3D打印技術(shù)是一種通過(guò)逐層增加堆積材料來(lái)生成三維實(shí)體的快速增材制造技術(shù)，不但克服了傳統(tǒng)減材制造產(chǎn)生的損耗問(wèn)題，而且使產(chǎn)品制造更智能化、精準(zhǔn)化和高效。尤其是涉及到復(fù)雜形狀的高端制造，3D打印技術(shù)顯示出了巨大的優(yōu)越性。隨著高端制造業(yè)的發(fā)展，目前3D打印制造技術(shù)受到高度關(guān)注，與機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)一起被稱為推動(dòng)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。

3D打印制造技術(shù)主要由3個(gè)關(guān)鍵要素組成：一是產(chǎn)品需要進(jìn)行精準(zhǔn)的三維設(shè)計(jì)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具對(duì)產(chǎn)品全方位精準(zhǔn)定位；二是需要強(qiáng)大的成型設(shè)備；三是需要滿足制品性能和成型工藝的材料。由于3D打印制造技術(shù)完全改變了傳統(tǒng)制造工業(yè)的方式和原理，是對(duì)傳統(tǒng)制造模式的一種顛覆，因此3D打印材料成為限制3D打印發(fā)展的主要瓶頸，也是3D打印突破創(chuàng)新的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)所在，只有進(jìn)行更多新材料的開(kāi)發(fā)才能拓展3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

3D打印制造技術(shù)的最終發(fā)展是在高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用，由于受材料技術(shù)的限制，目前3D打印材料主要以樹(shù)脂塑料最為成熟，還無(wú)法完全滿足高端工業(yè)3D打印的需要，因此需要現(xiàn)有塑料材料不斷完善和改進(jìn)。塑料材料具有熱塑性可熔融的特性，在熔融狀態(tài)下，從噴頭處擠壓出來(lái)，通過(guò)凝固層層疊加最終形成產(chǎn)品。由于塑料材料良好的熱流動(dòng)性、快速冷卻粘接性、較高的機(jī)械強(qiáng)度，在3D打印制造領(lǐng)域得到快速的應(yīng)用和發(fā)展。塑料材料的熔融粘結(jié)特性逐步將樹(shù)脂塑料用于陶瓷、玻璃、無(wú)機(jī)凝膠、纖維、金屬等，成為3D打印的基礎(chǔ)材料[1]。本文主要就3D打印塑料材料技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

一、3D打印塑料種類(lèi)

不同于傳統(tǒng)塑料材料，3D打印技術(shù)對(duì)塑料材料的性能和適用性提出了更高要求，最基本的要求是通過(guò)熔融、液狀或者粉末化后具有流動(dòng)性，3D打印成型后通過(guò)凝固、聚合、固化等形成具有良好的強(qiáng)度和特殊功能性[2]。適合于3D打印的塑料材料有工程塑料、生物塑料、熱固性塑料、光敏樹(shù)脂和預(yù)聚體樹(shù)脂、高分子凝膠等。

1.工程塑料

工程塑料因良好的強(qiáng)度、耐候性和熱穩(wěn)定性使其應(yīng)用范圍較廣，尤其是用以制備工業(yè)制品，因此工程塑料成為目前應(yīng)用最廣泛的3D打印材料，特別是以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯砜（PPSF）、聚醚醚酮（PEEK）等最為常用。

ABS材料因具有良好的熱熔性、沖擊強(qiáng)度，成為通過(guò)熔融沉積3D打印的首選工程塑料。目前主要是將ABS預(yù)制成絲、粉末化后使用，應(yīng)用范圍幾乎涵蓋了所有日用品、工程用品和部分機(jī)械用品。近年來(lái)ABS不但在應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，而且性能不斷提升，借助ABS強(qiáng)大的粘接性、強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)ABS的改性，使其作為3D打印材料在更廣范圍得到應(yīng)用。例如，2014年國(guó)際空間站用ABS塑料3D打印機(jī)為其打印零件；世界上最大的3D打印機(jī)材料公司Stratasys公司研發(fā)的最新ABS材料ABS-M30，專為3D打印制造設(shè)計(jì)，機(jī)械性能比傳統(tǒng)的ABS材料提高了67%，從而擴(kuò)大了ABS的應(yīng)用范圍；Stratasys公司發(fā)布的第2代數(shù)碼ABS2，這種新型材料可以通過(guò)3D打印薄壁的電子器件，而且具有良好的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性[3]。初創(chuàng)公司3DXTech采用100%的純ABS樹(shù)脂和多壁碳納米管開(kāi)發(fā)出了3DXNano ESD材料，可用于打印一些關(guān)鍵零件在汽車(chē)、電子、電氣中得到應(yīng)用。

