3D打印聚合物纳米复合材料的研究进展

相对于传统制造方法如挤出成型、模压成型等,3D打印技术不仅能够快速成型结构复杂且精细的产品,而且还可以根据不同功能、性能需求选择不同材料进行快速制造.凭借这一优势,3D打印越来越受到人们的重视,越来越多的3D打印产品被应用到人们的生活、学习和工作中.在众多3D打印材料中,聚合物材料(如热固性和热塑性聚合物等)的占比大、应用广,大到房屋内饰、小到微/纳米电子设备都可以通过3D打印聚合物材料来实现.然而,相比于传统方法制造的聚合物材料,3D打印聚合物材料强度低、打印层之间界面结合差,所以目前3D打印聚合物材料主要用于模型和非结构材料.为提高3D打印聚合物材料的强度,纳米材料(如纤维素纳米晶)常被用作增强体与聚合物材料混合打印,以此制备高强、多功能的3D打印纳米复合材料.纤维素纳米晶来源广泛、价格低廉、可再生、强度高,是一种十分理想的天然纳米增强材料.因此,近年来纤维素纳米晶在3D打印聚合物纳米复合材料中的应用受到广泛关注.除研究纳米材料对3D打印聚合物材料性能的影响外,研究者们还从纳米材料改性和新型纳米材料的研发等方面不断进行尝试,在提高3D打印聚合物纳米复合材料强度的同时赋予其更多的功能性,并取得了丰硕的成果.此外,借助光固化3D打印和聚合物熔融沉积成型两项基本原理相近、成型机理不同的3D打印技术,研究者们从打印纳米复合材料的结构、性能及功能出发,分别研究不同打印技术实现材料"结构-性能-功能"的可能性和可行性,为3D打印聚合物纳米复合材料的拓展应用提供了可靠依据.本文在简述3D打印技术的基础上,重点阐述常用于热固性和热塑性聚合物3D打印技术的基本原理和特点;着重分析两项不同3D打印技术在聚合物纳米复合材料领域的应用情况,总结3D打印聚合物纳米复合材料的性能特征和应用范围,以期为3D打印纳米复合材料的广泛应用奠定基础.     

光固化3D打印技术的专利现状及发展趋势

本文对光固化3D打印技术申请趋势,国内外主要申请人、光固化3D打印所涉及的技术领域以及我国光固化3D打印技术专利申请的分布情况、法律状态和申请趋势进行了分析。总结了光固化3D打印技术的专利现状以及发展趋势。我国光固化3D打印技术发展与国外基本同步,国内申请人缺少海外专利布局的意识。国内申请主要集中在光固化3D打印设备这一领域,关于光固化材料、光学器件和立体光源领域的改进较少,技术创新点和改进较为单一。结合我国相关专利的分布省份分析可知,光固化3D打印技术的研发主要集中在我国东南沿海发达地区,依托优势企业和高校科研能力,可以更好的促进技术发展。通过分析我国的专利类型和有效性,我国专利的稳定性和创新水平有待提高。     

光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷支架的研究进展

磷酸钙基生物陶瓷多孔支架是临床中实现骨缺损再生修复的常用骨移植物。光固化3D打印技术以其优异的打印精度和复杂结构成形特性能够精确地控制支架孔尺寸、孔形状、孔连通率,在制备生物陶瓷多孔支架领域展现出巨大的应用潜力。然而,利用光固化3D打印技术制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架仍面临亟需克服的挑战,如缺乏性能优异的磷酸钙基陶瓷打印浆料、打印及后处理工艺不成熟、制备的磷酸钙基陶瓷多孔支架的性能还有待提升。本文首先介绍了几种常用的光固化3D打印技术基本原理与特征,然后从3D打印成形工艺、力学性能、生物活性、支架结构及功能化等方面系统探讨了光固化3D打印技术在制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架领域的研究进展及存在的问题,最后展望了光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷多孔支架的发展趋势和突破点,为利用光固化3D打印技术制备成本低、综合性能优异的磷酸钙基生物陶瓷多孔支架提供参考。     

