先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来
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复合材料、高性能聚合物以及4D打印材料正在将增材制造推向新的高度。
虽然多年来基于聚合物的3D打印技术常被认为仅可用于原型或低品质模型制作，但近两年随着硬件和材料的突破，聚合物增材制造正在越来越多的进入先进工业制造领域。在这种先进应用中发挥重要作用的高分子材料被称之为先进聚合物。
Apium打印先进材料
这些材料包括各种复合材料和工业塑料，如PAEK（聚芳醚酮）族聚合物，制造商能够将打印出来的零件用作最终用途部件。在此之前，传统的增材制造设备无法对此类材料进行打印。
陕西斐帛科技自主研发纤维增强复合材料3D打印机
在近几年的发展中，传统化学和材料公司开始关注3D打印，纷纷开发出针对增材制造的先进材料。3D打印硬件制造商与这些公司密切合作，以寻求材料和设备的双向优化。正是通过行业的协作性，增材制造工艺和先进材料类型日益丰富。
复合材料
高性能复合材料是由热塑性基体和增强纤维组成的一种材料。目前，用于3D打印的复合材料有碳纤维、玻璃纤维以及凯夫拉纤维。
这些材料以粉末或线材形式提供，最常见的是尼龙复合碳纤维和玻璃纤维材料，不过连续纤维复合打印技术正在引起越来越多的关注。将复合材料用于生产零件或功能原型的主要原因是此类材料具有几乎与金属相当的强度等高性能，但却比金属材料成本更低、重量更轻。
斐帛科技3D打印PLA复合碳纤维
连续纤维复合打印技术存在的挑战是如何将纤维对准并整合到热塑性基体材料中，以及开发打印能力强、能够挤出难加工材料的打印机。如今，Markforged、Stratasys、EnvisionTEC已推出商用设备。
高性能聚合物
在高性能聚合物中最值得注意的是PAEK系列材料，如PEEK，PEKK以及PEI（也称ULTEM）。这些材料在传统制造中已经获得很好的应用，但是采用传统技术仍然难以加工。高性能聚合物的强度高、耐温性好，使3D打印摆脱了只能制造低质量模型的嫌疑，只是与PLA等标准高分子3D打印材料相比，此类材料难以加工，需要专门的打印机。
聚高Engineer 200可兼容PEEK、PEI、复合材料
适用于增材制造的高性能聚合物的出现有望推动3D打印的应用。PAEK系列材料可单独应用于商业航空航天、医疗、汽车等领域。
远铸PEKK线材
值得注意的是，当前高性能聚合物同样适用于不同的3D打印工艺，即粉末烧结以及熔融沉积。PEEK因具有极好的低吸湿性，非常适合FDM 3D打印，但它确实需要比传统PLA等材料更高的工作温度。
目前，只有少数公司为FDM工艺提供或正在开发PAEK系列材料，如Solvay、SABIC、Victrex等等（国内材料商请留言补充），设备商则有Roboze、Apium、stratasys、上海远铸、一迈智能以及陕西聚高等。
一迈智能3D打印临床植入人体的PEEK锁骨假体
在粉末市场，PEEK和PEKK高性能粉末有望在不久的将来被广泛用于最终用途部件。然而目前，粉末的供应相当有限，EOS当前可以提供PEEK材料并成功应用在其SLS设备。PAEK系列粉末其他材料商还有德国RAUCH、赢创以及OPM。
4D打印材料
4D打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需特定条件（如温度、湿度等），不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状，如形状记忆聚合物，当暴露于特定的刺激环境时，可以从一种状态转变成另一种状态。这些特性使其能够制造自组装结构，当前这种材料仍处于研发阶段。
4D打印的八面体，麻省理工学院自组装实验室
事实证明，增材制造非常适合生产可变形的物体，主要是因为研究人员可以通过精确沉积刚性和可变形材料来控制和预测最终转变的方式。目前，有许多研究小组致力于推动4D打印材料及其应用。这个概念由麻省理工学院自组装实验室开创，目前在西交大也已开始实验室研究。
越来越先进的材料
上述材料是当前先进材料的三大主要分类，尽管距离广泛使用还有很长的路要走，但我们也已经看到了一些实际的应用案例，相信未来会有更多的增材制造用先进材料，如石墨烯复合材料、仿生材料等等。
同样值得注意的是，在聚合物3D打印领域，该行业并没有直接从PLA和ABS等材料跳到复合材料和PAEK。目前采用的许多材料虽然不是严格的先进材料，但已经在工业上得到认可，如尼龙、PP、PC以及其他一些材料，在文中所提到的材料真正成熟化应用之前，这些材料将成为聚合物增材制造在工业领域的主要应用材料。
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延伸阅读：
原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来