3D打印玄武岩纤维增强聚乳酸基复合材料制备及性能

以聚乳酸(PLA)为基体,玄武岩纤维(BF)为增强体,采用熔融沉积(FDM) 3D技术来制备玄武岩纤维增强PLA(BF/PLA)复合材料试样,并研究了层高、打印速度和打印温度对复合材料力学性能的影响。结果表明:随着打印层高的增加,BF/PLA复合材料的纤维体积分数减小,拉伸强度和弯曲强度显著降低;随着打印速度增加,玄武岩纤维与PLA的包覆效果变差,试样拉伸强度和弯曲强度降低;随着打印温度增加,试样拉伸强度和弯曲强度略有增加。     

KH550改性对微纳纤维素/聚乳酸复合3D打印材料性能的影响

为提高微纳纤维素（MNC）与聚乳酸（PLA）复合材料的性能,将分散于二氯甲烷的MNC与溶解于二氯甲烷的PLA 通过溶液共混法进行复合,成功制备了适用于FDM型3D打印机的MNC/PLA复合3D打印线材。采用硅烷偶联剂KH550对MNC进行改性,考察了KH550用量对MNC的晶型结构及对MNC/PLA复合材料断面形态和机械性能的影响,进一步研究了KH550改性MNC对MNC/PLA复合材料3D打印性能的影响。结果表明,溶液共混法制备的MNC/PLA复合3D打印线材可在保持复合材料机械性能的基础上将高含量的MNC与PLA均匀复合;1%用量（相对于MNC绝干质量）的KH550可改善复合材料的界面相容性且复合材料的机械性能最佳;制备的MNC/PLA复合3D打印线材经FDM型3D打印机可成功打印出3D打印产品。     

木质纤维-聚乳酸复合3D打印材料的研究进展

综述了化学改性纤维素、纳米纤维素、微纳纤维素（纳米纤维素与微米尺寸纤维素的混合物）、木质素及木质纤维增强聚乳酸（PLA）的复合材料及其用作3D打印材料的研究进展,最后对木质纤维增强PLA复合3D打印材料未来的发展做了展望。     

3D打印成型的玻璃纤维增强聚乳酸基复合材料

为解决3D 打印树脂基材料强力低的问题,提出利用纤维增强树脂基材料的方法,采用3D 打印技术将玻璃纤维和聚乳酸复合并且快速成型,并研究了填充密度和切片层厚对于复合材料力学性能的影响。试验结果表明,当试样打印的填充密度达到90%时,试样的弯曲强度和拉伸强度分别可达到49.26和21.28MPa。试样切片层厚为0.1 mm时,所得到的拉伸强度和弯曲强度分别为20.4 和52.87 MPa。试样的拉伸强度随着切片层厚的增加而减少,随着填充密度的增加而增加。试样的弯曲强度与切片层厚是负相关,与填充密度是正相关。通过分析不同种类试样截面的扫描电镜图发现,纤维束浸润树脂基体的程度与试样的层厚和填充密度密切相关,填充密度的增加和层厚的减少有利于纤维束与树脂基体的结合。     

玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备及其拉伸断裂性能

为提高聚乳酸复合材料的力学性能,以玄武岩织物(BF)为增强材料,聚乳酸(PLA)为基体材料,采用真空灌注法制备玄武岩织物增强聚乳酸复合材料。研究了偶联剂KH550质量分数、铺层层数、铺层角度对BF/PLA复合材料拉伸断裂性能的影响,并借助扫描电子显微镜对复合材料拉伸实验后的断裂形貌图进行分析。结果表明:随着KH550质量分数的增加,BF/PLA复合材料的拉伸断裂强度出现先增大后减小的趋势,且KH550质量分数为3%时处理效果最佳,此时复合材料的拉伸断裂强度提高到82 MPa,且断面整齐;玄武岩织物铺层角度为0°和90°时,复合材料的拉伸断裂性能较优,45°铺设时最差,且拉伸实验后层间分离现象明显;在一定范围内复合材料的断裂强度随玄武岩织物铺层层数的增加而增加。     