UV-3D打印材料研究进展

UV-3D打印作为增材技术新的发展方向,具有设计自由,节约材料以及快速成型等优点,被广泛研究.本文通过分析立体光刻技术(SLA),数字光处理技术(DLP)和UV直写技术等,并研究了UV技术在3D打印领域的应用与发展.然后分析UV-3D打印常用的一些材料,包括环氧树脂和丙烯酸树脂以及其发展现状.最后通过介绍UV技术在3D...     

高分子3D打印材料和打印工艺

3D打印技术亦称为增材制造,是基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。3D打印技术与传统材料加工技术相比有许多突出的优势,吸引了国内外工业界、投资界、学术界、新闻媒体和社会公众的热切关注。目前制约3D打印技术发展的因素主要有两个:打印工艺和打印材料。高分子聚合物在3D打印材料中占据主要地位。介绍了当前3D打印常用的高分子材料(热塑性高分子和光敏树脂)和与之相适应的打印工艺(FDM、SLS、SLA、Polyjet等),并对它们的特性和优缺点进行了评述,讨论了这些3D打印材料和工艺的开发面临的问题和挑战。     

人体植入医用材料的3D打印技术研究进展

3D打印技术是一种与传统制备方式完全不同的新兴技术,是基于三维数学模型,通过逐层增加材料来实现成型的技术。3D打印技术在个性化设计以及复杂结构产品制备方面具有独特的优势,在人体植入物的结构设计和制造领域具有巨大潜力和研究价值,吸引了国内外工业界、医学界和社会媒体的广泛关注。目前制约该技术发展的主要因素是可打印材料种类有限。综述了几种人体植入医用材料及其3D打印成型技术,如骨支架、心脏血管支架以及药物定向运输材料的3D打印制备技术,并分析了以上技术各自的特点。最后结合各种3D打印成型技术的特点以及几个应用案例,对3D打印在人体植入物医学领域的发展进行了展望。     

光固化3D打印陶瓷浆料及流变性研究进展EI北大核心CSCD

基于光固化技术原理的陶瓷3D打印因可制备尺寸精度高、表面光洁度好、显微结构均匀和力学性能优异的复杂结构陶瓷零件而备受关注,是实现高性能陶瓷零件增材制造的重要技术手段之一。该技术的核心是制备同时具有高固含量和良好打印适性要求的陶瓷浆料,其组成对固化效果和打印进程有着至关重要的影响。本文综述了立体光固化(stereolithography,SL)和数字光处理(digital light processing,DLP)两种主流光固化3D打印方法用于光固化陶瓷打印的技术方案和工作原理,比较了两者的优缺点。围绕近年来在陶瓷浆料领域的研究工作,讨论了单体/低聚物和稀释剂、分散剂、陶瓷颗粒物理性质以及固含量等对黏度、剪切稀化/增稠行为、黏弹性、屈服应力等流变行为的影响,并提出了光固化3D打印陶瓷浆料的主要发展趋势和面临的挑战,为构建高固含量光固化3D打印陶瓷浆料提供了一般性指导原则。     

混杂光固化3D打印树脂固化动力学性能

以环氧树脂(EPON828)和聚氨酯丙烯酸酯(RJ429)为基础树脂,采用自由基-阳离子混杂光固化体系来制备可用于3D打印的混杂光固化树脂,研究固化过程中自由基和阳离子光引发剂的种类、质量配比和加入量对光固化树脂固化动力学及其力学性能与成型精度的影响。结果表明:阳离子光引发剂Gencure 842和自由基光引发剂Doracur 1173为最佳复配引发剂,最佳质量比为0.75∶1,最优加入量为6.0%(质量分数);环氧树脂828和聚氨酯丙烯酸酯429的最佳质量比为1∶1,混杂光固化树脂的黏度为50.5Pa·s;光固化制品的拉伸强度和冲击强度分别为6.60MPa和8.28kJ·m~(-2),体积收缩率和翘曲度分别为-3.986%和3.62%,满足3D打印光敏树脂的成型要求。     

高分子材料3D打印技术的研究进展

高分子材料3D打印技术已在医疗、航空航天、工业制造等领域崭露头角并创造了巨大的经济价值和社会效益.通过综述大量的文献,主要介绍了几种常见高分子3D打印技术的工作原理、优缺点以及应用状况,最后展望了未来高分子材料3D打印技术的发展趋势.     

