進(jìn)行逐層掃描、逐層堆結(jié)，從而得 到預(yù)期的 3D打印成品，實現(xiàn)設(shè)計模型 的現(xiàn)實化，利用該技術(shù)得到的光敏樹 脂材料，可以制作出成型準(zhǔn)確度高的 3D打印產(chǎn)品。通過上述可知，UV樹脂 材料具備很多的優(yōu)勢，是一種很適合 進(jìn)行 3D打印的光敏樹脂材料，通過這 種材料得到的產(chǎn)品表面精度高，可以 展現(xiàn)出較好的 3D打印產(chǎn)品的細(xì)節(jié)，并且得到的產(chǎn)品表面細(xì)膩，適合在精密 材料加工中得以應(yīng)用，尤其是在精密 零件、鑄模制造業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用。但 是其也具有劣勢，如與大多數(shù)高分 子聚合物相比，UV樹脂的生產(chǎn)成本 較高，是高分子聚合物領(lǐng)域中的“貴 族”，所以高昂的制備成本在一定程度 上限制了UV樹脂材料在 3D打印領(lǐng)域 中的發(fā)展。

 

目前，光敏樹脂材料在 3D打印材 料領(lǐng)域應(yīng)用的研究很多，但是還少有 其大規(guī)模應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的報道?？?見光敏樹脂3D打印材料的商品化路 程還有很長一段要走。除了UV樹脂 外，酸酐、PUA、乙烯基酯樹脂等也屬 于被廣泛使用的光敏樹脂材料。尤其 是酸酐，由于酸酐粘度適中，有利于 在 3D打印過程中的成型過程，所以比 較受研究者的青睞。但是酸酐材料的 機(jī)械強(qiáng)度低，以此為基材打印出的 3D 打印材料成型度低、硬度高、容易收 縮，不利于得到理想尺寸的模型 ;相 比之下，PUA材料表現(xiàn)出了較好的光 學(xué)性能、其耐磨性和韌性也較好，然而 PUA材料也在某些方面表現(xiàn)出了劣 勢，其聚合過程不易掌控，著色度也難 以控制調(diào)節(jié) ;乙烯基酯樹脂材料的化 學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、成型材料不 易收縮，是比較好的光敏樹脂類 3D打 印材料。不過乙烯基酯樹脂材料的粘 度較高，流動性差，在聚合的過程中用 時長，不利于成型，給 3D打印過程帶 來了一定程度的困難，影響了產(chǎn)品成 型加工。由此可見，酸酐、PUA、乙烯 基酯樹脂材料有著自身的特性，既有 優(yōu)點，也有缺點，所以，在 3D打印材料 的選取過程中，為了得到適于應(yīng)用的 光敏樹脂材料，揚(yáng)長避短，盡可能地發(fā) 揮材料的優(yōu)勢，會采用混合的方式，將 不同材料按一定的比例混合使用。

 

1.3 新型聚合物材料

 

在傳統(tǒng)聚合物材料發(fā)展的基 礎(chǔ)上，許多新興的聚合物材料正逐 步走入我們的視野，它們的出現(xiàn)，使 得 3D打印技術(shù)得以迅猛發(fā)展。如 Shapeways公司最近公布的新型3D 打印材料—EP(elasto plastic)。EP材 料具有物理性質(zhì)優(yōu)良，材質(zhì)柔軟，易于 成型的優(yōu)點。在利用該種材料進(jìn)行成 品制造時，其 3D打印成型原理類似于 A B S 樹 脂 材 料 的“ 逐層燒結(jié) ”原理 ，即 逐層堆積，進(jìn)而成型。但是相比ABS 樹脂材料，利用EP材料打印出來的成 型品具有較好的彈性，在產(chǎn)品變形后 易于恢復(fù)原來的形貌，因此可以利用 這種材料進(jìn)行服飾類和手機(jī)殼等物 品的打印，還可以用于變形產(chǎn)品的打 印。E P材料的出現(xiàn)實現(xiàn)了 3D打印材料 在變形領(lǐng)域的飛躍，解決了傳統(tǒng)材料 打印出的產(chǎn)品脆性高的難題，實現(xiàn)了 在穿戴物品中的大規(guī)模應(yīng)用[1]。杜邦高 性能材料公司新研發(fā)出了一種 3D打 印材料，該材料基于聚合物的基礎(chǔ)，分 別是DupontHytrel熱塑性彈性體、Du Pont Zytel尼龍和Du Pont Surlyn高 聚物，這 3種材料相比傳統(tǒng) 3D打印材 料也表現(xiàn)出了較為出色的性質(zhì)，更適 合在 3D打印領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。

