3D打印的材料和工艺发展
147页1、3D打印的材料和工艺发展 3D打印未来最赚钱的部分之一 材料 美国巨头3DSystem测算 未来3年 材料部分将成为3D行业最大的利润来源 还记得惠普打印机是怎么赚钱的吗 没错 卖硒鼓墨盒 2 13D打印常用材料2 2材料的制备方法2 3材料的性能2 4材料发展趋势 23D打印的材料及工艺 3D打印主要由设备 软件 材料三部分组成 其中材料是不可或缺的环节 而现在业界主要研究的是设备和软件 对材料研究还不够重视 材料瓶颈已经成为限制3D打印发展的首要问题 因为未来3D打印的真正发展将在高端领域即工业应用 而目前高端打印材料的发展尚无法满足3D打印技术发展的需要 材料基因组计划 又名MaterialsGenomeInstitute 简称MGI 2011年6月24日 美国总统奥巴马宣布启动一项价值超过5亿美元的 先进制造业伙伴关系 AdvancedManufacturingPartnership AMP 计划 呼吁美国政府 高校及企业之间应加强合作 以强化美国制造业领先地位 而 材料基因组计划 MaterialsGenomeInitiative MGI 作为AMP计划中的重要组成部分 投资
2、将超过1亿美元 美国材料基因组计划 材料基因组计划 拟通过新材料研制周期内各个阶段的团队相互协作 加强 官产学研用 相结合 注重实验技术 计算技术和数据库之间的协作和共享 利益通过学习标识以解决知识产权问题 目标是把新材料研发周期减半 成本降低到现有的几分之一 以期加速美国在清洁能源 国家安全 人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等方面的进步 加强美国的国际竞争力 材料基因组计划 项目在2012年已投入1亿美元 2012年12月21日 材料科学系统工程发展战略研究 中国版材料基因组计划 重大项目启动会在中国工程院召开 会议由屠海令院士主持 项目组总顾问徐匡迪院士和清华大学原校长顾秉林院士出席了会议 才鸿年 崔俊芝 范守善 顾秉林 南策文 沈宝根 王崇愚 王鼎盛 王海舟 王一德 徐惠彬等近40位院士专家分别作为项目组顾问和课题组负责人出席了会议 中国材料基因组计划 2 13D打印常用材料2 1 1材料面临的问题2 1 2塑料2 1 3光敏树脂2 1 4金属材料2 1 5复合材料2 1 6其他材料 23D打印的材料及工艺 理论上来说 所有的材料都可以用于3D打印 但目前主要以石膏 光敏树脂
3、塑料为主 这很难满足大众用户的需求 特别是工业级的3D打印材料更是十分有限 目前适用的金属材料只有10余种 而且只有专用的金属粉末材料才能满足金属零件的打印需要 需要用到金属粉末材料的3D打印为工业级打印机 即选择性激光烧结 SLS 选择性激光熔化 SLM DLS 激光直接金属堆积 DMD 技术 2 13D打印常用材料 23D打印的材料及工艺 2 1 1材料面临的问题 目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是 1 可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展 2 打印流畅性不足 3 材料强度不够 4 材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾 5 材料标准化及系列化规范的制定 3D打印对粉末材料的粒度分布 松装密度 氧含量 流动性等性能要求很高 但目前还没有形成一个行业性的标准 因此在材料特性的选择上前期要花很长的时间 2 13D打印常用材料 2 1 1材料面临的问题 塑料是指以树脂为基础原料 加入各种添加剂 在一定温度 压力下可塑制成型 在常温下能保持其形状不变 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 一 塑料的组成 塑料是以树脂为主要成分 加入各种添加剂 树脂是塑料的主要成分 对塑料性能起
4、决定性作用 塑料制品 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 树脂 指受热时通常有转化或熔融范围 转化时受外力作用具有流动性 常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物 它是塑料最基本的成分 决定塑料的类型和基本性能 1 树脂的概念 1 树脂 2 树脂的作用胶粘其它成分材料赋予塑料可塑性和流动性 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 3 树脂的分类 天然树脂 是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质 如松香 琥珀 虫胶等 合成树脂 是人们模仿天然树脂的成分 用化学人工合成方法制取的树脂 如聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 酚醛树脂 环氧树脂 氨基树脂等 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质 填料 填充剂 主要起增强作用 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构 稳定剂用于防止塑料老化 延长其使用寿命 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上 使制品光亮 着色剂用于塑料制品着色 其他的还有发泡剂 催化剂 阻燃剂 抗静电剂等 添加剂 2 添加剂 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 在受热或其它条件下能固化成不熔性
5、物质的塑料 其分子结构最终为网状结构 变化过程不可逆 热固性塑料常用于压缩成型 有的也可以采用注射成型 二 塑料的分类 1 按成型性能分类 指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料 其分子结构是链状或枝状结构 变化过程可逆 热塑性塑料常采用注射 挤出或吹塑等方法成型 热塑性塑料 热固性塑料 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 热塑性塑料受热时软化 冷却后变硬 具有可塑性和重复性 其树脂结构为线性或支链型 弹性 塑性好 硬度低 热固性塑料加热固化后不再软化 形成不溶 不熔物 其树脂结构为体型 网状型 硬度高 脆性大 无弹性和塑性 二 塑料的分类 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 表2 1常用热塑性塑料和热固性塑料 通用塑料 产量大 用途广 价格低 性能一般的塑料 常用作非结构材料 如聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 酚醛塑料和氨基塑料六大类 其产量约占世界塑料总产量的80 二 塑料的分类 2 按用途分类 2 13D打印常用材料 2 1 2塑料 工程塑料 能承受一定的外力作用 并有良好的机械性能和尺寸稳定性 在高 低温下仍能保持其优良性能 可以作为工程结构件的塑料 AB
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