石墨烯/聚合物基复合材料3D打印成型研究进展

石墨烯因其优异的特性,被广泛用于制备聚合物基复合材料,而3D打印作为一种新兴的成型加工方式,正越来越多地应用到石墨烯/聚合物基复合材料的成型制造当中。本文介绍石墨烯/聚合物基复合材料的溶液混合、熔融混合以及原位聚合三种主要制备方式,重点论述喷墨打印成型、熔融沉积成型、立体光固化成型、选择性激光烧结等目前国内外用于石墨烯/聚合物基复合材料成型的3D打印方式及其各自的优势和劣势,以及3D打印成型的石墨烯/聚合物基复合材料制件在电子、能源、生物医学和航空航天等领域的应用,最后指出可打印性好、石墨烯分散均匀、功能特性优异的石墨烯/聚合物基复合材料的研制将会是未来该方向的研究重点。     

3D打印水溶性聚乙烯醇材料的研究与应用

对3D打印水溶性聚乙烯醇(PVA)材料的研究做了全面的综述。介绍了PVA材料的制备方法;重点综述了3D打印水溶性PVA在组织工程支架材料、药物装载材料、水溶性支撑材料以及可溶模具材料方面的研究与应用;并讨论了3D打印水溶性PVA材料存在的问题与未来的发展前景。     

建筑3D打印用胶凝材料及其相关性能研究进展

3D打印是一种基于数学模型利用机械设备增材制造的快速成型技术。近年来,3D打印在建筑行业得到快速发展。相对于传统成型工艺,建筑3D打印技术具有无需模板支撑、施工方便、设计自由度高等优点,因此受到了全世界研究人员和学者的广泛关注。当前,普通硅酸盐水泥、快硬早强型特种水泥、复合型普通水泥、碱激发胶凝材料及石膏基胶凝材料等五大类胶凝材料在3D打印中已得到了一定的应用,但仍然存在不少问题。例如,一方面,与传统泵送混凝土不同,3D打印混凝土需要较快的凝结时间和强度发展速率来满足层间结构的压力,而普通硅酸盐水泥长达45 min的初凝时间和不迟于360 min的终凝时间无法满足打印构件层间作用力快速增长的要求;另一方面,水泥基3D打印胶凝材料的构件层间抵抗弯矩、剪力的能力不足。碱激发胶凝材料应用于3D打印主要存在凝结时间难以调控、体积收缩率大、容易产生开裂等问题。而石膏基胶凝材料存在耐水性差等问题。因此,对3D打印胶凝材料的开发与调控仍是很长一段时间内3D打印建筑研究的重点之一。与此同时,3D打印技术在建筑行业应用的缺点也很突出:3D打印过程中无模板支撑,以逐层叠加的方式成型,一方面,无法直接添加钢...     