PA強(qiáng)度高，同時(shí)具有一定的柔韌性，因此可直接利用3D打印制造設(shè)備零部件。利用3D打印制造的PA碳纖維復(fù)合塑料樹(shù)脂零件強(qiáng)度韌性很高，可用于機(jī)械工具代替金屬工具。索爾維公司作為全球PA工程塑料的專家，基于PA的工程塑料進(jìn)行3D打印樣件，用于發(fā)動(dòng)機(jī)周邊零件、門(mén)把手套件、剎車(chē)踏板等，用工程塑料替代傳統(tǒng)的金屬材料，最終解決了汽車(chē)的輕量化問(wèn)題[4]。由于PA容易預(yù)制成顆粒均勻的球形微細(xì)粉體，因此材料流動(dòng)性好，松裝密度高，可以通過(guò)3D打印的選擇性激光粘合將粉末逐層粘接，精確快速加工成型精密零件。另外，由于PA的粘接性和粉末特性，可與陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉等混合，通過(guò)粘接實(shí)現(xiàn)陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉的低溫3D打印。

PC具有優(yōu)異的強(qiáng)度，其強(qiáng)度比ABS材料高出60%左右，因此適合于超強(qiáng)工程制品的應(yīng)用。德國(guó)拜耳公司開(kāi)發(fā)的PC2605可用于防彈玻璃、樹(shù)脂鏡片、車(chē)頭燈罩、宇航員頭盔面罩、智能手機(jī)的機(jī)身、機(jī)械齒輪等異型構(gòu)件的3D打印制造。

PPSF具有最高的耐熱性、強(qiáng)韌性以及耐化學(xué)品性，在各種快速成型工程塑料材料之中性能最佳，通過(guò)碳纖維、石墨的復(fù)合處理，PPSF顯示出極高的強(qiáng)度，可用于3D打印制造高承受負(fù)荷的制品，成為替代金屬、陶瓷的首選材料[5]。

PEEK具有優(yōu)異的耐磨性、生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性以及楊氏模量最接近人骨等優(yōu)點(diǎn)，是理想的人工骨替換材料，適合長(zhǎng)期植入人體?；谌廴诔练e成型原理的3D打印技術(shù)安全方便、無(wú)需使用激光器、后處理簡(jiǎn)單，通過(guò)與PEEK材料結(jié)合制造仿生人工骨[6]。國(guó)內(nèi)吉林大學(xué)在PEEK領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，并申請(qǐng)多項(xiàng)發(fā)明專利，其中專利CN103707507A公開(kāi)了一種PEEK仿生人工骨的3D打印制造方法，利用可以替代金屬且具有優(yōu)良生物相容性的PEEK材料進(jìn)行仿生人工骨的3D打印制造[7]。

2.生物塑料

3D打印生物塑料主要有聚乳酸（PLA）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）、聚-羥基丁酸酯（PHB）、聚-羥基戊酸酯（PHBV）、聚丁二酸-丁二醇酯（PBS）、聚己內(nèi)脂（PCL）等，具有良好的可生物降解性。由于生物塑料具有良好的流動(dòng)性、快速凝固特性、不易堵噴嘴、環(huán)保型、生物相容性，在生物醫(yī)療制品的3D打印制造中得到很好的應(yīng)用。

PLA在3D熔融沉積打印中打印出來(lái)的樣品成型好、不翹邊、外觀光滑。新加坡南洋理工大學(xué)的Tan K H等在應(yīng)用PLA制造組織工程支架方面的研究中，采用3D技術(shù)成型生物可降解的高分子材料，制造了高孔隙度的PLA組織工程支架，通過(guò)對(duì)該支架進(jìn)行組織分析，發(fā)現(xiàn)其具有生長(zhǎng)能力[8]。成都新柯力化工科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“成都新柯力”）利用低溫微細(xì)反應(yīng)技術(shù)，通過(guò)將PLA冷凍微細(xì)處理后進(jìn)行共混增強(qiáng)，大幅提升了改性的均勻性，對(duì)聚乳酸的韌性、沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度都有很大程度的提高，使PLA在3D打印材料中具有更加廣闊的應(yīng)用前景[9]。

