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3D打印用塑木复合材料进展
来源: 作者: 发布日期:2020-10-09 阅读次数:38 评论数:0 收藏 打印 
3D打印用塑木复合材料进展

近年来,3D打印以其特殊的增材制造方式,在产品原型、珠宝制作、生物工程与医学等领域发展迅速。3D打印主要是利用计算机构造三维结构的模型并控制材料在计算机代码的指令下一层一层堆积形成物体来实现增材制造。


目前用于3D打印的塑木复合材料主要有木粉塑料复合材料、竹粉塑料复合材料和秸秆塑料复合材料3种。其中塑料基体主要集中在PLA和PE上,植物纤维则主要是利用木材、竹材和秸秆作为填充增强体;涉及的3D打印方式有FDM、SLS和 LOM,主要是适用于FDM的线材研究较多。WPC兼具生物质纤维与塑料的特性,充分发挥了两者的优点,硬度和刚性比纯塑料更高,尺寸稳定性也有所提升,同时复合材料的防腐蚀性和防潮性明显上升、耐候性显著加强,也较易进行二次加工,且制件具有木材质感,成本低廉。用这种生物质纤维改性塑料的塑木复合材料作为3D打印材料,既可以一定程度缓解木材资源匮乏的压力,另一方面还能改善塑料生产带来的环保问题。


由于木质纤维是最易获得且相对容易处理的植物纤维,所以对于木粉塑料复合材料的研究也开始得最早,且研究得最为全面和透彻。材料是3D打印的核心基础之一,同时也是目前制约3D打印技术发展与推广的瓶颈。目前国内3D打印用塑木耗材的研究主要集中在塑木复合线材的制备和改性上。线材成型技术流程已有成熟路线,改性研究的焦点则是以塑木界面相容性的提高、复合材料力学性能提升和脆性得到改善三方面为主。塑木复合材料作为3D打印材料还有一些瓶颈问题需要突破:一是复合材料的稳定打印性能有待提升,急需解决打印不顺畅的问题。二是复合材料品种较少,功能比较单一,研究主要集中在PLA与木材、竹材纤维的复合,秸秆、稻壳、麦苗等其他生物质纤维与PLA的复合还较为少见。三是缺少塑木3D打印材料方面的实施标准,建立并完善技术标准体系,行业内实行统一的质量标准,确保材料的稳定和可靠,也是塑木3D打印行业亟待解决的问题。预计未来可能的发展方向主要有四个方面:一是大范围大体量地引进废弃塑料作为生产原材料,可节约成本且一定程度解决废弃塑料污染问题;二是扩展植物纤维品种和来源,引进稻壳、麦苗等其他植物纤维,回收废弃家具、废弃农林边角料等;三是提高耗材中植物纤维含量,开发高含量植物纤维同时保持良好性能的塑木3D打印耗材;四是塑木耗材的功能性开发,开发阻燃、防霉、防虫、抗紫外光降解甚或多功能的可打印塑木耗材。


3D打印用塑木复合材料的应用拓宽了3D打印耗材领域,由塑料为主向绿色材料发展,是一种低成本、可降解的环境友好型材料,将之与3D打印结合具有较好的市场应用前景。目前采用各种天然纤维用于塑木复合材料原料的研究呈增长趋势,这种复合材料可充分利用木材加工剩余物、废旧回收木竹材及家具、农业剩余物秸秆稻壳等和各种废弃塑料,既可以保护有限的木材资源,同时缓解难降解性塑料对环境的影响,尤其是聚乳酸基生物质复合材料,两种主要原料都是可生物降解的绿色环保材料,吻合当前“低碳环保”理念。3D打印塑木复合材料凭借其优势具有潜在的发展空间,复合材料的阻燃、防霉、耐候等功能性的发展会不断拓展其应用,塑木复合材料已在工艺品、手机壳、复合门窗、建筑等方面得到应用,深受市场欢迎。当前我国尚未出台专门针对3D打印用塑木复合材料性能检测的统一标准,应尽快制订这些标准以指导生产。今后随着植物纤维/塑料复合材料的研究不断发展、相关标准的建立与完善,其在3D打印中的应用也会越来越广泛,成为3D打印的一个越来越重要的分支材料。


责任编辑:陈波

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