受全球疫情影響，原計劃以線上和線下相結合方式舉辦的德國增材制造展FormnextConnect2020于2020年11月10日至13日在線上舉辦。材料作為增材制造的關鍵點之一，在新產品的開發(fā)、技術設計和可持續(xù)發(fā)展等方面也發(fā)揮著舉足輕重的作用。

作為塑料人，自然最關注塑料材料目前在增材制造領域的技術發(fā)展。在本屆FormnextConnect展上，我們可以注意到許多企業(yè)采用強強聯(lián)合的方式，展開合作，發(fā)揮其在各自領域的優(yōu)勢，創(chuàng)造出“1+1>2”的效應。對此，本刊特作整理，以饗讀者。與此同時，我們也借此文對增材制造領域和塑料行業(yè)相關的部分新技術加以介紹。

“1+1>2””，跨領域協(xié)同融合創(chuàng)新

贏創(chuàng)×惠普：開發(fā)用于MultiJetFusion3D打印技術的熱塑性彈性體

贏創(chuàng)與其長期行業(yè)合作伙伴惠普一起，聯(lián)合開發(fā)了一款主要應用于3D打印領域的全新彈性體。此款聯(lián)合開發(fā)的新材料是一種基于熱塑性聚酰胺（TPA）的柔性高性能特種粉末，并針對行業(yè)領先的惠普MultiJetFusion?（多射流熔融）技術進行了優(yōu)化，在FormnextConnect2020展上亮相。

據(jù)悉，該新型TPA粉末是一種柔性、輕質的打印材料，其特點是密度極低，僅為1.01g/cm3，邵氏A硬度為91。這一高性能粉末非常適合用于對延展性和能量回饋有較高要求的功能性高科技3D塑料部件，如，運動器材或汽車部件等原型和系列產品。

華曙高科×TIGERCoatings：開發(fā)創(chuàng)新熱固SLS材料

11月9日，華曙歐洲分公司和TIGERCoatingsGmbH&Co.KG聯(lián)合宣布，在華曙HT252P開源增材制造系統(tǒng)上成功開發(fā)出創(chuàng)新的熱固SLS材料TIGITAL3D-Set371，這種行業(yè)領先的熱固材料，計劃于11月底正式向市場推廣，并為增材制造行業(yè)帶來更多創(chuàng)新的選擇。

據(jù)悉，這種創(chuàng)新熱固SLS材料具備優(yōu)異特性：高度阻燃性，符合工業(yè)應用特別是航空功能部件的材料需求；具有出色的機械性能；具有很好的阻電特性；高溫條件下可保持尺寸精度；化學耐腐蝕性好，穩(wěn)定性高。這些特性使得該材料可廣泛運用于電子元器件、汽車（特別是引擎系統(tǒng)和電子系統(tǒng)等）、運輸、航空航天等行業(yè)。該材料的SLS加工溫度低，并且?guī)缀蹩蓪崿F(xiàn)超高材料回收，最大程度實現(xiàn)環(huán)保生產過程。除此之外，該材料能夠實現(xiàn)各種顏色的功能部件打印，并保證SLS級別的機械性能。

維捷×科思創(chuàng)：開發(fā)首款用于高速燒結工藝的TPU材料

voxeljet-維捷展示了基于粘結劑噴射工藝及基于高速燒結工藝（HSS）的兩類3D打印系統(tǒng)，并在今年重點展示了三種技術：“工業(yè)鑄造型芯打印”，voxeljet憑借經典鑄造技術與靈活的增材制造工藝的智能融合，旨在為汽車行業(yè)的金屬鑄造型芯實現(xiàn)全自動增材制造生產；高速燒結3D打印技術在注塑替代領域的進一步發(fā)展；與材料企業(yè)科思創(chuàng)開發(fā)的首款用于高速燒結工藝的TPU材料。TPU通常有助于提高基于粉末的3D打印工藝的可持續(xù)性，由于構建室溫度較低，高達100％的非燒結粉末還可以在工藝中重復使用。

除此外，科思創(chuàng)也在FormnextConnect2020上亮相，展出多款產品。致力于推行循環(huán)經濟，科思創(chuàng)展示了由替代原材料制成的產品，如再生塑料和基于CO的cardyon?品牌產品。目前，科思創(chuàng)還正在開發(fā)用于3D打印的部分生物基產品，其中近50%的碳含量來自生物質。其中一種這樣的材料已經被用于使用選擇性激光燒結（SLS）打印鞋墊。

西門子×EOS×DyeMansion：利用聚合物實現(xiàn)增材制造工業(yè)化

西門子以“為實現(xiàn)增材制造下一步工業(yè)化而合作”為主題，在FormnextConnect2020上展示其針對增材制造工業(yè)化的數(shù)字化企業(yè)業(yè)務組合，以及與合作伙伴在增材制造領域的共創(chuàng)成果。西門子重點展示其與EOS和DyeMansion的合作——三方將共同打造首家增材制造虛擬工廠，用于聚合物選擇性激光燒結的工業(yè)化生產。據(jù)悉，西門子和EOS、DyeMansion將以鞋中底應用為例，在獨立而經濟地考慮設計、貼合度和顏色等參數(shù)的情況下，展示在整個價值鏈上如何用聚合物材料和SLS設備實現(xiàn)工業(yè)化生產。