 

2、陶瓷材料

 

陶瓷材料在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天 和生物制藥、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有大 規(guī)模的應(yīng)用。陶瓷材料具有較為特別 的物理化學(xué)性質(zhì)，以及力學(xué)性質(zhì)，這 些特性使得其易于應(yīng)用在 3D打印領(lǐng) 域。近幾年，陶瓷材料在商業(yè)上的應(yīng)用 越來越多。具體地，陶瓷材料具有機(jī)械 強(qiáng)度高，抗壓耐磨、硬度大、抗高溫耐 熔，導(dǎo)電性差、導(dǎo)熱性差，是很好的 3D 打印材料。但是陶瓷材料成本高，加

 

工過程長，制備成本高，這在一定程 度上阻礙了陶瓷材料在商業(yè)領(lǐng)域的 應(yīng)用。因此 3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，可以 節(jié)約陶瓷材料的生產(chǎn)周期，進(jìn)而降低 生產(chǎn)成本，有利于陶瓷材料在產(chǎn)業(yè)上 的大規(guī)模發(fā)展。但是相比于聚合物材 料，陶瓷 3D打印材料的研究和應(yīng)用仍 處于弱勢地位。

 

2.1 氧化鋁陶瓷

 

氧化鋁是市面上最常見的陶瓷原 料。氧化鋁易于取得，其在自然界中的 含量僅次于二氧化硅，位居第 2，來源 廣、成本低，產(chǎn)量大、用途廣。氧化鋁陶 瓷具備很多優(yōu)點，如機(jī)械強(qiáng)度好、抗彎 折、硬度高、耐磨損等?，F(xiàn)今，氧化鋁陶 瓷 3D打印材料的制備方法主要有如 下幾種 :首先是通過在陶瓷粉中添加 粘結(jié)劑，通過具體方法制備得到氧化 鋁陶瓷 ;二是取陶瓷粉末，再將粘結(jié)劑 涂覆在陶瓷粉末的表面，進(jìn)而得到覆 膜陶瓷 ;三是將陶瓷粉末進(jìn)行表面改 性，然后再添加粘結(jié)劑進(jìn)行混合。在制 備過程中，需要維持陶瓷材料胚體的 優(yōu)良機(jī)械和力學(xué)性能，這就需要添加 有機(jī)物、合金粉末等進(jìn)行改性處理，再 通過具體的燒結(jié)等方式的處理合成 氧化鋁陶瓷材料。在陶瓷 3D打印材料 的技術(shù)中，采用改性得到的陶瓷粉末 材料進(jìn)行 3D打印，生產(chǎn)時間短、成本 低、加工方便、可操作性強(qiáng)，因此氧化 鋁陶瓷3D打印材料廣泛地應(yīng)用在建 筑、航空航天和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。

 

2.2 磷酸三鈣陶瓷

 

