近幾年，全球3D打印市場(chǎng)的年平均增長(zhǎng)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(shù)的進(jìn)步，正在不斷推動(dòng)3D打印走向新的應(yīng)用領(lǐng)域。

我們看到，適用于3D打印的聚合物類型正在持續(xù)增長(zhǎng)，針對(duì)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(yīng)商和設(shè)備制造商攜手，不斷優(yōu)化新材料的性能和工藝。

功能強(qiáng)大的PEEK絲材

塑料材料一直朝著高強(qiáng)度方向發(fā)展，通過增強(qiáng)塑料強(qiáng)度用來直接替換金屬用于各類復(fù)雜構(gòu)件，既便宜又質(zhì)輕，所以塑料材料在3D打印制造中得到了廣泛應(yīng)用。

全球領(lǐng)先的特種化學(xué)品公司贏創(chuàng)，以“成就現(xiàn)實(shí)無限可能”為主題，在TCT 2021 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(yīng)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INFINAM? PEEK9359F就可用于工業(yè)級(jí)3D打印。這種自然色的PEEK可直接用于標(biāo)準(zhǔn)的PEEK材料FF/FDM3D 打印機(jī)。由于其具有高機(jī)械強(qiáng)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(zhì)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(lǐng)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(zhǎng)絲與人體的接觸時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)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(shù)進(jìn)行加工。VESTAKEEP? Care M40 3DF長(zhǎng)絲的直徑為1.75毫米，重約500克，整齊地纏繞在藍(lán)色絲盤上，可直接用于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的PEEK材料FFF/FDM 3D打印機(jī)。這種長(zhǎng)絲在潔凈車間生產(chǎn)，并遵循嚴(yán)格的醫(yī)用材料質(zhì)量管理規(guī)定。

高性能3D打印用PEEK的另一個(gè)關(guān)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(jī)加工和注塑成型等傳統(tǒng)制造工藝而設(shè)計(jì)的等級(jí)，Victrex AM 200線材則是專門為這種新型生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)的。

威格斯介紹，雖然PAEK的優(yōu)秀機(jī)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(biāo)往往無法實(shí)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(huì)因?yàn)閷娱g粘合不良而導(dǎo)致零部件強(qiáng)度降低。新材料旨在解決這一問題。

第一家提供威格斯新型AM PAEK線材的3D打印設(shè)備供應(yīng)商是中國的遠(yuǎn)鑄智能（Intamsys）。遠(yuǎn)鑄智能也是威格斯熔絲加工網(wǎng)絡(luò)的一部分，旨在促進(jìn)PAEK型高性能Victrex AM材料的使用。據(jù)報(bào)道，使用遠(yuǎn)鑄智能制造的設(shè)備打印時(shí)，Victrex AM 200線材表現(xiàn)出更高的Z軸強(qiáng)度，可以達(dá)到其XY強(qiáng)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(yīng)性。

“到目前為止，我們的測(cè)試結(jié)果表明，用遠(yuǎn)鑄智能的3D打印設(shè)備打印時(shí)，Victrex AM 200線材比其它PAEK材料具有更好的層間附著力?！?遠(yuǎn)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(jié)晶速度較慢、熔融溫度較低、粘度根據(jù)線材熔融過程進(jìn)行了更恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如材料離開噴嘴后更容易在成型腔中流動(dòng)。”

“在暴露的環(huán)境中流動(dòng)速率更高（低剪切率），這促進(jìn)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?cè)谶h(yuǎn)鑄智能設(shè)備上進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果來看，比其它類似選項(xiàng)更適合FDM 3D打印?！?/p>

遠(yuǎn)鑄智能在多臺(tái)不同的3D打印機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試，包括其智能雙噴嘴Funmat Pro 410 3D打印機(jī)。這種工業(yè)級(jí)高溫3D打印機(jī)可以打印最大尺寸為305mm ×305mm × 406mm的零件，并可以處理各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。適用材料包括PEEK、碳纖維增強(qiáng)PEEK-CE、PEKK、PC、PC-ABS。

