１．熔融沉积成型（ＦＤＭ）材料 目前，应用于ＦＤＭ工艺的材料基本上是聚
的黏结强度；对于可剥离性支撑材料，应与成型 材料之间形成较弱的黏结力，对于水溶性支撑材
表１常用的３Ｄ打印材料 材料形态 液态 固态粉末 蜡粉 尼龙粉 材料品种 光固化树脂 覆膜陶瓷粉 钢粉 覆膜钢粉 固态片材 覆膜纸 覆膜塑 覆膜陶瓷箔 覆膜金属箔 蜡丝 ＡＢＳ丝 固态丝材
航天工业、汽车工业以及医疗 产品业
ＰＣ／ＡＢＳ
玩具以及电子产业
特征零件，并解决了手工不易拆除支撑，或因特 征太脆弱而拆破的问题。更可增加支撑接触面的 光洁度。这对于成型由多个元件组成的组件十分 有利。
预聚物（ＰｒｅＤｏｌｙｍｅｒ）、单体（Ｍｏｎｏｍｅｒ）及少量添 ）Ｊ［１齐ｌＪ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）等组成。 光敏树脂是随ＳＬＡ工艺技术的发展不断开 发的，国外ＳＬＡ专用光敏树脂一般由实力雄厚的 大公司（如Ｃｉｂａ－Ｇｅｉｇｙ，Ａｓｈａｈｉ，Ｄｅｎｄａ）研制、开
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该材料的使用量正在迅速增加。２００２年又推出了 支持ＦＤＭ技术的工程材料ＰＰＳＦ，其耐热温度为 （２０７．２～２３０）℃，适合高温的工作环境。在各 种快速成型工程材料之中，ＰＰＳＦ有着最高的耐 热性、强韧性以及耐化学品性。随后，Ｓｔｒａｔａｓｙｓ 公司开发了工程材料ＰＣ／ＡＢＳ。ＰＣ／ＡＢＳ结合 了ＰＣ的强度以及ＡＢＳ的韧性，性能明显强于 ＡＢＳ。Ｓｔｒａｔａｓｙｓ公司几种成型材料的价格及其使 用范围如表２所示。 １９９８年澳大利亚的Ｓｗｉｎｂｕｍｅ工业大学推 出的一种金属一塑料复合材料丝是将铁粉混合到 尼龙Ｐ３０１中，添加增塑剂和表面活性剂制成的。 这种材料可用ＦＤＭ工艺直接快速制模。 １９９８年美国Ｖｉｒｇｉｎｉａ工学院研究了用于 ＦＤＭ的热致液晶聚合物（ＴＬＣＰ）纤维，其拉伸模 量和强度大约是ＡＢＳ的四倍。 Ｓｔｒａｔａｓｙｓ公司于１９９２年开发出剥离性支撑 材料。该支撑材料可很容易地从成型零件上剥离， 成型零件的外形也 不会因支撑的剥离 而损伤。１ ９９９年 该公司开发出水溶 性支撑材料（丙烯 酸酯共聚物）。因为 可通过超声波清洗 器或碱水（浓缩洗 衣粉）等部分溶解， 该支撑材料特别万方数据
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应能在一定时间内溶
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究单位的ＭｅｄＭｏｄｅｌｅｒ机型，使用材料为ＡＢＳ。 １９９９年该公司推出可使用热塑性聚酯的Ｇｅｎｉｓｙｓ
以及制件的精度和表面光洁度的影响，通过优化 工艺参数，ＡＢＳ的ＦＤＭ成型件已能满足实际产 品的性能要求。ＰＣ、ＰＰ、ＰＭＭＡ、聚酯树脂等 热塑性塑料也开始用于ＦＤＭ工艺。 国内研究ＦＤＭ材料的单位比较少。北京航 空航天大学对短切玻璃纤维增强ＡＢＳ复合材料 进行了一系列的改性研究。通过加入短切玻纤， 能提高ＡＢＳ的强度、硬度且显著降低ＡＢＳ的收 缩率，减小制品的形变；但同时使材料变脆。加 入适量增韧剂和增容剂后，能较大幅度提高复合 材料丝的韧性及力学性能，从而使制备出的短切 玻璃纤维增强复合材料适合于ＦＤＭ工艺。北京 太尔时代公司通过和国内外知名的化工产品供应 商合作，于２００５年正式推出高性能ＦＤＭ成型材 料ＡＢＳ ０４。该材料具有变形小、韧性好的特点， 非常适于装配测试，可直接拉丝。该材料性能和 美国Ｓｔｒａｔａｓｙｓ公司的ＡＢＳ Ｐ４００成型材料性能 相近，可以替代进口材料，降低用户的使用成 本。近年来，华中科 技大学研究了改性 聚苯乙烯支撑材 料。 Ｓｔｒａｔａｓｙｓ公司 是世界上最大 的Ｆ