3D打印温度对PLA支架生物力学性能的影响

聚乳酸(Polylactic acid,PLA)是以速生植物资源为主要原料发酵聚合而成,不仅来源广泛,且生物相容性、可降解性、骨传导性及骨诱导性良好,在骨科领域应用广泛。本文采用FDM技术,以PLA为原料,研究3D打印不同喷出温度(180℃、190℃、200℃)对PLA支架生物力学性能影响。实验结果表明,喷嘴温度影响3D打印PLA支架材料的生物力学性能,其断裂拉伸应变和最大弯曲力随打印温度升高而升高。     

机织物融入3D打印元素增强织物力学性能

目前,3D打印技术已从模型的快速制造转变为真实产品的快速加工。相比铸模原件,3D打印产品的力学性能还需进一步提高。因此,可将3D打印技术与纺织品(纤维、纱线和织物)相融合制备类似纤维增强复合材料的产品。研究探讨了3D打印技术与织物复合工艺的可行性及复合后试样的力学性能。     

3D打印材料柔性PLA基本性能表征

为了研究适合于3D打印服装的材料,对柔性PLA材料在3D打印机中熔融喷丝前后的分子结构、热性能、拉伸性及回弹性进行测试分析。结果表明:柔性PLA材料高温熔融喷丝前后的内部分子结构未发生变化;材料的玻璃化转变温度在65℃,熔点在165.57℃,打印时喷头温度应设置为165.57~205℃范围内;直径为0.4mm的柔性PLA细丝的断裂强力为461.9cN,断裂伸长率为691.67%,定伸长弹性回复率为68.37%,定负荷弹性回复率为68.69%。这表明柔性PLA细丝具有较好的拉伸性和回弹性,适合用于研究3D打印服装的材料。     

玄武岩、玻纤、丙纶网络复合线的研制及其拉伸性能研究

以玄武岩纤维、玻璃纤维为增强纤维,以丙纶为基体纤维,采用喷气网络技术制备不同体积比的玄武岩/丙纶、玻纤/丙纶网络复合线,对制得的复合线进行拉伸指标测试,分析不同增强纤维的体积比对网络线拉伸性能的影响。结果表明:采用喷气网络的方式制得的网络线实际细度比理论细度小,且增强纤维的体积比越大,细度损失越大;拉伸结果表明,随着增强纤维体积比的增加,两种复合线的断裂强力、断裂强度均逐渐增大,断裂伸长率逐渐减小。玄武岩/丙纶网络复合线的拉伸性能受增强纤维体积含量变化的影响比玻纤/丙纶网络复合线更显著。     

水补土处理对熔融沉积三维打印模型涂膜性能的影响

为提高熔融沉积3D打印模型的后处理质量，探究水补土处理对熔融沉积3D打印模型涂膜性能的影响。以熔融沉积3D打印长方体块为试样，对试样表面进行“水补土+喷漆”的后处理操作。测试并分析了试样表面涂膜的颜色属性、色差、表面粗糙度、表面光泽度和附着力。结果表明：水补土处理可使熔融沉积3D打印模型涂膜颜色的明度和饱和度增加，涂膜颜色显得更浅、更鲜，同时有效减少了涂膜的色差，涂膜颜色分布更均匀；水补土处理可以有效减轻熔融沉积3D打印模型表面的“台阶效应”，消除模型表面的瑕疵，使涂膜粗糙度降低，提高了涂膜表面的光洁度和光泽度；水补土处理可使熔融沉积3D打印模型涂膜附着力增加，从而涂膜更加牢固，涂饰效果更佳。     

TiO2-Ag/聚乳酸纳米复合纤维的制备及其抗菌性能

为赋予聚乳酸(PLA)纤维高效的抗菌性能,采用熔融共混纺丝法分别制备了不同质量配比的二氧化钛接枝银纳米介孔微球(TiO₂-Ag)/PLA纳米复合纤维和一定组成的TiO₂/PLA纳米复合纤维,并对2种纤维的结构、热性能和抗菌性能等进行表征和分析。结果表明:当TiO₂-Ag和TiO₂这2种纳米粒子添加质量分数不超过3%时,可在PLA基体中较均匀地分散;2种粒子的加入均不影响PLA的玻璃化转变温度和结晶结构,但会使其熔融温度和热稳定性下降,加入质量分数为3%的TiO₂后,导致PLA的结晶温度略有下降;随着TiO₂-Ag质量分数的增加, TiO₂-Ag/PLA纳米复合纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率不断增加;添加相同量的2种纳米粒子时,TiO₂-Ag/PLA复合纤维对2个菌种的抑制效果明显优于TiO₂/PLA复合纤维。     