磷酸三鈣陶瓷材料近年來越來 越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。磷酸三鈣 陶瓷材料是通過合成方式得到的加工 材料，由于磷酸三鈣陶瓷材料化學(xué)組 分與人體的骨骼十分相似，且通過該 材料得到的人體骨骼具有良好的生 物相容性，沒有變異性，并且能夠順利實現(xiàn)人體的新陳代謝，具有較好的 骨傳導(dǎo)性，是現(xiàn)今大熱的生物醫(yī)療材 料，可以用作骨修復(fù)用的三維支架。為 了更好地實現(xiàn)磷酸三鈣陶瓷材料的功 能性，國外已經(jīng)有研究成果顯示，通過 3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)磷酸三鈣陶瓷 材料的制備，方法簡便，制備過程耗時 短，降低了材料的制作經(jīng)濟(jì)成本和時 間成本 ;此外，利用噴墨沉積 3D打印 技術(shù)可以實現(xiàn)磷酸三鈣陶瓷支架的打 印，并得以應(yīng)用。

 

2.3 陶瓷先驅(qū)體

 

聚合物材料家族中還有一類適用 于 3D打印的材料——陶瓷先驅(qū)體。該 材料用化學(xué)方法合成，可利用有機(jī)聚 合物陶瓷先驅(qū)體，通過高溫裂解處 理，即可得到無機(jī)陶瓷。在惰性氣體的 保護(hù)下，通過熱處理對陶瓷先驅(qū)體進(jìn) 行加熱，可將該材料熱解成S i C、S i3N4等陶瓷基復(fù)合材料，熱解的同時產(chǎn)生 揮發(fā)性氣體。通過氣體的產(chǎn)生，導(dǎo)致 材料本體的體積改變，進(jìn)而使得制備 得到的陶瓷具有裂紋和孔隙結(jié)構(gòu),降 低陶瓷材料的致密度。為了避免陶瓷 材料致密度的改變，可以在合成陶瓷 先驅(qū)體的過程中加入惰性填料或活 性填料，進(jìn)而提升陶瓷的產(chǎn)率。對比 傳統(tǒng)的陶瓷顆粒制備方法，通過制備 得到陶瓷先驅(qū)體，再將其進(jìn)行化學(xué)方 法轉(zhuǎn)化，從而制備的陶瓷的過程，省 略了高溫?zé)Y(jié)的步驟，降低了制備 工藝要求，簡化了制備方法。在制備 的過程中，不必在加壓的環(huán)境下進(jìn) 行，也不必再添加燒結(jié)添加劑，并且 能夠提升陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度。在惰 性氣氛的保護(hù)下，通過加熱聚硅氧烷 陶瓷先驅(qū)體，可以熱解得到氮化硅陶 瓷及氧化硅陶瓷。并且制備原料聚硅 氧烷成本低廉，通過該方法熱解得到 的陶瓷先驅(qū)體性能好、成本低，是理想的制備陶瓷先驅(qū)體的聚合物先驅(qū) 體材料。同時，聚硅氧烷化學(xué)物理性 質(zhì)優(yōu)良，既能夠光致發(fā)光，又具有較 高的硬度，還具有半導(dǎo)電性等電學(xué)特 性，可以用這種材料來合成特殊陶瓷 薄膜或光電器件。

 

3、金屬材料

 

近幾年來，產(chǎn)業(yè)上對 3D打印材 料的需要化愈發(fā)明顯，3D打印技術(shù)的 發(fā)展使得 3D打印材料產(chǎn)品可以應(yīng)用 于一些復(fù)雜產(chǎn)品加工。通過 3D打印技 術(shù)利用金屬材料打印得到的產(chǎn)品，相 關(guān)研究不斷增加，應(yīng)用面也非常的廣 泛，如國防、航空等領(lǐng)域。通過 3D打 印技術(shù)利用金屬材料打印得到的產(chǎn) 品，還可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料昂 貴的金屬零部件的生產(chǎn)中。由于通過 3D打印技術(shù)可以壓縮材料制造的成 本、縮短成材周期，提高制造效率，優(yōu) 化產(chǎn)品質(zhì)量。制備 3D打印所使用的金 屬，要求也較高，需要金屬粉末具有較 高的純凈度和球形度，較窄的粒徑分 布和較低的氧含量。目前業(yè)內(nèi)比較流 行的金屬類材料主要包括鈦合金、高 溫合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外 還有用于打印首飾的金、銀等貴金屬 粉末材料[2]。

