受全球疫情影響，原計(jì)劃以線上和線下相結(jié)合方式舉辦的德國(guó)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(guān)鍵點(diǎn)之一，在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、技術(shù)設(shè)計(jì)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(guān)注塑料材料目前在增材制造領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。在本屆FormnextConnect展上，我們可以注意到許多企業(yè)采用強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的方式，展開(kāi)合作，發(fā)揮其在各自領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造出“1+1>2”的效應(yīng)。對(duì)此，本刊特作整理，以饗讀者。與此同時(shí)，我們也借此文對(duì)增材制造領(lǐng)域和塑料行業(yè)相關(guān)的部分新技術(shù)加以介紹。

“1+1>2””，跨領(lǐng)域協(xié)同融合創(chuàng)新

贏創(chuàng)×惠普：開(kāi)發(fā)用于MultiJetFusion3D打印技術(shù)的熱塑性彈性體

贏創(chuàng)與其長(zhǎng)期行業(yè)合作伙伴惠普一起，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一款主要應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域的全新彈性體。此款聯(lián)合開(kāi)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(duì)行業(yè)領(lǐng)先的惠普MultiJetFusion?（多射流熔融）技術(shù)進(jìn)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(zhì)的打印材料，其特點(diǎn)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(duì)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(yùn)動(dòng)器材或汽車(chē)部件等原型和系列產(chǎn)品。

華曙高科×TIGERCoatings：開(kāi)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(kāi)源增材制造系統(tǒng)上成功開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新的熱固SLS材料TIGITAL3D-Set371，這種行業(yè)領(lǐng)先的熱固材料，計(jì)劃于11月底正式向市場(chǎng)推廣，并為增材制造行業(yè)帶來(lái)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(yīng)用特別是航空功能部件的材料需求；具有出色的機(jī)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(xué)耐腐蝕性好，穩(wěn)定性高。這些特性使得該材料可廣泛運(yùn)用于電子元器件、汽車(chē)（特別是引擎系統(tǒng)和電子系統(tǒng)等）、運(yùn)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?shí)現(xiàn)超高材料回收，最大程度實(shí)現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)過(guò)程。除此之外，該材料能夠?qū)崿F(xiàn)各種顏色的功能部件打印，并保證SLS級(jí)別的機(jī)械性能。

維捷×科思創(chuàng)：開(kāi)發(fā)首款用于高速燒結(jié)工藝的TPU材料

voxeljet-維捷展示了基于粘結(jié)劑噴射工藝及基于高速燒結(jié)工藝（HSS）的兩類(lèi)3D打印系統(tǒng)，并在今年重點(diǎn)展示了三種技術(shù)：“工業(yè)鑄造型芯打印”，voxeljet憑借經(jīng)典鑄造技術(shù)與靈活的增材制造工藝的智能融合，旨在為汽車(chē)行業(yè)的金屬鑄造型芯實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)增材制造生產(chǎn)；高速燒結(jié)3D打印技術(shù)在注塑替代領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展；與材料企業(yè)科思創(chuàng)開(kāi)發(fā)的首款用于高速燒結(jié)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(gòu)建室溫度較低，高達(dá)100％的非燒結(jié)粉末還可以在工藝中重復(fù)使用。

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

西門(mén)子×EOS×DyeMansion：利用聚合物實(shí)現(xiàn)增材制造工業(yè)化

西門(mén)子以“為實(shí)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(duì)增材制造工業(yè)化的數(shù)字化企業(yè)業(yè)務(wù)組合，以及與合作伙伴在增材制造領(lǐng)域的共創(chuàng)成果。西門(mén)子重點(diǎn)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(jié)的工業(yè)化生產(chǎn)。據(jù)悉，西門(mén)子和EOS、DyeMansion將以鞋中底應(yīng)用為例，在獨(dú)立而經(jīng)濟(jì)地考慮設(shè)計(jì)、貼合度和顏色等參數(shù)的情況下，展示在整個(gè)價(jià)值鏈上如何用聚合物材料和SLS設(shè)備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

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

抓住機(jī)遇=不斷突破的新技術(shù)

近年來(lái)，隨著3D打印浪潮的猛烈來(lái)襲，我們看到用于3D打印的塑料材料及其相關(guān)制造技術(shù)不斷突破和更新。近期，就有一些塑料相關(guān)3D打印技術(shù)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(shù)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(shè)備