PETG是采用甘蔗乙烯生產(chǎn)的生物基乙二醇為原料合成的生物基塑料。具有出眾的熱成型性、堅(jiān)韌性與耐候性，熱成型周期短、溫度低、成品率高。PETG作為一種新型的3D打印材料，兼具PLA和ABS的優(yōu)點(diǎn)。在3D打印時(shí)，材料的收縮率非常小，并且具有良好的疏水性，無(wú)需在密閉空間里貯存。由于PETG的收縮率低、溫度低，在打印過(guò)程中幾乎沒(méi)有氣味，使得PETG在3D打印領(lǐng)域產(chǎn)品具有更為廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景[8]。ESUN開(kāi)發(fā)出一款具有突出韌性和高強(qiáng)度抗沖擊性的PETG，突破了傳統(tǒng)聚丙烯酸酯類(lèi)產(chǎn)品的局限，其抗沖擊力是改性聚丙烯酸酯類(lèi)的3～10倍，其與聚氯乙烯（PVC）相比，透明度更高、光澤好，更便于3D打印且具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。

PCL是一種生物可降解聚酯，熔點(diǎn)較低，只有60℃左右。與大部分生物材料一樣，人們常常把它用作特殊用途如藥物傳輸設(shè)備、縫合劑等，同時(shí)，PCL還具有形狀記憶性。在3D打印中，由于它熔點(diǎn)低，所以并不需要很高的打印溫度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)，也由于熔點(diǎn)低使得它可以有效避免人員操作時(shí)的燙傷。另外，因?yàn)槠渚哂行螤钣洃浀奶匦?，它使得打印出?lái)的東西具有“記憶”，在特定條件下，可以使其恢復(fù)到原先設(shè)定的形狀。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用來(lái)打印心臟支架等[8]。針對(duì)PCL強(qiáng)度低的缺陷，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究了一種高強(qiáng)度的可生物降解的PCL 3D打印材料，通過(guò)針對(duì)性的選用無(wú)機(jī)組分對(duì)PCL進(jìn)行改性處理，使得PCL改性材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗沖擊強(qiáng)度及耐蠕變性能[10]。

但由于生物塑料普遍強(qiáng)度較低，因此目前對(duì)生物塑料需要進(jìn)一步的增強(qiáng)處理。

3.熱固性塑料

熱固性樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯、酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、芳雜環(huán)樹(shù)脂等具有強(qiáng)度高、耐火性特點(diǎn)，非常適合利用3D打印的粉末激光燒結(jié)成型工藝。哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院的材料科學(xué)家與Wyss生物工程研究所聯(lián)手開(kāi)發(fā)出了一種可3D打印的環(huán)氧基熱固性樹(shù)脂材料，這種環(huán)氧樹(shù)脂可3D打印成建筑結(jié)構(gòu)件用在輕質(zhì)建筑中。比利時(shí)Materialise NV公司已開(kāi)發(fā)出一種柔性且耐用的TPU92A-1聚氨酯，用于3D打印用柔性制品，具有彈性好、高抗撕性和動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻的特點(diǎn)，且瞬間響應(yīng)，能耐受-4～112℉的溫度范圍。

4.光敏樹(shù)脂

光敏樹(shù)脂是由聚合物單體與預(yù)聚體組成，由于具有良好的液體流動(dòng)性和瞬間光固化特性，使得液態(tài)光敏樹(shù)脂成為3D打印耗材用于高精度制品打印的首選材料。光敏樹(shù)脂因具有較快的固化速度，表干性能優(yōu)異，成型后產(chǎn)品外觀平滑，可呈現(xiàn)透明至半透明磨砂狀。尤其是光敏樹(shù)脂具有低氣味低刺激性成分，非常適合個(gè)人桌面3D打印系統(tǒng)。但是現(xiàn)有技術(shù)中的光敏樹(shù)脂用于3D打印時(shí)還存在一些缺點(diǎn)，如后期固化的時(shí)間較長(zhǎng)，易導(dǎo)致形變；綜合性能和機(jī)械性能存在缺陷，影響應(yīng)用的范圍。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)光敏樹(shù)脂在3D打印的應(yīng)用取得了顯著進(jìn)步，西安交通大學(xué)自主研制了3D打印光固化成型材料，成型精度達(dá)到0.2mm[11]。國(guó)外杜邦公司針對(duì)光敏樹(shù)脂存在固化速度慢、強(qiáng)度差的缺陷，推出牌號(hào)為2100、3100的光敏樹(shù)脂[12]。帝斯曼推出的Somos Nex光固化材料與PC類(lèi)似，不但韌性、剛性好，而且精度高，可用于高精度的汽車(chē)、電子等領(lǐng)域。