 

3.1 鈦合金

 

鈦合金的物理化學(xué)性質(zhì)很適合 在3D打印技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。鈦合金 的強(qiáng)度高、耐腐蝕并且耐熱，可以在制 作飛機(jī)發(fā)動機(jī)、火箭和導(dǎo)彈的各種結(jié) 構(gòu)件等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。北京航空航天 大學(xué)王華明團(tuán)隊，利用鈦合金作為材 料，通過 3D打印技術(shù)得到了“飛機(jī)鈦 合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件”。這是迄今它 能夠給 3D打印技術(shù)制作得到的最大結(jié) 構(gòu)部件，已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)上獲得了應(yīng)用，該 項技術(shù)在 2013年獲得了國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。值得一提的是，2017年我 國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的民用飛機(jī) C919大飛機(jī)，其機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的主要承 重部件機(jī)翼中央翼緣條，也是 3D打印 技術(shù)的成果。該款飛機(jī)是按照國際最 新的適航標(biāo)準(zhǔn)研制而成，由西北工業(yè) 大學(xué)黃衛(wèi)東教授團(tuán)隊通過鈦合金 3D打 印材料，應(yīng)用于機(jī)身上。

 

3.2 高溫合金

 

高溫合金材料也屬于產(chǎn)業(yè)上需 求量較高的金屬材料。高溫合金材料 具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu) 點，但是通過傳統(tǒng)方法制備得到的高 溫合金材料，其制備成本高，不易成 形，制備方法要求高。在航空工業(yè)領(lǐng) 域，高溫合金材料是主要應(yīng)用的 3D打 印材料[3]。美國的研究人員通過 3D打 印技術(shù)制備得到了I N718鎳基高溫合 金轉(zhuǎn)子。值得一提的是，不銹鋼被譽(yù)為“高溫合金家族中的性價比之王”，利 用不銹鋼材料為原料，通過 3D打印 技術(shù)得到的產(chǎn)品強(qiáng)度高，很適合在產(chǎn) 業(yè)上進(jìn)行應(yīng)用。但是該材料由于表面 粗糙，所以常被用于打印功能結(jié)構(gòu)件 等。鎂鋁合金由于質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，近 年來也被使用在 3D打印材料領(lǐng)域。由 于鎂鋁合金質(zhì)量輕，在輕量化制造業(yè) 的生產(chǎn)中需求量較大。日本佳能公司 的頂級單反相機(jī)，其殼體上的曲面頂 蓋就是利用 3D打印技術(shù)得到的。

 

4、仿生3D打印材料

 

現(xiàn)今的大部分生物材料都是由 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料組成，通過對生 物材料的微觀結(jié)構(gòu)加以合理利用，并 對不同性質(zhì)的材料進(jìn)行組合，可以實 現(xiàn)材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。通過生物 材料形成的結(jié)構(gòu)其具有多級性與復(fù)雜 性。通過 3D打印技術(shù)得到的材料，可 以用于模擬生物材料。制備生物材料的 3D打印技術(shù)，可以同時打印 2種甚 至多種不同類型的材料。生物材料的 3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)生物支架打 印、細(xì)胞打印，還可以打印出活的細(xì) 胞，以及聚合物藥物生長因子，實現(xiàn) 特定位置的 3D打印技術(shù)?，F(xiàn)今比較前 沿的 3D打印技術(shù)，可以打印出生物組 織和器官，如上文提到的生物打印骨 骼。通過這種方法得到的產(chǎn)品，可以用 于治療機(jī)體損傷。噴射材料擠出和光 固化成型是目前比較流行的活體細(xì)胞 3 D 打 印 技 術(shù) 。并 且 ，還 需 對 生 物 組 織 結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的模擬研究，從而提 高生物材料應(yīng)用的準(zhǔn)確性與可靠性。

 

