辽宁省交通高等专科学校 辽宁省沈阳市 110122
摘要：当前3D技术在先进科学技术的影响下已经非常成熟，同时其制作出来的3D材料环保性高、可循环利用效果好等优良特征，也深受环境设计领域的青睐。不过，在环境设计过程中，很多造型都需要其具备压缩性好、复原能力强等特性，因此这就对3D打印材料的韧性与粘度提出了较高的要求。因此文章主要针对3D打印材料应用中的黏度与柔韧性所受预聚物活性单体的影响进行研究。
关键词：3D打印材料；环境艺术设计；实验应用
前言
环境艺术设计的过程中，模型制作的环节是很重要的，只有做好模型的制作，才能够发挥3D打印材料的利用价值。现如今环境艺术设计模型大多采用3D打印技术进行实物模型的制作、加工，比如雕塑、建筑、家居、施工构建等，这样做不仅有助于设计师更好的掌控、运用设计主题，同时也直观的表现了工程实践的最终效果。不过环境艺术设计对造型的可变形、可压缩性的要求相对较高，比如植物、沙发等。本次研究的3D打印材料主要以预聚物和活性单体为主要的加工材料，具体研究的方向为探究使用3D打印材料及技术加工后打印出来的物体所具有的柔韧性及黏度。
1 3D打印的技术原理和发展趋势
3D打印技术（3DPrinting）是一种以3D设计模型文件为基础，运用不同的打印技术、方式，使特定的材料通过逐层堆叠、叠加的方式来制造物体的技术。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。此称为3D立体打印技术。
3D打印技术在环境艺术中有着非常重要的应用，一般来说通过3D打印模型来完成设计作品就不需要让天马行空的艺术思维受到限制。由于之前的环境艺术作品在创作过程中要受限于实际的施工效果，而且手工的制作会大大延误工期，从而增加了产品的制造成本。3D打印技术就可以规避和杜绝这个弊端，可以随着科技的发展广泛地被应用到环境艺术设计的过程中，使得设计师头脑中的作品和手绘出的作品模型可以快速地转化为实际的制作实物。
受到先进科学技术的影响，3D打印技术的整体水平及工艺得到了快速的发展。2012年美国《时代周刊》已经将3D打印产业列为美国增长最快的工业之一。美国总统巴拉克?奥巴马在一次国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性，其认为3D打印将引领制造业的新方向。2014年的中国上海国际3D打印智造展览会上，3D打印技术被赋予“具有工业革命意义的制造技术”。在国家的“十二五”规划和倾向“高新尖”产业方针的背景下，3D打印产业将迎来巨大的发展机遇。
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2环境艺术设计应用中3D打印材料黏度的分析
许多3D打印实物模型都对打印材料的黏度有一定要求，借助3D打印材料黏度的变化可以为模型提供更丰富的质感，给设计师或客户提供更直观的反馈。例如混凝土、砂石等在只改变材料性能的情况下提供不同的质感，同时也可以克服3D打印材料树脂质感的缺点。
2.1预聚物对材料黏度的影响
以成型机理为基础对预聚物进行分析、研究，能够将预聚物分成两大类，分别是自由基光固化体系的预聚物与阳光离子光固化体系的预聚物。在 3D 材料的打印过程中，通过固定使材料内部的活性单体、光引发剂、活性助剂的种类、含量一般都不会发生变化。然后对预聚物的种类进行调整，接着制作 3D 打印材料的样品，通过对样品的黏度研究发现，材料的黏度在一定程度上受到了不同种类预聚物的影响。除此之外，相同种类的预聚物在内部含量发生变化的时候，依旧会给 3D 材料的黏度造成一定的影响。对 3D 打印光固化材料的光引发剂、活性助剂、活性单体的种类、含量进行固定，确保其含量不发生变化后，对 V400 预聚物的含量开始进行调整，并按部就班的不断提高预聚物含量。通过 3D 打印技术制造 3D 打印材料的实验样品，然后对材料的黏度进行测量。
2.2活性单体对材料黏度的影响
通过改变固定材料的预聚物、光引发剂的种类以及含量，并适当的利用活性助剂，使单体的种类发生改变，制备成不同的材料样品，对其黏度进行测试实验。测试的结果表明。不同种类的活性单体所制备的光固化材料在黏度上存在有一定的差别。但是，环氧类的活性单体，鉴于其分子式量比较大，分子间的阻力也会随之增大大，导致材料之间的黏度也变大。可以得出结论，HDDA的用量在10%到70%范围内逐渐增大时，材料的黏度会随之发生降低，HDDA的用量为10%时，材料的黏度是82.8mPa?s，而当HDDA的用量随之增加到40%时，材料的黏度达到了32.4mPa?s左右，随着HDDA的用量继续的增大，材料的黏度依然在持续下降，只是下降的幅度不那么明显。
3环境艺术设计中3D打印材料柔韧性能的探讨
在进行环境艺术设计中应用的3D打印材料研究期间，文章以活性单体与预聚物为3D打印研究的主要材料，并通过实验分析、研究讨论的方式对最适合使用在环境艺术设计中的3D打印材料进行了研究与分析。研究发现，在预聚物不同种类的情况下，他们会给3D打印材料的柔韧性造成差别各异的影响；当对3D材料进行固定后，在确保材料内部相关成分不发生改变的前提下，对预聚物的种类进行调整，然后制造出相应的3D打印材料，并对其柔韧性进行监测。若制备的3D打印材料所使用的预聚物种类存在差异，那么打印出来的柔性版材料的柔韧性也必然会存在差异。研究中还发现使用了V400与E44树脂所制备的材料样品是柔韧性能最佳的，而采用了氧杂环丁烷所制造的3D打印柔性板的柔韧性能相对不足，但整体性能一般。而使用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂制作的材料样品是柔韧性能最差的。
在进行材料样品的制作中，如果使用了种类各异的活性单体进行材料样品的制备，那么最终加工出来的材料样品柔韧性必然存在较大的差异。而在丙烯酸酯类的活性单体当中，所能制作出柔韧性能较高的材料为单官能团丙烯酸树脂单一EOEOEA。除此之外，使用双官能团单体中的EM221、DPGDA、TPGDA、NPGDA等所制作的材料柔韧性比较普通，而使用了三官能团活性单体TMPTA所制造的3D打印材料的整体柔韧性能最差，因此不建议使用。
结语：综上所述，作为一门综合性非常强的专业学科，环境艺术设计一直深受社会各界的关注。现代环境艺术设计的发展非常迅速，新技术和新材料都极大的促进行业的变化与发展。我国的环境艺术设计专业发展一定要立足社会，放眼世界，积极接受和学习新技术和新材料。为了与时俱进，积极的、主动的运用3D打印材料，才能够进一步提高环境艺术设计的安全性、可靠性及经济性。然而，预聚物和活性单体制备材料的种类差异，直接影响到了所制作样品的性能，因此，必须合理选择。
参考文献：
[1]杨晓红.3D打印技术在艺术设计领域中的应用研究[J].艺术科技,2016,29(11):16+112.
[2]陈登科.针对环境艺术设计中运用的3D打印材料的研究[J].工程技术研究,2017,(06):33-35.
[3]王敏杰.3D打印技术在高校艺术设计实验室的应用[J].科技与创新,2017,(15):157-158.
论文作者:王璐
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/28
标签：材料论文; 黏度论文; 活性论文; 技术论文; 聚物论文; 环境艺术设计论文; 种类论文; 《防护工程》2017年第22期论文;