適合3D打印的光敏樹(shù)脂由于技術(shù)含量高、配方復(fù)雜，目前只有少數(shù)幾家公司掌握，但已有技術(shù)證明，光固化的光敏樹(shù)脂在3D打印制造領(lǐng)域的應(yīng)用存在巨大的潛力，甚至可替代工程塑料用于高強(qiáng)、高精密度的制品打印。

5.高分子凝膠

高分子凝膠具有良好的智能性，海藻酸鈉、纖維素、動(dòng)植物膠、蛋白胨、聚丙烯酸等高分子凝膠材料用于3D打印，在一定的溫度及引發(fā)劑、交聯(lián)劑的作用下進(jìn)行聚合后，形成特殊的網(wǎng)狀高分子凝膠制品。如受離子強(qiáng)度、溫度、電場(chǎng)和化學(xué)物質(zhì)變化時(shí)，凝膠的體積也會(huì)相應(yīng)地變化，用于形狀記憶材料；凝膠溶脹或收縮發(fā)生體積轉(zhuǎn)變，用于傳感材料；凝膠網(wǎng)孔的可控性，可用于智能藥物釋放材料；與人體組織器官的性能相近，可用于醫(yī)藥組織材料，如耳朵、腎臟、血管、皮膚和骨頭在內(nèi)的人體器官都已經(jīng)可以利用高分子凝膠進(jìn)行3D打印。Rossiter[13]等在2009年首次將聚丙烯酸材料作為3D打印材料，通過(guò)噴射液體聚丙烯酸材料固化形成了三維聚丙烯酸基體材料。英國(guó)人Alan Faulkner-Jones將活細(xì)胞注入生物凝膠，隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)，凝膠最終溶解，最終形成帶結(jié)構(gòu)的生物體組織[14]。段升華的發(fā)明專利公開(kāi)了一種3D生物打印水凝膠材料及其應(yīng)用，該水凝膠材料為聚N-異丙基丙基酰胺類(lèi)、PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物，含有細(xì)胞生長(zhǎng)因子及營(yíng)養(yǎng)組分、水、溫敏性聚合物和生物大分子，具有與人體軟組織相仿的力學(xué)性質(zhì)，并可包裹細(xì)胞，有良好的細(xì)胞黏附性，用于人體內(nèi)時(shí)，免疫排斥小、抗過(guò)敏，有利于人體健康恢復(fù)，生物降解性好[15]。

二、3D打印塑料材料的形態(tài)

根據(jù)3D打印工藝需要和材料性能的不同，目前3D打印塑料材料的形態(tài)主要有絲狀、粉末狀、液體狀。

1.絲狀塑料材料

為了使熱塑性塑料材料用于3D打印時(shí)能夠快速熔融并均勻的輸送，通常將塑料材料經(jīng)過(guò)螺桿擠出機(jī)預(yù)制成直徑1.75mm或3.00mm的單絲。目前大部分熱塑性塑料通過(guò)預(yù)制成單絲，在預(yù)制成單絲的同時(shí)可以根據(jù)制品需要復(fù)合其它材料以提升塑料材料的性能。絲狀塑料用于3D打印要求絲料具有良好的彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度，這樣在牽引和驅(qū)動(dòng)力作用下才不會(huì)發(fā)生斷絲，而且要求絲狀物具有良好的圓度，以保證送料均勻穩(wěn)定[16]。廣州優(yōu)塑塑料科技有限公司的專利公開(kāi)了將ABS或PLA與木粉混合擠出得到3D復(fù)合塑料絲，可以用于打印仿木質(zhì)產(chǎn)品[17]。澳大利亞Swinburne工業(yè)大學(xué)將鐵粉混合到尼龍中通過(guò)拉絲獲得了1種由金屬-塑料復(fù)合的絲，可用于3D打印熔融沉積工藝快速成型制品[18]。