以通過3D打印技術(shù)制備血管生 物材料為例，主要依賴的就是材料擠 出技術(shù)和光固化 3D打印技術(shù)[4]，從而 實現(xiàn)血管材料的構(gòu)建。H i n t o n等通過 研究實現(xiàn)了通過凝膠浴輔助支撐的 3D打印方法，凝膠浴的主要成分是明 膠微粒。明膠微粒是塑性流體，在低 剪切應(yīng)力的情況下，其為彈性固體，在 剪切應(yīng)力高于臨界值時，其可以像粘 性流體一樣流動。通過控制 3D打印材 料在噴嘴擠出后，進(jìn)入凝膠浴中進(jìn)行 移動，控制剪切應(yīng)力的變化控制凝膠 浴的流動，從而控制噴嘴擠出材料的 成型，進(jìn)而構(gòu)造支化的動脈結(jié)構(gòu)。生 物 3D打印技術(shù)對精度的實現(xiàn)還很有 限，通過該方法打印得到的血管一般 直徑比較大，其擁有毫米級的直徑分 布。近期，科研人員研究出了利用精度 較高的雙光子聚合打印方法，通過該 方法打印出的血管結(jié)構(gòu)內(nèi)徑和壁厚降 低到 18μm和 3μm。

 

通過研究人員的努力，已經(jīng)形成 了仿生原理和 3D打印技術(shù)結(jié)合的新 方式，通過這種方式，在實現(xiàn) 3D打印 生物材料功能性的同時，還可以實現(xiàn) 材料的精度控制。雖然 3D打印生物材料的技術(shù)在不斷成熟，但是利用 3D 打印方式實現(xiàn)生物材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用 還面臨著不少難題。首先，亟待解決 的是 3D打印生物材料技術(shù)精度的提 高，如實現(xiàn)毛細(xì)血管這種細(xì)微結(jié)構(gòu)的 打印 ;其次，通過 3D打印技術(shù)得到生 物材料的原材料選擇較少，并且技術(shù) 層面主要是光固化技術(shù)，原料多用光 敏樹脂等合成材料 ;第三，對填料在 材料中的取向控制仍有待加強(qiáng)，需提 高生物材料的微觀結(jié)構(gòu)控制的精度。

 

5、其他材料

 

除去上文所述的聚合物材料、陶 瓷材料、金屬材料以及仿生3D打印材 料等，還存有很多可以適用于 3D打印 技術(shù)的原材料，多 3D打印技術(shù)的發(fā)展 具有很大的幫助作用。目前較為流行 的 3D打印材料還包括覆膜砂、農(nóng)作物 秸稈、聚乳酸、石膏、人造骨粉、細(xì)胞生 物原料以及砂糖等。覆膜砂是一種通 過熱固性樹脂(如酚醛樹脂)為原料，在 其中添加一定量的鋯砂和石英砂進(jìn)而 制備得到，通過激光燒結(jié) 3D打印技術(shù) 可以得到以覆膜砂為原料的 3D打印 成品，另外也可通過鑄造砂型制備覆 膜砂金屬器件，尤其是可以應(yīng)用到具 有復(fù)雜形狀的有色合金鑄造領(lǐng)域，如 鎂鋁合金等較為常見的金屬。農(nóng)作物 秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)量較大的廢棄 物，作為可再生資源，農(nóng)作物秸稈的再 利用引起了科研人員的廣泛興趣。江 蘇揚(yáng)州的一家企業(yè)就自主研發(fā)出了以 玉米秸稈為主要原料的新型 3D打印材 料。農(nóng)作物秸稈原料具有天然特由的 顏色及紋理，通過該原料利用 3D打印 技術(shù)打印而成的花瓶、餐盤等日常生 活用品不僅外表漂亮，在生活中也很 實用，還伴有淡淡的草木清香，低碳環(huán) 保，深受消費者喜愛。并且農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量大、成本低，大大降低了成品的制 作成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

 

6、3D打印材料發(fā)展方向

 