马铃薯淀粉3D打印工艺及其3D打印结构的研究

为了开发马铃薯淀粉3D打印工艺,探讨3D打印淀粉食材在3D打印前、中、后三个阶段中理化结构、物性的变化。本论文基于淀粉糊化特性,提出一套新的马铃薯淀粉3D打印原理,并采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、示差扫描量热法(DSC)和质构分析的方法对3D打印淀粉食材的颗粒结构、结晶结构、分子结构、热力学性质和质构特性进行分析。糊化马铃薯淀粉分子发生黏连,凝胶化;3D打印显著降低了糊化马铃薯淀粉的黏附性、硬度和凝胶性,但对其热力学性质、结晶结构和分子化学键等没有显著影响,仅改变了颗粒结构的表面光滑度。说明3D打印仅改变了糊化马铃薯淀粉部分物性性能,对理化结构没有影响。本研究为3D打印技术在食品生产中的应用提供理论依据和技术支持,具有重大理论研究价值和实际应用意义。     

基于高精度3D打印的三文鱼植物基替代物研究

目的 基于高精度3D打印技术研究三文鱼植物基替代物。方法 以豌豆分离蛋白(pea protein isolate, PPI)、魔芋胶(konjac gum, KGM)和天然胡萝卜粉为原辅料, 进行精准3D复合打印生产模拟三文鱼色泽、质构的植物基替代物。考察不同物料比例对油墨可打印性的影响; 选取有代表性的油墨配方, 对其流变特性、水分分布情况、微观结构进行表征。结果 PPI和KGM浓度的升高都增强了体系与水结合的能力, 且PPI浓度过高时(20%, m:m)影响了KGM与水结合形成稳定凝胶的能力。PPI15KGM5配方可形成致密的网格结构, 增强了体系的稳定性, 拥有良好的剪切恢复特性, 有利于3D打印; 而PPI20KGM3配方具有更好的机械性能和结构强度, 但是由于PPI浓度过高影响KGM形成稳定凝胶结构, 其剪切恢复特性较差。流变学参数η、τy、G''、屈服应变及剪切恢复特性对油墨3D打印过程影响显著。结论 通过调整3D打印精细化程度(350和500 μm)和模型填充度, 生产了具有差异化质构的高蛋白含量(15%, m:m)产品。其中, 部分产品的粘性 和弹性与真实三文鱼类似, 这为开发3D打印生产植物基替代物提供了新的视角。     

3D间隔织物增强聚氨酯基缓冲材料力学及舒适性研究

将3D间隔织物与聚氨酯基体相复合,制备成3D间隔织物增强聚氨酯基复合材料。对不同厚度、孔隙率和材料的3D间隔织物增强聚氨酯基复合材料试样进行了透气性、透湿性和压缩性能的测试,分析了参数对试样性能的影响。结果表明:孔隙率越高,厚度越薄,试样的透气性越好,而被间隔织物增强的试样透气性变差;孔隙率越高,厚度越厚,试样的透湿性越差,试样的屈服强度越低,抗压性能越差,更容易产生塑性变形,间隔织物可以增强聚氨酯基体的抗压性能。     

碱处理对涤纶/光敏树脂复合材料力学性能的影响

针对光敏树脂经3D打印成型后试样力学性能较差问题,采用涤纶长丝增强光敏树脂的方法,使用光固化3D打印设备将涤纶长丝和光敏树脂复合成型制备涤纶增强复合材料。为获得较好的增强效果,对涤纶进行碱处理,研究了碱处理各条件下涤纶的减量率与纤维形貌和力学性能的关系,以及其对复合材料力学性能的影响。结果表明:随着减量率的增加,涤纶的形貌及力学性能改变越明显;当涤纶减量率为16.2%时,纤维表面出现连续纵向沟壑,力学强度下降6%,纤维的增强效果最好;经过改性处理的涤纶增强复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别达到78 MPa和471 MPa,相比于未处理的纤维增强复合材料分别提升了66%和336%。     