2.粉末狀塑料材料

對(duì)于一些熱熔溫度高、熱敏感、熱流動(dòng)性差、具有熱固特性的塑料通常預(yù)制成粉末，如聚甲基丙烯酸甲酯粉末、聚甲醛粉末、聚苯乙烯粉末、石蠟粉末、淀粉粉末等，通常需要通過(guò)機(jī)械粉碎、噴霧干燥獲得粉末[18]。為了保證良好的球度和流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)高燒結(jié)精度，要求聚合物材料能被制成平均粒徑在10～250μm之間的球形粉末材料，這樣的材料流動(dòng)性好、松裝密度高[1]。如可以通過(guò)氣相沉淀等技術(shù)手段將塑料制成聚合物微球用于3D打印材料[19]。合肥杰事杰新材料股份有限公司的專利公開(kāi)了一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制備方法[20]。

3.液態(tài)狀塑料材料

液體狀的3D打印塑料材料由于具有良好的流動(dòng)性，可以大幅提高打印的精確度。液狀的光敏樹(shù)脂聚合材料是目前應(yīng)用最廣的液體塑料。另外將塑料樹(shù)脂用溶劑預(yù)先溶解為液體；選用凝膠高分子；選用可快速聚合的單體；選用2種液狀物可聚合反應(yīng)的液體如聚氨酯；預(yù)聚體通過(guò)自聚或者引發(fā)聚合等等，都是可選用的液狀3D打印塑料材料。青島尤尼科技有限公司的發(fā)明專利公開(kāi)了一種預(yù)聚物3D打印材料，由聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物、光引發(fā)劑、含硫表面活性劑組成，在3D打印機(jī)中可均勻流動(dòng)，噴射后快速固化[21]。

三、3D打印塑料改性技術(shù)

目前幾乎所有的通用塑料都可以應(yīng)用于3D打印，但由于每種塑料的特性存在差異，導(dǎo)致3D打印的工藝以及制品性能受到影響。目前影響塑料材料應(yīng)用于3D打印的因素主要有：打印溫度高、材料流動(dòng)性差，導(dǎo)致工作環(huán)境出現(xiàn)揮發(fā)成分，打印嘴易堵，影響制品精密度；普通的塑料強(qiáng)度較低，適應(yīng)的范圍太窄，需要對(duì)塑料做增強(qiáng)處理；冷卻均勻性差，定型慢，易造成制品收縮和變形；缺少功能化和智能化的應(yīng)用。

3D打印產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵是材料，塑料材料作為3D打印最為成熟的材料，目前仍存在較多問(wèn)題：受塑料強(qiáng)度的影響，塑料材料適應(yīng)領(lǐng)域有限，成品的物理機(jī)械特性較差；需要高溫加工、低溫流動(dòng)性差、固化慢、易變形、精密度低；缺少塑料在新材料領(lǐng)域的拓展。為此，3D打印塑料改性技出現(xiàn)了一些術(shù)改性技術(shù)，主要為以下4個(gè)方面：

1.流動(dòng)性改性

為了實(shí)現(xiàn)塑料的流動(dòng)改性，可以參考利用潤(rùn)滑劑等進(jìn)行改性。但由于使用過(guò)多的潤(rùn)滑劑會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)分增加，切削弱制品的剛性和強(qiáng)度，因此通過(guò)加入高剛性、高流動(dòng)性的球形的硫酸鋇、玻璃微珠等無(wú)機(jī)材料可以彌補(bǔ)塑料流動(dòng)性差的缺陷。對(duì)粉末塑料可采用粉體表面包覆片狀無(wú)機(jī)粉體如滑石粉、云母粉等以增加流動(dòng)性。另外，可在塑料合成時(shí)直接形成微球，以確保流動(dòng)性。

2.增強(qiáng)改性

通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)材料可以提升塑料的剛性和強(qiáng)度。如通過(guò)玻璃纖維、金屬纖維、木質(zhì)纖維用于增強(qiáng)ABS的增強(qiáng)使復(fù)合材料適合于3D熔融沉積工藝；粉末狀塑料通常通過(guò)激光燒結(jié)，可以通過(guò)復(fù)合多種材料進(jìn)行增強(qiáng)改性，包括添加玻璃纖維的尼龍粉、添加碳纖維的尼龍粉、尼龍與聚醚酮混合等[22]。

3.快速凝固

塑料的凝固時(shí)間與結(jié)晶性密切相關(guān)。為了加快塑料3D熔融沉積后快速凝固成形，可以通過(guò)使用合理的成核劑以加快塑料定型凝固，也可以通過(guò)在塑料材料中復(fù)合不同熱容的金屬以加快凝固的速度。

