摘要：3D打印高分子材料是通过三维快速成型打印技术制造出来各领域所需要的东西，使用的范围非常广，目前关于3D打印高分子材料还在不断的研发，未来3D打印高分子材料的种类将会更多。本文通过对通用塑料、工程塑料、生物塑料、光敏树脂中所用的3D打印高分子材料进行分析研究，希望能提供有价值的参考给研究人员。
关键词：3D打印；快速成型技术；高分子材料
引言
决定3D打印技术应用的不是3D打印技术本身，而是3D打印材料的发展。目前，3D打印材料主要包括高分子材料、金属材料和无机非金属材料。用于3D打印的高分子材料主要包括通用塑料、工程塑料、生物塑料、光敏树脂等，现将其研究进展作一介绍。
一、通用塑料
ABS树脂是一种典型的热塑性弹性体复合材料，具有BS、SAN、PS的各项性能，拥有普通聚酯材料所不具备的力学性能和优异的刚性。首先，ABS树脂的刚性较大，而这是由于其分子链当中具有苯环，但是其中的C-C单/双键又帮助ABS树脂的柔顺性较好。其次，ABS树脂的抗冲击、磨损性、韧性、强度等性在各种材料当中都是出类拔萃的，因此在实际中，是使用得最多的。利用ABS树脂进行3D产品打印时，一般使用的是FDM技术，在打印时，温度大约在200摄氏度到300摄氏度之间，较为稳定，利用其打印出来的产品也具有韧性好、强度大的优点。然而，应用FDM技术对ABS树脂加工时，需要预热基座，但这样会使ABS树脂的表面出现褶皱，对产品的精度造成不利影响。所以目前在使用ABS树脂时，为了提升打印材料的韧性与强度，减少打印成品的收缩程度，有许多技术人员将其同PC材料或是玻璃纤维进行混炼改性，并且ABS树脂无法进行生物降解，一般不能在组织工程领域使用。
二、工程塑料
（一）PC
PC是一种比ABS性能更为优异的热塑性工程塑料，无味、无毒、成型收缩率低、阻燃性良好、力学性能优异，几乎具有了工程塑料的所有优点。但内含有的双酚A被认为有潜在的致癌风险，且颜色单一（白色），价格偏高。为了获得性价比高的3D打印材料，多采用将PC与其他树脂共混的方式。柏莲桂等发明并公布了一种用于3D打印技术的PC组合物及其制备方法，该发明通过PC与SAN–GMA的反应缩短了PC的熔融过程、加入纳米级的二氧化硅提高材料的传热性能，解决了3D打印过程的翘曲问题，同时提高了材料的冲击性能和3D打印的效果。中国科学院化学研究所公开了一种3D打印芳香族聚酯材料及其制备方法，该发明利用芳香族PC和芳香族聚酯进行共混改性以提高材料抗冲击性能，共混物经牵引拉伸成细条后，再用一定剂量的电子束辐射照射使其发生一定程度的交联，达到本体增强的目的，同时保持良好的熔融加工性能，使芳香族聚酯在3D打印材料中具有更广阔的前景。
（二）PA
由于PA树脂的分子之间存在着氢键，因此PA树脂的力学性能十分优越。以PA66塑料为例，其韧性、延展性和耐磨性都非常好，但是它的熔点比大多数的工程塑料都高许多，导致加工性能就较低。以为了满足加工需求，使用之前一般都会对PA树脂进行改造。比方说利用PVA能溶于水中并遇水膨大的特性，PVA到PA66当中，对其进行改性，使PVA同PA分子链结合，在挥发完水分之后，便能够络合成可以对PA进行覆盖的网状结构，提升材料的弯曲强度、分子粘度与内聚力，利于材料的加工。另一方面，3D打印设备在碳纤维与PA树脂融合改性之后，便能够制作出极高机械强度、经常在机械制造时取代普通金属的复合塑料。
（三）PEEK
PEEK是一种半结晶聚合物，常用于3D打印材料或制造业的辅助材料。这类材料不仅具有优异的强度和韧性，并且具有较好的生物惰性、生物相容性、射线可透性、低导热性等性能。但是PEEK的熔点高达350℃。这导致其加工过程比常见的聚合物要复杂得多，通常只能利用选择性激光烧结3D打印技术进行加工。PEEK所制备的3D打印物件的热稳定则较为优异。最近，熔融沉积3D打印设备的加热终端可达到的温度得到提升，所以也可以通过熔融沉积3D打印技术对PEEK材料进行3D打印，大大扩展了PEEK在3D打印领域的应用。