益生菌饼干的3D打印制备及研究

目前对罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri,LR)的封装研究以及3D打印后可直接食用的益生菌饼干研究较少,该文介绍了一种制备LR封装颗粒(LR-encapsulated particle, LEP)的方法,并将其添加到小麦粉中,制备可直接食用的饼干面团,再对饼干面团进行3D打印,验证其3D打印适应性并对面团的物料特性进行了评估。结果表明,LEP的封装效率为(70.3±1.21)%～(83.5±1.25)%,且LEP外观呈球状。当LEP中LR与蛋清添加量以5∶10(g∶g)添加到面团中时,面团储存模量G′和损失模量G″均达到最大值,说明加入该比例LEP的面团具有较高的机械强度。当打印速度15 mm/s、打印压力350 kPa,使用直径1 mm的打印喷嘴,添加3种不同比例的面团均表现出良好的3D打印适应性。体外模拟消化结果表明,5/10-LEP,7/10-LEP以及9/10-LEP均可在肠道中发挥益生菌作用。该文完成了以罗伊氏乳杆菌为原料的3D打印食品制备,为益生菌3D打印食品的发展提供了参考。     

食用胶改善虾肉糜3D打印特性的研究

为解决凡纳滨对虾虾肉糜3D打印过程中存在的断丝、出料不均匀、产品沉积塌陷等问题，添加不同添加量(0%、1%、2%和3%,均为质量分数，下同)的卡拉胶、魔芋胶、黄原胶、可得然胶(curdlan, CU)改善虾肉糜3D打印适应性，并考察了不同种类和添加量的食用胶对虾肉糜的流变特性、质构特性、水分分布特性以及持水性的影响。结果表明，添加2%CU的虾肉糜弹性模量(G′)、黏性模量(G″)、表观黏度、弹性、硬度、黏附性以及持水性都显著增加(P<0.05),虾肉糜能够顺利从喷嘴中挤出且能很好维持其结构和形状，打印精确性高达98.23%,打印稳定性高达96.54%,实现了最优的打印效果。研究结果对虾肉糜在食品3D打印领域的应用有一定的参考意义。     

食品3D打印中的食品材料特性与应用研究进展

食品材料是食品3D打印的关键因素。文章总结了目前在食品3D打印中常用食品材料(蛋白质、淀粉、水凝胶、脂肪)的特点,分析了不同材料组合对成形性能的影响,对不易打印材料如何提高印刷效果给予了一定的建议,指出了目前食品3D打印中食品材料发展面临的技术瓶颈,并对未来食品3D打印技术的发展趋势进行了展望。     

氯化钠对鲢鱼糜体系3D打印性能及凝胶特性的影响

目的：提高鲢鱼糜体系3D打印性能及凝胶特性。方法：通过优化3D打印参数,将3D打印过程与材料流变性质及3D打印性能关联起来。探究氯化钠添加量对鲢鱼糜的流变性能、3D打印性能、凝胶强度、水分特性以及微观结构的影响。结果：氯化钠的加入以剂量依赖的方式降低了鲢鱼糜的耗散模量,但能显著提高材料的剪切恢复性能,还可以降低鱼糜体系的蒸煮损失,提高鱼糜体系的持水性。当氯化钠添加量为2.5%时,鲢鱼糜具有最佳凝胶强度和最为致密的微观结构。结论：添加适量氯化钠可提高鱼糜产品的3D打印性能和凝胶特性。     

3D打印技术在食品行业中的应用研究进展

为研究3D食品打印材料的设计,回顾了3D打印技术应用,并着重讨论食品材料性能如何起作用,如何通过合理设计3D食物结构来满足3D食品打印的可行性,可后续加工性。对3D打印技术的发展前景做出展望,旨在为3D打印技术在食品行业的研究应用提供理论参考。