3D打印出现了一些塑料改性技术,主要为以下4个方面:
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
通过补强材料可以提升塑料的刚性和强度。如通过玻璃纤维、金属纤维、木质纤维用于增强ABS的增强使复合材料适合于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
塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性,在一些领域应用受到限制。但如果赋予塑料一些功能,会大大拓展塑料在3D打印制造领域的应用范围。如传统功能性塑料制品通常在加工时混入功能性材料,但由于功能性材料的特殊性,对加工工艺、加工设备要求极高,甚至有些功能性材料由于自身热性能的限制无法直接加入塑料中。特别是一些用于生物医疗的复杂器件、导电材料、温控材料、形变记忆材料采用传统制造方法难以满足要求。通过选择3D打印成型,不但可以得到复杂形状的智能材料,而且通过复合使具有功能的材料在3D打印成型时直接填入塑料。如将电磁场、温度场、湿度、光、pH值等敏感材料通过3D打印用于塑料获得智能材料;利用有机聚合物将金属粉末粘接制备具有形状记忆功能的合金;苏州一公司发明专利公开了一种快速成型形状记忆高分子材料及其制备方法和应用,硬段结构由二异氰酸酯结合结晶型扩链剂构成,软段结构由聚酯型或聚醚型的多元醇结合构成,所打印的3D产品对于时间的维度具有自发形变回复的能力;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室利用导电聚合物以及水凝胶与导电颗粒混合体作为电极材料,利用3D打印技术制造了导电水凝胶电极材料;在生物医疗领域,利用3D打印技术制备双管道聚乳酸/β-磷酸三钙生物陶瓷复合材料支架,具有可控的多孔结构,力学性能明显增强。英国华威大学研制出一种新型导电塑料复合材料,而这种材料的最大特点是可供人们打印符合自己意愿的电子产品,从而减少不必要的电子废弃物。另外,塑料通过功能化利用3D技术可以制作高分子光伏材料、高分子光电材料、高分子储能材料等。
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