3D打印聚合物纳米复合材料的研究现状分析

3D打印聚合物纳米复合材料的研究现状分析

刘袁禄 贾晓雷 李国超

河北智取科技有限公司 河北省 石家庄市 050000

摘要：和传统打印技术相比，3D打印技术不仅速度更快，而且能够有效满足结构复杂物品的打印要求，另外该技术可以通过应用不同的材料满足不同的打印要求。正是因为该技术具有这些优势所以越来越受人们关注，而且已经在实际生活、生产和学习当中实现了广泛应用。聚合物材料是3D打印材料的一种，而且其应用更加广泛，无论是房屋内部装饰品还是微小电子零部件都可以应用该材料来打印。但是3D打印聚合物材料也存在一些缺陷，如，打印出来的成品强度比较低、打印层之间界面连接性比较差等，为此就要积极寻找提高该材料强度的方法。将纳米材料和该材料进行混合能够有效解决这一问题，基于此，本文对3D打印技术进行了概括总结，对3D打印聚合物纳米复合材料研究现状进行了探究，希望可以为聚合物纳米复合材料3D打印技术的发展提供助力。

关键词：3D打印技术；聚合物纳米复合材料；研究现状

引言

经过多年发展３Ｄ打印技术已经有了很大的进步，但在打印速度、尺寸和精确度等方面还存在一些问题，而且能够用于３Ｄ打印的高分子材料比较少，一些适用材料也存在强度低、功能比较简单等问题。为此，一些学者尝试将材料制造技术应用到了３Ｄ打印材料制造当中，最终发现将聚合物材料和纳米材料进行混合不仅可以解决上述问题，还可以让材料带有一些特殊性质，所以，很多学者开始研究3D打印聚合物纳米复合材料，希望可以研究出更多的3D打印材料，能够推动3D打印技术实现更好发展，并为我国科技技术提升提供助力。

一、３Ｄ打印技术

在20世纪90年代中期首次出现了３Ｄ打印技术，该技术其实就是一种快速成型技术。自该技术诞生之后得到了快速推广，应用范围也变得越来越广泛，随着网络开源社区的快速发展，现在人们已经可以从ＲｅｐＲａｐ上免费获得３Ｄ打印硬件，还可以获得软件和操作说明，这些设备使用起来非常简单，而且不需要花费太高的成本，打印出来的成品精度也很好。当然这种打印也存在一些缺陷，如，只能打印一些比较简答的几何形状，对于一些要求比较高的打印要求现在还不能满足。３Ｄ打印技术的应用可以快速、高效地完成结构复杂产品的打印，对于精度要求比较高的产品也可以进行打印，而且可以对很多类型的产品进行打印，打印过程中也不会出现太多的浪费，这些优点的存在使得３Ｄ打印技术越来越受企业欢迎，现在建筑行业、电子制造行业和自动化行业等都应用了该技术，相信未来该技术将会在更多的领域发挥效用。

二、3D打印聚合物纳米复合材料研究现状

虽然３Ｄ打印技术现在已经在很多领域实现了广泛应用，也取得了一定的成果，但由于其存在一定的局限性所以往往会被应用于模型制造当中，也有企业会将其应用于非结构材料制造当中。而聚合物纳米复合材料的出现让３Ｄ打印技术功能变得更加多样，成品强度也有了一定提高，现在聚合物纳米复合材料已经在很多领域实现了应用，如，航空航天、国防、汽车等行业。另外，利用３Ｄ打印技术，聚合物纳米复合材料的发展速度也变得越来越快，人们不仅可以应用聚合物纳米复合材料打印出各种性能的3D模型，还可以应用该材料打印出一些带有特性且成本比较小的成品。可以说，3D打印聚合物纳米复合材料的出现让打印功能多样的3D工程材料创造了有利条件。现在能够打印聚合物纳米复合材料的3D技术有很多，比较常用的两种就是SLA（光固化）和FDM（熔融沉积），其中SLA可以用于打印热固性聚合物纳米复合材料，FDM则可以用于打印热塑性聚合物纳米复合材料。

虽然３Ｄ打印技术现在已经在很多领域实现了广泛应用，也取得了一定的成果，但由于其存在一定的局限性所以往往会被应用于模型制造当中，也有企业会将其应用于非结构材料制造当中。而聚合物纳米复合材料的出现让３Ｄ打印技术功能变得更加多样，成品强度也有了一定提高，现在聚合物纳米复合材料已经在很多领域实现了应用，如，航空航天、国防、汽车等行业。另外，利用３Ｄ打印技术，聚合物纳米复合材料的发展速度也变得越来越快，人们不仅可以应用聚合物纳米复合材料打印出各种性能的3D模型，还可以应用该材料打印出一些带有特性且成本比较小的成品。可以说，3D打印聚合物纳米复合材料的出现让打印功能多样的3D工程材料创造了有利条件。现在能够打印聚合物纳米复合材料的3D技术有很多，比较常用的两种就是SLA（光固化）和FDM（熔融沉积），其中SLA可以用于打印热固性聚合物纳米复合材料，FDM则可以用于打印热塑性聚合物纳米复合材料。

（二）3D打印热塑性聚合物纳米复合材料

FDM是一种可以应用于热塑性聚合物纳米复合材料打印的技术，现在该技术已经在很多领域得到了大力应用，如，2015年美国航空航天局利用FDM技术打印出了一种可以替代飞机引擎金属隔音板的物品，这里所使用的打印材料就是碳纤维和聚醚酰亚胺的混合物。还有Shofner等人通过实验发现将纳米纤维和塑料纳米复合材料进行混合当做3D打印材料相比纯塑料材料打印出来的成品，在拉伸强度方面提高了将近40%，在模量方面也增长了60%，通过动态机械性能测试还发现这种3D模型刚性也得到了提升。有学者将氧化石墨烯和热塑性聚亚氨酯、聚乳酸进行混合获得了养护石墨烯纳米复合材料，这种材料的各方面性能都比没有添加氧化石墨烯的材料要高，如，机械性能、传热性、刚性、和活性细胞的相容性等，同时这也说明3D打印聚合物纳米复合材料将来很可能在生物组织工程中发挥出一定效用。FDM技术相比其他成型技术，加工性有了很大提升，各方面性能也有了很大增长，所以，利用该技术进行热塑性聚合物纳米复合材料打印有着很好的前景。

结语

通过上文介绍相信大家都看到了3D打印技术的优势，其不仅打印速度非常快，打印精度和精细度也非常高，但是因为能够用于3D打印的高分子材料存在一些局限，所以阻碍了该技术的发展，为此就要寻找更好的打印材料。聚合物纳米复合材料的出现有效解决了这一问题，而且3D打印聚合物纳米复合材料不仅结构具有可调整性，打印出来的成品性能也更多样，因此，该材料现在已经在很多领域得到了应用，而且未来该材料还会在更多的行业得到运用，特别是在功能材料领域，该材料的重要性将会变得越来越凸显。

参考文献

[1]唐鹿.3D打印聚酰胺材料的研究进展[J].化工新型材料,2021,49(01):28-31+36.

[2]陈磊.基于碳纳米管复合材料的3D打印技术研究[J].辽宁化工,2020,49(04):390-392.

[3]白楠.碳纳米管复合材料的3D打印技术研究进展[J].科技风,2020(09):17.