化光敏树脂，且主要应用于油墨。 在３ＤＰ快速成型技术中，光固化树脂的配方 研究主要内容如下： 确定光固化树脂所需组分以及光弓１发剂 适合含量； 研究树脂各个组分含量对最终固化成型 的影响； 光固化树脂黏度即流动性的影响； 研究光固化树脂在基底上的流平速度； 光固化树脂稳定性能研究。
总之，目前国两外ＳＬＡ工艺专用光敏树脂
甲基丙烯酸一丙烯腈一丁二 烯～苯乙烯聚合物细丝
消失模铸造蜡丝
甥胶幺幺
３５０——３８５
注射模制造 消失模制造 医用模型制造
ＩＣＷ０６ Ｗａｘ
Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ
Ｅ２０
４５８
Ｐｏｌｙｓｔｅｒ Ｐ１５００
塑胶丝 聚碳酸酯
３９６
直接制造塑料注射模具 功能性测试，例如棘轮机构、 电动工具、汽车零件
ＰＣ
ＰＰＳＦ
聚苯砜 聚碳酸酯和ＡＢＳ混合
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ｔ．，
３ Ｄ打印材料及研究热点
口孙聚杰
一维快速成型打印（Ｔｈｒｅｅ ——ｓｉｏｎａｌ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ，简称３ＤＰ），即快
速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为 基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通 过逐层打印的方式来构造物体的技术。
Ｄｉｍｅｎ
３Ｄ打印材料
现阶段制约３Ｄ打印技术发展因素主要有两
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万方数据
氧基发生开环聚合反应，树脂由液态变为固态。 环氧类光敏树脂的应用时间较长，并仍在不断发 展，女Ｕ２０００年Ｖａｎｔｉｃｏ公司推出的ＳＬ一５１７０、ＳＬ一 ５２１０、ＳＬ－５２４０等，ＤＳＭ Ｓｏｍｏｓ公司推出的 ＳＯＭＯＳ６１１０、７１１０、８１１０等，瑞士ＲＰＣ公司推 出的ＲＰＣｕｒｅｌ００ＨＣ、１００ＡＲ等。以乙烯基醚类 为预聚物的阳离子光敏树脂出现较晚，１９９２年３ 月，日本成功地开发了以乙烯醚预聚物为主要成 分的Ｅｘａｃｔｏｍｅｒ２２０１型树脂，作为ＳＬＡ一２５０快 速成型设备的专用树脂。 阳离子型树脂的优点：聚合时体积收缩小， 反应固化率高，成型后不需要二次固化处理，与 需要二次固化的树脂相比，不发生二次固化时的 收缩应力变形；不受氧阻聚；由于成型固化率高， 时效影响小，因而成型数月后也无明显的翘曲及 应力变形产生；力学性能好。缺点：黏度较高， 需添加相当量的活性单体或低黏度的预聚物才能 达到满意的加工黏度；阳离子聚合通常要求在低 温、无水情况下进行，条件比自由基聚合苛刻。 目前，将自由基聚合树脂与阳离子聚合树脂 混合聚合的研究较多，这类混合聚合的光敏树脂 主要由丙烯酸系列，乙烯 基醚系列和环氧系列的预 聚物和单体组成。由于自 由基聚合具有诱导期短， 固化时收缩严重，光熄灭 后反应立即停止的特点。 而阳离子聚合诱导期较长， 固化时体积收缩小，光熄 灭后反应可继续进行，因 此两者结合可互相补充， 使配方设计更为理想，还 有可能形成互穿网络结构， 使固化树脂的性能得到改 善。 国内研制与开发的光 敏树脂基本上为紫外光固
Ｍ生产厂
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商。１
８年与
ＭｅｄＭｏｄｅｌｅｒ公司 合作开发了专用于 一些医院和医学研
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万方数据
冬 ◇
表２ Ｓｔｒａｔａｓｙｓ公司几种成型材料的价格及其使用范围 材料型号
