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摘要：3D打印是一种新兴的加工技术，近年来发展迅速，除了在工业生产和民用领域外，同样也广泛应用于航空航天、军事、医疗等领域。用于3D打印的材料通常需要具有较为突出的粘附性能，用以保证多层材料之间具有较强的粘结力，从而支撑产品的三维成型。通常来说，高分子材料丝材、光敏树脂等材料均可用于3D打印。
关键词：3D打印；高分子材料；分析研究
引言：3D打印技术是一种通过三维数据采用材料逐层累加的方法制造实体的快速成型技术。这种以数据为基础将材料自动累加起来成为实体的方法称为增材制造。决定3D打印技术应用的不是3D打印技术本身，而是3D打印材料的发展。而在3D打印材料中，高分子材料最为常见，所以本文对3D打印高分子材料的应用进行分析研讨。
1.3D打印高分子材料概述
所使用的材料差异，便是一般的打印技术同3D打印技术之间最大的差异。一般我们在平时生活中使用的打印机都是用的油墨和纸张，但是因为3D打印的功能、设备不同，因此3D打印机的工作原理和使用的材料便和传统打印机是天差地别，而高分子材料是3D打印机最好的材料选择。第一，高分子材料拥有出色的性能，耐磨损、耐高温、重塑能力好；第二，高分子材料拥有出色的可加工性能，用于3D打印，尺寸精确度高；第三，高分子材料在进行3D打印时，能避免出现普通材料容易出现的问题，如尺寸收缩、蜷缩、形变等，因此可以精确地完成模型设计的要求。
2.几种3D打印高分子材料分析
3D打印材料是3D打印的物质基础，也是限制3D打印进一步发展的技术瓶颈。常用的3D打印材料中高分子材料用量最大、应用范围最广、成型方式最多。
2.1高分子丝材
高分子丝材是适用于FDM型3D打印机的主要材料。FDM是目前最具有生命力的快速成型技术之一，它以丝状塑料为打印耗材，利用电加热方式将丝材加热至高于熔化温度，在计算机的控制下，将熔融的材料涂覆在工作台上，逐层堆积形成三维工件。材料的研究与发展在一定程度上决定了3D打印技术能否得到进一步的推广和应用，而作为适用于FDM的高分子丝材，应具备高机械强度、低收缩率、适宜的熔融温度、无毒环保等基本条件。目前，应用于FDM打印的成型材料主要有丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯砜（PPSF）、聚对苯二甲酸乙二醇酯—1，4—环己烷二甲醇酯（PETG）等。本节以ABS树脂具体分析。
ABS是指聚丁二烯橡胶与单体丙烯腈和苯乙烯的接枝共聚物。ABS综合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的优良性能，具有强度高、韧性好、耐冲击、易加工等优点，此外还具有良好的绝缘性能、抗腐蚀性能、耐低温性能和表面着色性能等，在家用电器、汽车工业、玩具工业等领域有着广泛的应用。ABS的优良性能使它成为FDM中最常用的热塑性工程塑料，其打印过程稳定、打印制品强度高、韧性好。但ABS也存在一些缺点：ABS材料具有较大的收缩率，打印制品易收缩变形，表面易发生层间剥离及翘曲等现象，打印过程中有异味产生。
2.2光敏树脂
我们经常说的UV树脂便是用于3D打印的光敏树脂，这是一种由光引发剂与（预）聚合物（或单体）构成的SLA类材料，一般在立体光固化3D打印技术中使用。光敏树脂中的光引发剂被250-300纳米的激光或紫外线的照射之后，会吸收紫外线，转化为激发态分子，之后便急速地分解，触发光敏树脂中的聚合物发生聚合反应，从而整体的固化能够在极短的时间内完成。为了使其充分凝固，3D打印设备可以对光敏树脂进行逐层的扫描，以便最后的成品符合模型设计，使用光敏树脂制作的3D打印产品尺寸精确度非常高。PC目前能有许多研究是有关3D打印材料的，然而能够真正PC用于商业用途的3D打印材料却很少。酸酐、PUA、乙烯基酯PC树脂等是当前使用较多的材料。在这三者之中，酸酐粘度合适，于3D打印成型方便，然而用酸酐打印出的成型产品强度低、硬度高、十分容易收缩；PUA材料的拥有良好的光学性能、耐磨性和韧性，但是也存在着一些问题，如难以调节聚合活动与着色度；乙烯基酯树脂材料的3D打印制成品拥有化学稳定性好、体积收缩度小、硬度大等优点，但是由于其过高的粘度，在一定程度上阻碍了产品的加工成型。上述三种材料都有各自的优势与劣势，因此为了取得最适合实际应用的材料，会在实际使用过程中扬长避短，将几种材料组合。UV树脂的性能在打印材料方能来说较为出色，较好的表面精度使其制成的3D打印成品细节表现出色，表面细腻，可以在精密零件铸模和模具制造当中使用。然而同大多数的高分子材料相比，UV树脂的成本要高出许多，较高的成本影响了UV树脂的适用范围。
2.3高分子粉末
选择性激光烧结技术（SLS）是一种以激光为热源烧结粉末材料成形的快速成形技术。从理论上来说，任何受热后能够粘结的粉末均可作为SLS烧结的原料，包括高分子、陶瓷、金属粉末和它们的复合粉末。高分子粉末由于所需烧结能量小、烧结工艺简单、原型质量好，已成为广泛应用的SLS成型的原材料。但SLS技术本身存在的问题和局限导致其所适用的材料仍然十分有限，为满足功能件对强度、精度等的较高要求，开发和研究高性能高分子成形材料至关重要。SLS技术所用高分子粉末材料应具有粉末结块温度低、收缩小、内应力小、强度高、流动性好等特点。
常见的高分子粉末有聚苯乙烯（PS）、尼龙（PA）、尼龙与玻璃微球的混合物、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、蜡粉等。
2.4生物医用材料
目前医用材料在3D打印中使用的主要是聚乳酸。聚乳酸在医疗领域起的作用不容小觑，其拥有成型流畅、凝固速度快、流动性好的优点，并且生物降解性十分良好。使用聚乳酸制作的产品外观光滑、成形性好，但是容易走形、强度不大、不耐热。可以混入扩链剂或事先进行热处理等办法来解决这些问题，以便提升产品的结晶度、尺寸稳定度和强度，扩大聚乳酸材料制成品的适用范围。最后，在用3D打印技术打印生物医疗制品时，广泛使用PETG、PET、PCL等材料。这些材料可生物降解、成本低，但是大都有着强度不够好的问题，因此还需要进一步地研究改良材料，才能使其更加广泛地应用于医疗领域。
结束语：综上所述，在今天这个3D打印技术日臻成熟的技术社会，如何研制出更加满足实际需求的打印材料，已经成为学者专家们重要的研究课题。现代3D打印技术所需要的打印材料需要拥有更完美的加工性能和力学性能，对于抗腐蚀、抗磨损、耐高温的能力要求也更加严格。因此，完善3D打印技术体系至关重要的要素就是研究用于3D打印的高分子材料。
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