多元材料復(fù)合打造新功能

塑料材料還可以避開缺陷向復(fù)合化、功能化方向發(fā)展，特別是實(shí)現(xiàn)多元材料復(fù)合，進(jìn)而賦予塑料特定功能。
阿科瑪正在加強(qiáng)與Continuous Composites的合作，后者是連續(xù)纖維3D打印技術(shù)（CF3D）的發(fā)明者。這家總部位于美國的初創(chuàng)公司旨在推動(dòng)三維復(fù)合材料制造技術(shù)的發(fā)展，用于生產(chǎn)輕型結(jié)構(gòu)，并提供包括軟硬件、材料和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在內(nèi)的完整解決方案。目前，通過其Sartomer業(yè)務(wù)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(xiàng)聯(lián)合開發(fā)協(xié)議之后，兩家公司表示，他們?cè)跒樵摴に囬_發(fā)N3xtDimension光固化樹脂方面達(dá)到了一些關(guān)鍵的里程碑。

2021年5月，意大利Moi復(fù)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(shù)（CFM）用于船艇行業(yè)的定制、自動(dòng)化生產(chǎn)的可能性。據(jù)報(bào)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(xiàng)目能成為玻璃纖維在復(fù)合材料新工藝應(yīng)用中的一個(gè)案例。她說："這項(xiàng)技術(shù)融合了熱固性復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)和增材制造的潛力，可以在沒有模具的情況下實(shí)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(gè)案例，也展示了我們應(yīng)用玻璃纖維技術(shù)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(cè)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(shí)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(dú)立公司以來，科思創(chuàng)已擁有廣泛的彈性體、泡沫、薄膜和復(fù)合材料產(chǎn)品組合。當(dāng)涉及公司的3D打印產(chǎn)品（包括其Addigy、Somos、Arnite和Makrolon材料）時(shí)，它正日益尋求以更具可持續(xù)性的方式采購它們，以促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則的發(fā)展。

Polymaker和科思創(chuàng)的最新長(zhǎng)絲的材料基礎(chǔ)來自19升的瓶子，這些瓶子已由中國的水供應(yīng)商農(nóng)夫山泉進(jìn)行了回收。鑒于這些容器是從一個(gè)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(jì)高效地重復(fù)使用，從而使回收在經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度”，這意味著保持恒定的腔室溫度對(duì)于創(chuàng)建成功的打印產(chǎn)品至關(guān)重要。因此，在長(zhǎng)絲開發(fā)過程中，兩家公司與INTAMSYS合作，通過進(jìn)行多次試生產(chǎn)來驗(yàn)證PC-r的可加工性。

在測(cè)試過程中，Polymaker和科思創(chuàng)能夠使用INTAMSYS的FUNMAT PRO 410 3D打印機(jī)，該打印機(jī)具有可加熱至90°C的腔室，以生產(chǎn)復(fù)雜的零件而不會(huì)發(fā)生任何翹曲。測(cè)試結(jié)果顯示，PC-r在抗張強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、楊氏模量和撓曲模量方面得分很高，在各個(gè)領(lǐng)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(shí)驗(yàn)室推動(dòng)的超大尺寸3D打印技術(shù)發(fā)展迅速。制造大型構(gòu)件在成本、效率和工藝等方面都有著突出的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用端的前景廣闊。

超大尺寸3D打印技術(shù)有以下三個(gè)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(shì)則綜合體現(xiàn)在材料價(jià)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(yīng)用性。

生物塑料生產(chǎn)商N(yùn)atureworks在3D打印領(lǐng)域已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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(jié)晶材料。公司表示，如果用ABS等材料，會(huì)因聚合物沉積率太高，從而導(dǎo)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(jí)，則容易出現(xiàn)嚴(yán)重收縮。

NatureWorks 業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人Dan Sawyer表示：“隨著工業(yè)用大尺寸增材制造市場(chǎng)的顯著增長(zhǎng)，我們看到開發(fā)新的Ingeo生物聚合物等級(jí)材料的機(jī)會(huì)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(shí)間和材料的損失。”