4.功能化

塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性，在一些領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。但如果賦予塑料一些功能，會(huì)大大拓展塑料在3D打印制造領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。如傳統(tǒng)功能性塑料制品通常在加工時(shí)混入功能性材料，但由于功能性材料的特殊性，對(duì)加工工藝、加工設(shè)備要求極高，甚至有些功能性材料由于自身熱性能的限制無(wú)法直接加入塑料中。特別是一些用于生物醫(yī)療的復(fù)雜器件、導(dǎo)電材料、溫控材料、形變記憶材料采用傳統(tǒng)制造方法難以滿足要求。通過(guò)選擇3D打印成型，不但可以得到復(fù)雜形狀的智能材料，而且通過(guò)復(fù)合使具有功能的材料在3D打印成型時(shí)直接填入塑料。如將電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度、光、pH值等敏感材料通過(guò)3D打印用于塑料獲得智能材料[23]；利用有機(jī)聚合物將金屬粉末粘接制備具

有形狀記憶功能的合金[24]；蘇州聚復(fù)高分子材料有限公司的發(fā)明專利公開(kāi)了一種快速成型形狀記憶高分子材料及其制備方法和應(yīng)用，硬段結(jié)構(gòu)由二異氰酸酯結(jié)合結(jié)晶型擴(kuò)鏈劑構(gòu)成，軟段結(jié)構(gòu)由聚酯型或聚醚型的多元醇結(jié)合構(gòu)成，所打印的3D產(chǎn)品對(duì)于時(shí)間的維度具有自發(fā)形變回復(fù)的能力[25]；西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用導(dǎo)電聚合物以及水凝膠與導(dǎo)電顆粒混合體作為電極材料，利用3D打印技術(shù)制造了導(dǎo)電水凝膠電極材料[23]；在生物醫(yī)療領(lǐng)域，利用3D打印技術(shù)制備雙管道聚乳酸/β-磷酸三鈣生物陶瓷復(fù)合材料支架，具有可控的多孔結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能明顯增強(qiáng)[26]。英國(guó)華威大學(xué)研制出一種新型導(dǎo)電塑料復(fù)合材料，而這種材料的最大特點(diǎn)是可供人們打印符合自己意愿的電子產(chǎn)品，從而減少不必要的電子廢棄物。另外，塑料通過(guò)功能化利用3D技術(shù)可以制作高分子光伏材料、高分子光電材料、高分子儲(chǔ)能材料等。

四、3D打印塑料發(fā)展趨勢(shì)

3D打印制造技術(shù)的發(fā)展中，材料是技術(shù)提升的關(guān)鍵。由于目前金屬制品、陶瓷制品、玻璃制品、木制品等3D成型材料的技術(shù)瓶頸，使得3D打印技術(shù)還不能完全替代傳統(tǒng)的制造技術(shù)。3D打印制造技術(shù)是一種全新的制造理念，最終將應(yīng)用于大工業(yè)規(guī)?；悄苌a(chǎn)。由于塑料自身強(qiáng)度的限制，塑料材料在3D打印中的應(yīng)用目前僅限于普通制品。但隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)塑料的性能被大幅提升，依靠塑料強(qiáng)大的快速熔融沉積和低溫粘接特性將被廣泛應(yīng)用到3D打印制造領(lǐng)域。除了塑料自身可以通過(guò)3D打印制品外，在玻璃、陶瓷、無(wú)機(jī)粉體、金屬等的3D打印都需要依靠塑料的粘接性來(lái)完成。

塑料材料向高強(qiáng)度發(fā)展，通過(guò)改性塑料的強(qiáng)度被用來(lái)直接替換金屬用于各類(lèi)復(fù)雜構(gòu)件，既便宜又質(zhì)輕，甚至可以替代玻璃、陶瓷等制品，從而使塑料材料在3D制造中被廣泛應(yīng)用。Stratasys公司推出新型熱塑性材料ASA是一種用于制造工具和最終成品的通用材料，在抗紫外線穩(wěn)定性、強(qiáng)度和耐久性方面表現(xiàn)出色。塑料材料可避開(kāi)低強(qiáng)度的缺陷，向復(fù)合化、功能化發(fā)展，特別是實(shí)現(xiàn)多元材料復(fù)合、從而賦予塑料特定功能。通過(guò)3D打印技術(shù)制造工藝復(fù)雜的智能材料、光電高分子材料、光熱高分子材料、光伏高分子材料、儲(chǔ)能高分子材料等新材料。利用生物塑料的生物相容性，向醫(yī)學(xué)人體組織發(fā)展。3D打印在細(xì)胞、軟組織、器官、骨骼方面具有巨大的空間，尤其是組織工程應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[19]。在今后10～20年，塑料材料將仍是3D打印的主流材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜宇雷，孫菲菲，原光，等.3D打印材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，29（1）：20-24.