現(xiàn)今，已經(jīng)有 300多種適用于 3D 打印的材料問世。對于 3D打印的應(yīng)用 前景還很依賴于 3D打印材料的研發(fā) 以及其市場化推廣。在我國，市面上相 對較為流行的 3D打印設(shè)備是桌面打 印機(jī)，但相比國外，我國 3D打印材料 的科研水平還處于起步階段，有很大 的發(fā)展空間。通過上文所述，雖然也 有ABS樹脂等這些被廣泛應(yīng)用于3D 打印技術(shù)的聚合物材料，但這些原理 的成本還相對較高，通過其打印而成 的產(chǎn)品，在打印精度和成型度上還不 是非常樂觀，相比于國外同類產(chǎn)品要 低。就 3D打印設(shè)備而言，我國還依賴 于進(jìn)口設(shè)備，由于打印效果不理想，自 主研發(fā)的 3D打印設(shè)備還未能占領(lǐng)市 場。比較常用的金屬材料的國內(nèi)生產(chǎn) 水平也較低。因此，我國的 3D打印成 本較高，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用速度慢，嚴(yán)重阻礙了我國 3D打印技術(shù)的發(fā)展。所以，在 3D 打印技術(shù)越來越流行的現(xiàn)代社會，專 家學(xué)者越來越關(guān)注如何降低 3D打印的 成本，研發(fā)出更加經(jīng)濟(jì)實用的 3D打印 材料和設(shè)備。通過市場的反應(yīng)可以看 出，人類生產(chǎn)生活對 3D打印技術(shù)的要 求是提高 3D打印產(chǎn)品的機(jī)械性能和可 加工型，便于產(chǎn)品成型，提高成型精度 和成型細(xì)節(jié)。并且，對于 3D打印產(chǎn)品的 抗腐蝕、耐磨、耐熱等方面的性能要求 也越來越苛刻。雖然 3D打印技術(shù)的發(fā) 展遭遇了瓶頸，但是由于 3D打印技術(shù) 帶來的種種優(yōu)勢，研究者和企業(yè)對3D 打印技術(shù)的開發(fā)，對 3D打印原料的選 擇熱情仍然高漲。通過 3D打印技術(shù)可 以降低產(chǎn)品生產(chǎn)時長，進(jìn)而提高制造 過程的經(jīng)濟(jì)學(xué)，優(yōu)化原材料和能源的 使用效率，是一種環(huán)保高效、適合大眾 需求的高科技手段。3D打印技術(shù)不斷 刷新人們對傳統(tǒng)制造業(yè)的認(rèn)識，潛移 默化地改變著人類的生產(chǎn)生活，通過 不斷的發(fā)展，3D打印技術(shù)將會更加多 元化，更能夠適應(yīng)市場的需求，更多的智能化材料將逐步取代傳統(tǒng) 3D打印材 料，3D打印設(shè)備將更加智能化和靈巧 化，通過 3D打印原料制備的成品精度 也會有較大幅度的提高。

 

在當(dāng)今社會，不斷發(fā)展的 3D打印 技術(shù)正逐步與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng) 等產(chǎn)業(yè)緊密融合。3D打印材料的發(fā)展 促進(jìn)了 3D打印技術(shù)的進(jìn)步，越來越能 滿足人們對生產(chǎn)生活的需求。通過這 種新興的生產(chǎn)方式，將會刷新人類社 會的制造觀念，徹底打破傳統(tǒng)的制造 格局，給人類社會的發(fā)展注入新鮮的 血液。相信在不久的將來，3D打印材 料將更加多元化，滿足 3D打印技術(shù)的 發(fā)展和市場的需求。我國雖然在 3D打 印材料和打印技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，但 是通過科研單位和科研人員的聰明才 智，我國在 3D打印領(lǐng)域的發(fā)展會越來 越好，更多的 3D打印材料會貼上自主 研發(fā)的標(biāo)簽，進(jìn)一步促進(jìn)我國 3D打印 市場的發(fā)展，讓 3D打印產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶。

 

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