在擠出機(jī)和大尺寸打印機(jī)部件制造商Dyze Design進(jìn)行的試驗(yàn)中，Ingeo 3D700比Ingeo 30850（一種現(xiàn)有的Natureworks 3D打印等級(jí)材料）表現(xiàn)出更小的收縮、更高的吞吐量?！拔覀兊臏y(cè)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(shù)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(huì)在零件上看到收縮或翹曲?！?/p>

Natureworks表示，“在美國、亞洲和歐洲市場(chǎng)，有直接打印用Ingeo 3D700樹脂顆粒，或FFF工藝用線材可供?！?br/>
光固化樹脂領(lǐng)域的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手

巴斯夫認(rèn)為：增材制造行業(yè)即將進(jìn)入新的發(fā)展階段，將朝著工業(yè)級(jí)的專業(yè)應(yīng)用發(fā)展。
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(guān)注的是，在TCT亞洲展上，巴斯夫Forward AM宣布與多個(gè)領(lǐng)先增材制造商合作，共同推動(dòng)3D打印亞太市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

巴斯夫Forward AM宣布與高精度3D數(shù)字化及增材制造技術(shù)供應(yīng)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(jī)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(shè)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(jí)光固化樹脂和聯(lián)泰科技的數(shù)字光處理（DLP）打印機(jī)系列。

早在2018年，F(xiàn)orward AM與領(lǐng)先的DLP光固化3D打印系統(tǒng)解決方案提供商訊實(shí)科技宣布了合作伙伴關(guān)系，共同開發(fā)迅實(shí)科技DLP 3D打印機(jī)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(qiáng)度極高且耐沖擊性良好的3D打印部件。這一材料可抵御強(qiáng)力沖擊或沖壓等永久性力學(xué)作用，適用于從工業(yè)到汽車部件、消費(fèi)品行業(yè)中的各類特定應(yīng)用，既可滿足設(shè)計(jì)自由度上的需求，又能應(yīng)對(duì)物品使用中的高機(jī)械負(fù)載情況。

INFINAMST6100L則有望填補(bǔ)高強(qiáng)度光敏樹脂材料的需求缺口。這一材料很適合對(duì)耐高溫性及機(jī)械強(qiáng)度要求較高的應(yīng)用。

另外，贏創(chuàng)還通過旗下的風(fēng)險(xiǎn)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(quán)。這家總部位于上海的公司活躍于光固化成型（SLS）3D打印領(lǐng)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(qiáng)高性能光敏樹脂材料可靠開發(fā)制造的能力，并將進(jìn)一步拓展在光固化技術(shù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)活動(dòng)。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(shù)創(chuàng)新到商業(yè)合作，建立了穩(wěn)定、健康、深入的合作關(guān)系。在TCT亞洲展的現(xiàn)場(chǎng)，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(yùn)動(dòng)設(shè)備、牙科與醫(yī)療設(shè)備、石油和天然氣輸送以及汽車零部件等領(lǐng)域極致應(yīng)用的先驅(qū)，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(dòng)3D打印邁向更廣泛的行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域，通過與HP、EOS、Prodways等價(jià)值鏈中的戰(zhàn)略合作伙伴進(jìn)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(shè)計(jì)樹脂、耐熱樹脂等，可幫助增材制造商實(shí)現(xiàn)高性能，并促進(jìn)3D打印在新的工業(yè)應(yīng)用中的采用。N3XTDIMENSION?定制液體樹脂系統(tǒng)包括獨(dú)特的單體、低聚物和定制樹脂選項(xiàng)，配合光引發(fā)劑系統(tǒng)的獨(dú)特工具箱，可實(shí)現(xiàn)卓越的設(shè)計(jì)自由和定制特性。

總結(jié)

3D打印聚合物材料是3D打印耗材中用量最大、應(yīng)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(duì)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(fù)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(yīng)用，可以看出，3D打印耗材供應(yīng)商和3D打印設(shè)備供應(yīng)商正在不斷攜手推出更多的新材料，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)向前發(fā)展。
素材來源：TCT亞洲展、贏創(chuàng)、阿科瑪、巴斯夫、Polymaker等。