近幾年，全球3D打印市場的年平均增長率基本保持在25%以上（數(shù)據(jù)來源 Wohlers Report ）。而3D打印聚合物技術的進步，正在不斷推動3D打印走向新的應用領域。

我們看到，適用于3D打印的聚合物類型正在持續(xù)增長，針對特定3D打印生產(chǎn)工藝而開發(fā)的配方也日益涌現(xiàn)。許多聚合物材料生產(chǎn)商、3D打印材料專業(yè)供應商和設備制造商攜手，不斷優(yōu)化新材料的性能和工藝。

功能強大的PEEK絲材

塑料材料一直朝著高強度方向發(fā)展，通過增強塑料強度用來直接替換金屬用于各類復雜構件，既便宜又質輕，所以塑料材料在3D打印制造中得到了廣泛應用。

全球領先的特種化學品公司贏創(chuàng)，以“成就現(xiàn)實無限可能”為主題，在2021 TCT 亞洲展上展示了全新開發(fā)的3D打印材料解決方案，以拓展增材制造的行業(yè)應用。

3D打印聚醚醚酮絲材可以在工業(yè)層面作為金屬替代品。贏創(chuàng)展示的新型聚醚醚酮（PEEK）絲材INFINAMPEEK9359F就可用于工業(yè)級3D打印。這種自然色的PEEK可直接用于標準的PEEK材料FF/FDM3D 打印機。由于其具有高機械強度、耐水解性、良好的阻燃性等特性，所以特別適用于生產(chǎn)航空航天、汽車和石油天然氣行業(yè)的輕質高性能3D打印部件。

此外，贏創(chuàng)還推出一款可用于醫(yī)療領域的新型3D打印PEEK生物材料。這種名為VESTAKEEP? Care M40 3DF的醫(yī)用PEEK長絲與人體的接觸時間可長達30天，并可通過熔絲制造（FFF）、熔融沉積（FDM）等常見擠出型3D打印技術進行加工。VESTAKEEP? Care M40 3DF長絲的直徑為1.75毫米，重約500克，整齊地纏繞在藍色絲盤上，可直接用于標準規(guī)格的PEEK材料FFF/FDM 3D打印機。這種長絲在潔凈車間生產(chǎn)，并遵循嚴格的醫(yī)用材料質量管理規(guī)定。

圖 贏創(chuàng)推出可與身體接觸長達30天的新型3D打印PEEK長絲VESTAKEEP? Care M40 3DF，可滿足醫(yī)療領域更多個性化診療需求（圖片來源：贏創(chuàng)）

高性能3D打印用PEEK的另一個關鍵參與者是威格斯（Victrex）。該公司指出，大多數(shù)3D打印用的現(xiàn)有PEEK材料是基于最初為機加工和注塑成型等傳統(tǒng)制造工藝而設計的等級，Victrex AM 200線材則是專門為這種新型生產(chǎn)技術開發(fā)的。

威格斯介紹，雖然PAEK的優(yōu)秀機械性能是高性能3D打印部件所需，但如果采用現(xiàn)有的PEEK和PEKK材料，這一目標往往無法實現(xiàn)。如，威格斯重新將注塑成型PEEK加工成熔絲增材制造，通常會因為層間粘合不良而導致零部件強度降低。新材料旨在解決這一問題。

圖 VICTREX AM? 200 絲材打印的不同部件（圖片來源：INTAMSYS）

第一家提供威格斯新型AM PAEK線材的3D打印設備供應商是中國的遠鑄智能（Intamsys）。遠鑄智能也是威格斯熔絲加工網(wǎng)絡的一部分，旨在促進PAEK型高性能Victrex AM材料的使用。據(jù)報道，使用遠鑄智能制造的設備打印時，Victrex AM 200線材表現(xiàn)出更高的Z軸強度，可以達到其XY強度方向的80%，具有比現(xiàn)有PAEK材料更好的熱熔絲成型 (FFF) 打印適應性。

“到目前為止，我們的測試結果表明，用遠鑄智能的3D打印設備打印時，Victrex AM 200線材比其它PAEK材料具有更好的層間附著力?！?遠鑄智能的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Chares Han（韓成超）說：“與未填充PEEK相比，其結晶速度較慢、熔融溫度較低、粘度根據(jù)線材熔融過程進行了更恰當?shù)恼{整，如材料離開噴嘴后更容易在成型腔中流動。”