[2] 曾昆.3D打印的材料之殤[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2014（10）：39-41.

[3] 黃賦云.3D打印機(jī)用的數(shù)碼ABS新材料[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2014（1）：40.

[4] 吳濤，倪榮華，王廣春.熔融沉積快速成型技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技視界，2013（4）：94-94.

[5] 美實(shí)驗(yàn)室3D打印高強(qiáng)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2014（5）：99.

[6] 張鈺.聚醚醚酮仿生人工骨3D打印熱力學(xué)仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2014.

[7] 吳文征，趙繼，姜振華，等.一種聚醚醚酮仿生人工骨的3D打印制造方法：中國(guó)，201310675564.0[P].2014-04-09.

[8] 八大生物3D打印材料及其應(yīng)用解讀[EB/OL].（2014-12-30），http：//3dprint.ofweek.com/2014-12/ART-132102-8500-28918636_2.htm.

[9] 陳慶，李興文，曾軍堂.一種3D打印改性聚乳酸材料及其制備方法：中國(guó)，201310450893[P].2013-12-25.

[10] 李志波，夏爽，符文鑫，等.一種3D打印聚己內(nèi)酯材料及其制備方法：中國(guó)，201410181367[P].2014-08-13.

[11] 王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（26）：3-5.

[12] 孫聚杰.3D打印材料及研究熱點(diǎn)[J].絲網(wǎng)印刷，2013（12）：34-39.

[13] Jonathan Rossiter，Peter Walters，Boyko Stoimenov.Printing 3D dielectric elastomer actuators for soft robotics[C]// International Societyfor Optics and Photonics.Electroactive Polymer Actuators and Devices （EAPAD）2009.San Diego， California，USA：SPIE，2009：120-130.

[14] 中國(guó)3D打印機(jī)網(wǎng).英國(guó)博士在生物3D打印技術(shù)方面取得重大突破[EB/OL].（2014-09-18），http：//www.china3dprint. com/news/8174.html.

[15] 段升華.一種3D生物打印水凝膠材料及其應(yīng)用：中國(guó)，201410363077.5[P].2014-10-22.

[16] 汪洋，葉春生，黃樹(shù)槐.熔融沉積成型材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].塑料工業(yè)，2005，33（1）：4-6.

[17] 鄒錦光，邱伯輝.一種仿木質(zhì)的3D塑料打印線條及其生產(chǎn)方法：中國(guó)，201410015744.0[P].2014-05-14.

[18] 袁建鵬.3D打印用特種粉體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2013（12）：19-24.

[19] 賀超良，湯朝暉，田華雨，等.3D打印技術(shù)制備生物醫(yī)用高分子材料的研究進(jìn)展[J].高分子學(xué)報(bào)，2013（6）：723-734.

[20] 楊桂生，李梟.一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制備方法：中國(guó)，201410007964.9[P].2014-05-07.

[21] 王紅.一種3D打印材料：中國(guó)，201310091047.9[P].2014-09-24.

[22] 江洪，康學(xué)萍.3D打印技術(shù)的發(fā)展分析[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2013（10）：30-35.

[23] 李滌塵，劉佳煜，王延杰，等.4D打印-智能材料的增材制造技術(shù)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，43（5）：1-9.

[24] Carre？o-Morelli，Efrain，Sebastien Martinerie，et al.Three-dimensional printing of shape memory alloys[J].Materials science forum，2007，1（534-536）：47-480.

[25] 羅洪盛，羅小帆.快速成型形狀記憶高分子材料及其制備方法和應(yīng)用：中國(guó)，201310117649.7[P].2013-06-19.

[26] 連芩，莊佩，李常海，等.3-D打印雙管道聚乳酸/β-/-磷酸三鈣生物陶瓷復(fù)合材料支架的力學(xué)性能研究[J].中國(guó)修復(fù)重建外科，2014，28（3）：309-314.