ＡＢＳ Ｐ４００
材料类型
材料价格／ＵＳＤ／ｋｇ
２５０——３２５
使用范围 概念型、测试型
丙烯腈一丁二烯一苯乙烯聚
合物细丝
ＡＢｓｉ Ｐ５００
发、生产，己形成系列产品。 ２）光敏树脂的研究现状 最早应用于ＳＬＡ工艺的液态树脂是自由基 型紫外光敏树脂，主要以丙烯酸醋及聚氨酯丙烯 酸酯作为预聚物，固化机理是通过加成反应将双 键转化为单键。如Ｃｆｂａ－Ｇｅｉｇｙ Ｃｉｂａｔｏｏｌ公司推 出的５０８１、５１３１、５１４９，ＤＵ Ｐｏｎｔ公司推出的商 业化树脂２１００（２１ ｌＯ），３１００（３１ １０）。这类光敏树 脂具有固化速度高、黏度低、韧性好、成本低的 优点。其缺点：在固化时，由于表面氧的干扰作 用，使成型零件精度较低；树脂固化时收缩大， 成型零件翘曲变形大；反应固化率（固化程度）较 环氧系的低，需二次固化；反应后应力变形大。 后来又开发了阳离子型紫外光敏树脂，主要 以环状化合物及乙烯基醚作为预聚物，固化机理 为在光引发剂的作用下，预聚物环状化合物的环
的研究与开发基本都集中在紫外光敏树脂方面， 开发出的树脂还不能满足一些制件的要求。对于 可见光敏树脂的研究进行得很少，对具有特殊导 电、导磁等功能的功能性光敏树脂和高强度、可 替代工程塑料的光敏树脂的开发，在国内外均很 少见报道。
３Ｄ打印的应用
３Ｄ技术开始越来越 靠近人们的生活，３Ｄ打印 机也越来越平民化。原来 的３Ｄ打印机非常庞大，基
万方数据
个：打印材料和设备。与设备的研发相比，材料 的研发难度更大。３Ｄ打印技术本身并不复杂，但 可用的耗材却是个难点。普通打印机的耗材就是 墨水和纸张，但３Ｄ打印机的耗材却主要是胶水、 高分子材料，而且必须经过特殊处理，对材料的 固化反应速度等也要求很高。不同的３Ｄ打印技 术对成型材料有不同的要求，但是均要有利于快 速精确的成型，成型材料决定了快速成型技术的 成败，因此需要花大量心思进行研究开发，以求 各方面达到性能所需。 ３Ｄ打印材料种类繁多，有各种分类方式，可 按物理状态、化学性能、材料成型方法等角度分 类，常用的快速成型材料如表１所示。根据成型 过程中使用的材料可将三维快速成型打印技术分 为三种：粘接材料、熔融材料和光固化三维快速 成型打印材料。 现有的３Ｄ打印技术多使用ＡＢＳ、人造橡胶、 塑料、沙子、铸蜡和聚酯热塑性塑料等，这些材 料多为粉末或者黏稠的液体，从价格上来看，便 宜的几百块１ ｋｇ，最贵的１ ｋｇ则要４万元左右。 把３Ｄ打印材料固化的方式有加热、降温、紫外 线和激光烧结四种，从各种技术的成本来看，“熔 融沉积”是整体成本最低的，因而普及度也最高。 随着新材料技术的发展，未来还会出现更多的打 印材料。
合物。成型材料一般为ＡＢＳ、石蜡、尼龙、聚碳 酸酯（ＰＣ）或聚苯砜（ＰＰＳＦ）等；支撑材料有两种类 型，一种是剥离性支撑，需要手动剥离零件表面 的支撑；另外一种是水溶性支撑，可分解于碱性 水溶液中。 １）ＦＤＭ材料性能要求 ＦＤＭ的成型质量除受成型设备和数据处理 软件的影响外，还取决于成型材料和成型工艺参 数。用于ＦＤＭ的热塑性塑料应具有低的凝固收 缩率、陡的粘温曲线和较好的强度、刚度、热稳 定性等物理机械性能。 在进行ＦＤＭ工艺之前，聚合物材料首先要 经过螺杆挤出机制成直径约２ ｍｍ的单丝，所以 需满足挤出成型方面的要求。 针对ＦＤＭ的工艺特点，聚合物材料还应满 足以下要求。 ・机械性能：丝状进料方式要求料丝具有 一定的弯曲强度、压缩强度和拉伸强度，这样在 驱动摩擦轮的牵引和驱动力作用下才不会发生断 丝现象；支撑材料只要保证不轻易折断即可。 ・收缩率：成型材料收缩率大，会使ＦＤＭ 工艺中产生内应力，使零件产生变形甚至导致层 间剥离和零件翘曲；支撑材料收缩率大，会使支 撑产生变形而起不到支撑作用。材料的收缩越小 越好。 ・对于成型材料，应保证各层之间有足够