“在暴露的環(huán)境中流動速率更高（低剪切率），這促進了層間粘合和打印過程的穩(wěn)定性。所有這些都有助于改善層間附著力，使得打印更容易（減少收縮和翹曲），根據(jù)迄今為止我們在遠鑄智能設備上進行的測試結果來看，比其它類似選項更適合FDM 3D打印?！?/p>

遠鑄智能在多臺不同的3D打印機上進行了測試，包括其智能雙噴嘴Funmat Pro 410 3D打印機。這種工業(yè)級高溫3D打印機可以打印最大尺寸為305mm ×305mm × 406mm的零件，并可以處理各種復雜結構。適用材料包括PEEK、碳纖維增強PEEK-CE、PEKK、PC、PC-ABS。

多元材料復合打造新功能

塑料材料還可以避開缺陷向復合化、功能化方向發(fā)展，特別是實現(xiàn)多元材料復合，進而賦予塑料特定功能。

阿科瑪正在加強與Continuous Composites的合作，后者是連續(xù)纖維3D打印技術（CF3D）的發(fā)明者。這家總部位于美國的初創(chuàng)公司旨在推動三維復合材料制造技術的發(fā)展，用于生產(chǎn)輕型結構，并提供包括軟硬件、材料和運動平臺在內(nèi)的完整解決方案。目前，通過其Sartomer業(yè)務線，阿科瑪正在為CF3D工藝開發(fā)新一代解決方案。在2019年簽署了一項聯(lián)合開發(fā)協(xié)議之后，兩家公司表示，他們在為該工藝開發(fā)N3xtDimension光固化樹脂方面達到了一些關鍵的里程碑。

2021年5月，意大利Moi復合材料公司推出了一款3D打印游艇——MAMBO，并向我們展示了連續(xù)纖維3D打印技術（CFM）用于船艇行業(yè)的定制、自動化生產(chǎn)的可能性。據(jù)報道，該船船體和甲板是用歐文斯科寧公司提供的單向（UD）連續(xù)玻璃纖維和乙烯基酯樹脂打印而成。

在材料方面，歐文斯康寧公司的Berthereau希望該項目能成為玻璃纖維在復合材料新工藝應用中的一個案例。她說："這項技術融合了熱固性復合材料的優(yōu)勢和增材制造的潛力，可以在沒有模具的情況下實現(xiàn)完全自由的形狀，并生產(chǎn)小批量和定制的零件。與Moi的合作是歐文斯科寧與初創(chuàng)公司合作的一個案例，也展示了我們應用玻璃纖維技術為客戶提供解決方案的能力。"

基于回收塑料瓶的PC-r

聚合物3D打印專家Polymaker和科思創(chuàng)，新推出的3D打印材料系列側重于可持續(xù)發(fā)展，包括含可回收成分的顆粒和線材形式。新增產(chǎn)品之一是一種由回收塑料瓶部分制成的新材料——“ PC-r”。該材料基于科思創(chuàng)開發(fā)的回收聚碳酸酯（PC），通過將這種塑料廢料與原材料混合，3D可打印材料具備了在汽車或電子行業(yè)中實現(xiàn)更可持續(xù)的零件生產(chǎn)的潛力。

自2015年成立為合法獨立公司以來，科思創(chuàng)已擁有廣泛的彈性體、泡沫、薄膜和復合材料產(chǎn)品組合。當涉及公司的3D打印產(chǎn)品（包括其Addigy，Somos，Arnite和Makrolon材料）時，它正日益尋求以更具可持續(xù)性的方式采購它們，以促進循環(huán)經(jīng)濟原則的發(fā)展。

Polymaker和科思創(chuàng)的最新長絲的材料基礎來自19升的瓶子，這些瓶子已由中國的水供應商農(nóng)夫山泉進行了回收。鑒于這些容器是從一個地方采購的，主要由純PC組成，并且在中國各地有很多，所以它們可以在分類最少的情況下快速，經(jīng)濟高效地重復使用，從而使回收在經(jīng)濟和環(huán)境上都是可行的。

在最終性能方面，兩家公司表示，他們的新材料具有“出色的熱穩(wěn)定性和強度”，這意味著保持恒定的腔室溫度對于創(chuàng)建成功的打印產(chǎn)品至關重要。因此，在長絲開發(fā)過程中，兩家公司與INTAMSYS合作，通過進行多次試生產(chǎn)來驗證PC-r的可加工性。