光固化3D打印改性碳纤维/光敏树脂复合材料的制备与性能调控

光固化3D打印技术因成型速度快、器件精度高、表面质量好,已成为3D打印快速制备高精尖器件的首选方法,但现有3D打印光敏树脂仍存在器件力学强度低、韧性差等问题。碳纤维因导电、导热、高比强度、高比模量等特性,已被广泛应用于各种结构或功能复合材料。为此,先采用化学氧化、硅烷偶联剂(KH580)改性等手段对短切碳纤维进行表面改性得到KH580改性碳纤维(MCF);再将MCF与3D打印光敏树脂(PR)复合得到改性碳纤维/光敏树脂(MCF/PR)复合材料,并对其光固化动力学和3D打印器件的力学性能进行了详细研究。结果表明：当MCF表面的KH580接枝量为0.5wt%、MCF添加量为0.15wt%时,虽然MCF与PR复合后使光敏树脂的黏度有所增大,但对光敏树脂的固化深度与临界曝光量影响较小,仍能满足光固化3D打印要求;利用立体光刻技术(Stereolithography,SLA)光固化3D打印工艺能很好地制造出各种MCF/PR器件,器件的拉伸强度可达70 MPa,与纯PR相比增加了约100%,冲击强度为1.91 kJ/m²,较PR提高了约60%,且3D打印器件在350℃下具有良...     

3D打印：技术、材料、现状

3D打印技术以其独特的制造方式制作出了许多传统制造方式难以制作的产品,显示出广阔的发展前景,因此也引起政府和民众的极大关注。本文从3D打印技术、3D打印材料、国内外发展情况等几方面对3D打印做了一些介绍,同时对3D打印未来的发展趋势做了展望。     

碳纳米管复合材料的3D打印技术研究进展

3D打印技术是一项根据计算机模型设计快速加工和制造复杂几何形状组件的增材制造技术之一。其基于三维数据模型,通过电脑控制将材料进行逐层累积,最终将三维模型变成立体实物。相比于传统制造方法,3D打印技术具有节约工时、易操作、不需要模具、组件几何形状可控性强等优势。随着该技术的发展,依据打印技术成型的核心、材料以及设备等产生了熔融沉积塑型、选择性激光烧结成型、光固化立体成型/数字光处理成型、溶剂浇铸成型等若干类型的3D打印技术。本文重点介绍其中最具代表性的4种3D打印成型工艺的原理和特点,基于碳纳米管增强聚合物复合材料,综述近年来不同3D打印成型工艺的研究进展,同时预测3D打印成型工艺在该领域会向着高精度、产业化、大众化和高集成度的方向发展,3D打印材料的研发也会更具前景。     

生物医用材料的3D打印技术与发展

近年来,由于3D打印技术的迅猛发展,有关3D打印技术的应用受到科学界广泛关注,特别是生物医学领域。3D打印材料的瓶颈制约着3D打印技术的发展,特别是用于生物医学领域的打印材料,只有非常局限的几种,但是研究可打印生物医用材料意义重大,经济效益显著。简述了3D打印技术在生物医学工程上的应用。重点综述了用于3D打印的生物医用材料,主要涉及金属、陶瓷、高聚物、复合材料以及生物墨水等,并且阐述了3D打印材料的发展前景。     

陶瓷3D打印技术及材料研究进展

综述了陶瓷3D打印技术和材料的特性及其研究进展与应用现状,重点讨论了喷墨打印技术、熔化沉积成型技术、光固化成型技术、分层实体制造技术、激光选区熔化技术/激光选区烧结技术、三维打印成型技术、浆料直写成型技术的特性和研究进展,分析了磷酸三钙陶瓷、氧化铝陶瓷、陶瓷先驱体、SiC陶瓷、Si_3N_4陶瓷、碳硅化钛陶瓷的特性和应用现状,最后指出了陶瓷3D打印技术的发展方向是与传统陶瓷工艺相结合,实现陶瓷制品的快速生产及生物陶瓷制品、高性能陶瓷功能零件的制造。     

硫酸钙（石膏）在3D打印材料中的应用综述

文章主要对硫酸钙（石膏）、ABS树脂和光敏树脂这三种常见的3D打印材料的优劣势进行了对比分析,也单独例举了硫酸钙（石膏）在3D打印材料中的应用现状。由于硫酸钙（石膏）有性价比高、安全环保、无毒无害等诸多优势,专家推荐3D打印技术还不是非常成熟的时期尽量选择石膏作为3D打印材料。