據(jù)EOS歐洲、中東和非洲地區(qū)高級副總裁MarkusGlasser介紹，對于批量生產，可以無縫集成到自動化生產中的EOSP500正在此合作中發(fā)揮作用。EOSP500制造平臺非常適合工業(yè)規(guī)模的塑料零件激光燒結。該系統(tǒng)能夠以高達300°C的工作溫度加工高分子材料，可實現(xiàn)最佳的材料靈活性。其主要優(yōu)勢之一是具有自動化能力，可在保持穩(wěn)定、高質量零件的同時實現(xiàn)生產效率的全面提升。這確保了零件成本的經濟性，甚至可以在一夜之間生產出增材制造的零件。

抓住機遇=不斷突破的新技術

近年來，隨著3D打印浪潮的猛烈來襲，我們看到用于3D打印的塑料材料及其相關制造技術不斷突破和更新。近期，就有一些塑料相關3D打印技術的突破：不需用電的3D打印塑料電子控制器、金屬塑料混合制品、“一滴樹脂打印一顆牙”的超高精度3D打印方法……讓人倍感驚喜！

用3D打印塑料控制電子設備

近期，華盛頓大學的研究人員設計了一種方法，使用3D打印塑料來創(chuàng)建無需電池或電子設備就能與智能手機或其他接入Wi-Fi的設備通信。比如，用一塊3D打印塑料控制空調，再也不需要定期更換電池。為了確保塑料物體能夠反射無線信號，研究人員采用了具有導電特性的復合塑料細絲，其中帶有銅和石墨烯碎屑。研究人員使用現(xiàn)有的3D打印機打印這些材料，當環(huán)境中有周圍的Wi-Fi信號時，這些塑料物體可以利用復合塑料材料來反射信號。而為了實現(xiàn)設備間的數(shù)據(jù)交流，研究人員巧妙地利用齒輪來代表二進制編碼(0和1)，用齒輪上有無齒來表示0和1。

據(jù)悉，這項技術的運用不只是用塑料控制聯(lián)網(wǎng)設備，通過采集和交流數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)更多功能。比如，在此前研究人員公布的演示中，通過用3D打印塑料制作的洗衣液瓶蓋，可以自動檢測瓶中洗衣液的剩余量并向手機發(fā)送通知，通過進一步設置，甚至可以實現(xiàn)自動在網(wǎng)上購買新的洗衣液。這一演示顯示出其可行性，在其他方面，比如醫(yī)療，這種技術可以幫助患者實現(xiàn)自動監(jiān)測藥物剩量和自動購買功能。考慮到Wi-Fi目前的普及率，這一技術的實現(xiàn)環(huán)境可以說已經成熟，不過投入商業(yè)使用可能還需要一段時間。

實現(xiàn)精準按需打印：“用一滴樹脂打印一顆牙”

基于光固化的連續(xù)3D打印技術已成為構造3D結構最有前途的方法之一，但是其精度和材料利用率在連續(xù)快速打印過程中受到限制。并且在高速打印時，樹脂紫外固化過程的放熱會讓打印過程變得不穩(wěn)定，導致樹脂殘留，降低3D打印的分辨率。中國科學院化學研究所研究人員提出單墨滴3D打印策略，通過引入可退浸潤的“三相接觸線”，顯著提高了3D打印的精度和穩(wěn)定性，實現(xiàn)一滴成型。

研究人員通過實驗：將一滴樹脂滴在被稱為“固化界面”的透明板上，準備好接受已輸入好設計參數(shù)的紫外光，隨著紫外光的投影，樹脂一層一層變成固態(tài)，一顆牙齒逐漸在成型平臺下顯現(xiàn)，光滑、潔白?？梢钥吹剑瑔文慰赏耆D化為所設計的牙齒結構，并且具有邊緣完整性。在業(yè)內專家看來，這項研究實現(xiàn)了最高材料利用率的高精度3D打印。據(jù)悉，除了牙齒外，這項技術還可以用在隱型眼鏡等精細產品的制造上。單墨滴3D打印技術有望為可控、按需制備3D結構開辟新途徑。

碳纖維3D打印的新LITA方法

特拉華大學的研究人員正在將熱固性聚合物與碳纖維結合起來，為他們的新技術制造復合材料：局部平面內熱輔助（LITA）3D打印。碳纖維的策略性定位是將液體聚合物“芯吸”到材料結構中，并在其中填充空間。如果聚合物具有足夠的多孔性，它們也可以填充纖維。然后將纖維加熱，固化液態(tài)聚合物并允許形成3D打印結構。

LITA3D打印最有益和獨特的方面之一是，由于固化過程較早發(fā)生，因此不需要以后進行，這意味著為用戶節(jié)省了時間和能源。這些材料和新技術可能將在基礎設施中擁有廣闊應用前景，例如建筑橋梁及飛機零件的制造。據(jù)研究人員介紹，這項新技術還將減少與缺陷相關的人工、工具和成本。

結語

在3D打印的浪潮中，以塑料為耗材的3D打印材料迎來了大量發(fā)展機遇。不過由于自身強度的限制，塑料材料在3D打印中的應用大多局限于生產普通制品。其實，不管是從Formnext展會上材料商與設備技術商的積極合作，還是近期3D打印領域塑料方面技術的進展，我們都能看到塑料在3D打印領域舉足輕重的地位及其向前發(fā)展的可能性?？梢灶A見，未來，塑料材料仍將是3D打印的主流材料之一，并在3D打印的浪潮中獲得跨越性的發(fā)展。