在測試過程中，Polymaker和科思創(chuàng)能夠使用INTAMSYS的FUNMAT PRO 410 3D打印機，該打印機具有可加熱至90°C的腔室，以生產(chǎn)復雜的零件而不會發(fā)生任何翹曲。測試結果顯示，PC-r在抗張強度、抗彎強度、楊氏模量和撓曲模量方面得分很高，在各個領域均優(yōu)于普通PC。

專為超大尺寸3D打印開發(fā)的全新聚合物材料

Polymaker的3D打印粒料產(chǎn)品線 PolyCore系列也吸引了不少專家人士的目光。近些年來，由美國橡樹林國家實驗室推動的超大尺寸3D打印技術發(fā)展迅速。制造大型構件在成本、效率和工藝等方面都有著突出的優(yōu)勢，在應用端的前景廣闊。

圖 Polymaker的3D打印粒料產(chǎn)品線 PolyCore系列展品（圖片來源：olymaker）

超大尺寸3D打印技術有以下三個主要特征：使用基于螺桿的擠出系統(tǒng)；材料的形態(tài)為粒子；打印件尺寸一般要大于等于1立方米。其高效主要體現(xiàn)在打印速度，使用螺桿擠出系統(tǒng)，打印速度一般介于10-250kg／h，是一般線材3D打印速度百倍，甚至千倍以上。而其成本優(yōu)勢則綜合體現(xiàn)在材料價格低，能耗低，節(jié)省人工等因素。

PolyCore是專為超大尺寸熔融擠出式3D打印而開發(fā)的全新聚合物材料系列，該系列3D打印粒料產(chǎn)品的開發(fā)兼顧著打印性、功能性和應用性。

生物塑料生產(chǎn)商Natureworks在3D打印領域已經(jīng)有相當長的時間，其最新推出的產(chǎn)品Ingeo 3D700是一種為大尺寸3D打印系統(tǒng)而專門制備的非結晶材料。公司表示，如果用ABS等材料，會因聚合物沉積率太高，從而導致產(chǎn)品過度翹曲；如果用來加工聚烯烴材料或通用PLA等級，則容易出現(xiàn)嚴重收縮。

NatureWorks 業(yè)務發(fā)展負責人Dan Sawyer表示：“隨著工業(yè)用大尺寸增材制造市場的顯著增長，我們看到開發(fā)新的Ingeo生物聚合物等級材料的機會涌現(xiàn)，其目的是為了最大限度地減少由于大尺寸打印失敗而造成的時間和材料的損失?！?/p>

在擠出機和大尺寸打印機部件制造商Dyze Design進行的試驗中，Ingeo

3D700比Ingeo 30850（一種現(xiàn)有的Natureworks 3D打印等級材料）表現(xiàn)出更小的收縮、更高的吞吐量?！拔覀兊臏y試表明，使用Ingeo 3D850打印的大尺寸部件的收縮率為1.25%。相比之下，用Ingeo 3D700打印的同樣部件減少了25%的收縮，Dyze公司的首席技術官Philippe Carrier介紹道：“Ingeo 3D700的吞吐量更高，可以在190℃的低溫下成功打印部件，且不會在零件上看到收縮或翹曲。”

Natureworks表示，“在美國、亞洲和歐洲市場，有直接打印用Ingeo 3D700樹脂顆粒，或FFF工藝用線材可供?！?/p>

光固化樹脂領域的強強聯(lián)手

巴斯夫認為：增材制造行業(yè)即將進入新的發(fā)展階段，將朝著工業(yè)級的專業(yè)應用發(fā)展。巴斯夫Forward AM將繼續(xù)致力于創(chuàng)新增材制造，提供覆蓋整個價值鏈的端對端的材料和服務解決方案。

巴斯夫Forward AM共展出近40種增材制造材料，主要包括：11種Ultrasint?粉床融熔粉末、9種Ultracur3D?光固化樹脂、15種Ultrafuse?塑料線材以及2種Ultrafuse?金屬線材。