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三、生物塑料
（一）PLA
PLA是一类非结晶材料，打印出来的产品成型好、不翘边、外观光滑，但也存在强度低、尺寸稳定性差、易变形等问题，尤其是当温度超过50℃时会发生软化，使其打印产品的精度较差。针对此种情况，可以通过热处理或者加入扩链剂等方式提高PLA的玻璃化转变温度以及冷结晶温度，可加入的扩链剂有环氧类大分子，从而提高其强度和尺寸稳定性；同时也可加入热稳定剂，提高PLA的结晶度，从而克服其尺寸稳定性较差的缺陷，改善其加工精度。在应用方面，有学者利用3D成型技术制造了PLA组织工程支架，该支架孔隙度高，且具有生长能力。
（二）PCL
PCL是一种具有形状记忆特性的生物可降解聚酯，其熔点较低，只有60℃左右，所以在3D打印过程不需要很高的打印温度，同时可以避免人员操作时的烫伤，是一种节能的3D打印材料。与其他的生物塑料一样具有良好的生物相容性，常常把它用作药物传输设备、缝合剂等。成都新柯力化工科技有限公司公开了一种3D打印用PCL改性微球，该发明在3D打印材料中采用了硼化钼改性PCL微球，使其性能提高，得到的材料流动性好，显著提高了材料的力学性能和热稳定性，并且该制备方法操作简单、成本低。李志波等公开了一种3D打印PCL材料及其制备方法，利用有机小分子催化ε–CL开环聚合制备得到PCL后，与小分子交联剂、扩链剂及其它组分按配比进行熔融共混，以实现交联、增韧、增强等改性，制备的3D打印材料具有很好的冲击强度和耐蠕变性能，打印的制品具有良好的尺寸稳定性和耐冲击性能。
（三）PETG
PETG是一种新型的生物基塑料，其具有较高的韧性、冲击强度和良好的疏水性，以及无毒和环保的特点，同时是一种收缩度低的共聚酯，适合强度较高的3D打印零件。PETG因为这些优异的性能和特点，使其在3D打印领域具有更为广阔的应用前景。PTEG可以与PC等工程塑料共混，获得具有较高耐热性、力学强度和良好打印性能的新型高分子合金打印材料。
四、光敏树脂
光敏树脂即为UV树脂，是一类光固化成型（SLA）材料，由聚合物单体、预聚物和光引发剂组成。当特定波长的紫外光（250～300nm）照射光固化材料表面时，光引发剂吸收其能量，从而形成激发态分子，并迅速分解成活性基团，使体系中的预聚物或单体之间发生聚合反应，在短时间内实现固化过程，并继续逐层扫描凝固，从而堆积成一个三维的实体产品。
目前关于3D打印用光敏树脂的研发较为活跃，进入商业化使用的主要有环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、不饱和聚酯等。其中，环氧丙烯酸酯固化后硬度较高、体积收缩率较小、化学稳定性较好，但同时其黏度较大，不利于产品的成型加工；聚氨酯丙烯酸酯的韧性、耐磨性以及光学性较好，但也存在聚合活性及色度难以控制的缺陷；不饱和聚酯的优势是粘度适中、容易成型，但固化产品的硬度大、强度差、易收缩。因此，目前使用的UV树脂常将多种光敏聚合物进行组合，从而达到取长补短的效果，获取所需性能的树脂材料。
五、结语
目前3D打印技术在我国已经日渐成熟，而且现在所具有的3D打印材料的加工以及力学性能都已经非常完美，而且还严格地要求材料的抗腐蚀、耐高温、抗磨损的能力，相关的科研人员也在不断的对3D打印高分子材料进行研究，未来的发展前景非常可观。
参考文献：
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[4]伍佳.3D打印高分子材料的研究进展[J].数学化用户，2017（19）.
论文作者:曹莉莉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/2
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