近期，華盛頓大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種方法，使用3D打印塑料來(lái)創(chuàng)建無(wú)需電池或電子設(shè)備就能與智能手機(jī)或其他接入Wi-Fi的設(shè)備通信。比如，用一塊3D打印塑料控制空調(diào)，再也不需要定期更換電池。為了確保塑料物體能夠反射無(wú)線信號(hào)，研究人員采用了具有導(dǎo)電特性的復(fù)合塑料細(xì)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(jī)打印這些材料，當(dāng)環(huán)境中有周?chē)腤i-Fi信號(hào)時(shí)，這些塑料物體可以利用復(fù)合塑料材料來(lái)反射信號(hào)。而為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交流，研究人員巧妙地利用齒輪來(lái)代表二進(jìn)制編碼(0和1)，用齒輪上有無(wú)齒來(lái)表示0和1。

據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用不只是用塑料控制聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過(guò)采集和交流數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)更多功能。比如，在此前研究人員公布的演示中，通過(guò)用3D打印塑料制作的洗衣液瓶蓋，可以自動(dòng)檢測(cè)瓶中洗衣液的剩余量并向手機(jī)發(fā)送通知，通過(guò)進(jìn)一步設(shè)置，甚至可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)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(shù)可以幫助患者實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)藥物剩量和自動(dòng)購(gòu)買(mǎi)功能?？紤]到Wi-Fi目前的普及率，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)環(huán)境可以說(shuō)已經(jīng)成熟，不過(guò)投入商業(yè)使用可能還需要一段時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)按需打?。骸坝靡坏螛?shù)脂打印一顆牙”

基于光固化的連續(xù)3D打印技術(shù)已成為構(gòu)造3D結(jié)構(gòu)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(guò)程中受到限制。并且在高速打印時(shí)，樹(shù)脂紫外固化過(guò)程的放熱會(huì)讓打印過(guò)程變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致樹(shù)脂殘留，降低3D打印的分辨率。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究人員提出單墨滴3D打印策略，通過(guò)引入可退浸潤(rùn)的“三相接觸線”，顯著提高了3D打印的精度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)一滴成型。

研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)：將一滴樹(shù)脂滴在被稱(chēng)為“固化界面”的透明板上，準(zhǔn)備好接受已輸入好設(shè)計(jì)參數(shù)的紫外光，隨著紫外光的投影，樹(shù)脂一層一層變成固態(tài)，一顆牙齒逐漸在成型平臺(tái)下顯現(xiàn)，光滑、潔白?？梢钥吹?，單墨滴可完全轉(zhuǎn)化為所設(shè)計(jì)的牙齒結(jié)構(gòu)，并且具有邊緣完整性。在業(yè)內(nèi)專(zhuān)家看來(lái)，這項(xiàng)研究實(shí)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(xiàng)技術(shù)還可以用在隱型眼鏡等精細(xì)產(chǎn)品的制造上。單墨滴3D打印技術(shù)有望為可控、按需制備3D結(jié)構(gòu)開(kāi)辟新途徑。

碳纖維3D打印的新LITA方法

特拉華大學(xué)的研究人員正在將熱固性聚合物與碳纖維結(jié)合起來(lái)，為他們的新技術(shù)制造復(fù)合材料：局部平面內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

LITA3D打印最有益和獨(dú)特的方面之一是，由于固化過(guò)程較早發(fā)生，因此不需要以后進(jìn)行，這意味著為用戶(hù)節(jié)省了時(shí)間和能源。這些材料和新技術(shù)可能將在基礎(chǔ)設(shè)施中擁有廣闊應(yīng)用前景，例如建筑橋梁及飛機(jī)零件的制造。據(jù)研究人員介紹，這項(xiàng)新技術(shù)還將減少與缺陷相關(guān)的人工、工具和成本。

結(jié)語(yǔ)

在3D打印的浪潮中，以塑料為耗材的3D打印材料迎來(lái)了大量發(fā)展機(jī)遇。不過(guò)由于自身強(qiáng)度的限制，塑料材料在3D打印中的應(yīng)用大多局限于生產(chǎn)普通制品。其實(shí)，不管是從Formnext展會(huì)上材料商與設(shè)備技術(shù)商的積極合作，還是近期3D打印領(lǐng)域塑料方面技術(shù)的進(jìn)展，我們都能看到塑料在3D打印領(lǐng)域舉足輕重的地位及其向前發(fā)展的可能性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)，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。