更引人關注的是，在TCT亞洲展上，巴斯夫Forward AM宣布與多個領先增材制造商合作，共同推動3D打印亞太市場的快速增長。

巴斯夫Forward AM宣布與高精度3D數(shù)字化及增材制造技術供應商先臨三維（Shining3D）開展全球范圍的合作，為先臨三維最新推出的 AccuFab-L4K 工業(yè)3D打印機提供高性能 Ultracur3D?光固化樹脂。

Forward AM 還宣布與總部位于上海的全球3D打印設備制造商聯(lián)泰科技(UnionTech)展開合作，雙方將共同推廣Ultracur3D? 工程級光固化樹脂和聯(lián)泰科技的數(shù)字光處理（DLP）打印機系列。

早在2018年，F(xiàn)orward AM與領先的DLP光固化3D打印系統(tǒng)解決方案提供商訊實科技宣布了合作伙伴關系，共同開發(fā)迅實科技DLP 3D打印機上的光固化功能材料，以加快增材制造的產(chǎn)業(yè)化。

贏創(chuàng)全新光敏樹脂產(chǎn)品線也推出一系列高性能材料。其中INFINAMTI3100L可用于制造強度極高且耐沖擊性良好的3D打印部件。這一材料可抵御強力沖擊或沖壓等永久性力學作用，適用于從工業(yè)到汽車部件、消費品行業(yè)中的各類特定應用，既可滿足設計自由度上的需求，又能應對物品使用中的高機械負載情況。INFINAMST6100L則有望填補高強度光敏樹脂材料的需求缺口。這一材料很適合對耐高溫性及機械強度要求較高的應用。

另外，贏創(chuàng)還通過旗下的風險投資部門收購了中國企業(yè)聯(lián)合科技（Union Tech）的少數(shù)股權。這家總部位于上海的公司活躍于光固化成型（SLS）3D打印領域。在SLS工藝中，零部件從光固化液體樹脂浴中“拉出”，用激光或顯示光源逐層固化光聚合物，形成三維產(chǎn)品。

隨著新產(chǎn)品的推出以及與聯(lián)泰科技的合作，贏創(chuàng)正在增強高性能光敏樹脂材料可靠開發(fā)制造的能力，并將進一步拓展在光固化技術領域的業(yè)務活動。目前，贏創(chuàng)和聯(lián)泰科技的合作已經(jīng)在深入開展中，從產(chǎn)品研發(fā)、技術創(chuàng)新到商業(yè)合作，建立了穩(wěn)定、健康、深入的合作關系。在TCT亞洲展的現(xiàn)場，贏創(chuàng)與聯(lián)泰科技簽署2021年度戰(zhàn)略合作協(xié)議。

阿科瑪作為衛(wèi)星和航天航空、體育運動設備、牙科與醫(yī)療設備、石油和天然氣輸送以及汽車零部件等領域極致應用的先驅，在3D打印板塊一直和客戶保持緊密合作。此外，阿科瑪還致力于推動3D打印邁向更廣泛的行業(yè)和應用領域，通過與HP、EOS、Prodways等價值鏈中的戰(zhàn)略合作伙伴進行協(xié)同創(chuàng)新，加速 3D 打印使用的普及率。

阿科瑪近期也發(fā)布了其適用于紫外光固化SLA的液體樹脂產(chǎn)品：N3XTDIMENSION?工程樹脂系列包括抗沖擊樹脂、原型設計樹脂、耐熱樹脂等，可幫助增材制造商實現(xiàn)高性能，并促進3D打印在新的工業(yè)應用中的采用。N3XTDIMENSION?定制液體樹脂系統(tǒng)包括獨特的單體、低聚物和定制樹脂選項，配合光引發(fā)劑系統(tǒng)的獨特工具箱，可實現(xiàn)卓越的設計自由和定制特性。

圖 阿科瑪設計用于紫外光固化增材制造的N3XTDIMENSION? 定制液體樹脂

總結

3D打印聚合物材料是3D打印耗材中用量最大、應用最廣、成型方式最多的材料之一。不同于傳統(tǒng)成型工藝，3D打印對聚合物材料的性能和適用性提出了更高要求。本期我們分別介紹了PEEK絲材、復合材料、回收材料、光敏樹脂以及專為超大尺寸3D打印開發(fā)的全新聚合物材料的發(fā)展應用，可以看出，3D打印耗材供應商和3D打印設備供應商正在不斷攜手推出更多的新材料，推動整個行業(yè)向前發(fā)展。