塑料 – 走向工程級別應用

熱塑性絲材和液體樹脂占據(jù)了塑料3D打印的主要市場，塑料絲材應用于基于材料擠出的FFF（電熔制絲）和FDM（熔融擠出）3D打印技術，樹脂材料光固化材料應用于SLA、DLP、Polyjet 等3D打印技術中。

絲材

不少材料都可以作為熱塑性塑料絲來進行打印，但最常見的是ABS和PLA絲材，ABS是一種應用廣泛的工程塑料，日常生活中大量的塑料玩具和生活用品都是用ABS塑料制造的，因此3D打印材料制造商無需進行強度、耐久性、安全性與其他屬性的大量測試。而隨著3D打印精度的提升，在小批量生產(chǎn)ABS產(chǎn)品的時候，3D打印具有比注塑更經(jīng)濟的優(yōu)勢。

例如可用于FDM 3D打印技術的碳纖維復合絲材，3DXTECH用伊士曼化工的PETG材料結(jié)合高模量碳纖維制成復合材料。PETG這種材料，本身就有很好的延展性，而且它能在承受更高的CF負載的同時保持一定的延展性和抗沖擊性。它能夠很好地粘附在多種構建平臺上，同時也具有優(yōu)異的層粘合，而碳纖維的加入不僅增加了它的剛性和尺寸穩(wěn)定性。

樹脂

樹脂光固化3D打印技術逐漸走向生產(chǎn)，主要源自兩個發(fā)展趨勢的推動，一種趨勢是具有更高表面細節(jié)和良好力學性能的樹脂材料的出現(xiàn)，另一種是樹脂材料打印速度的大幅提升。在樹脂材料領域，美國Carbon公司推出的氰酸酯（Cyanate Ester）耐高溫樹，在高溫下保持良好的強度、剛度和長期的熱穩(wěn)定性，適用于汽車和航空工業(yè)的模具和發(fā)熱機械零件的生產(chǎn)。Formlabs、塑成科技、MadeSolid等公司也推出了可與ABS注塑件對標的硬性樹脂材料。

尼龍

尼龍燒結(jié)方面，意大利CRP Technology則產(chǎn)生了需要卓越的機械和美學特性的全球產(chǎn)品，而且他們的塑料產(chǎn)品可以被CNC機床進行加工。譬如說新一代的聚酰胺材料windform FX，特點是耐反復彎曲和扭轉(zhuǎn)，顯示出優(yōu)異的耐沖擊性，即使在低溫下，它的一致性類似于聚丙烯和注射成型零件。

金屬材料-與應用深度結(jié)合

包括GE對金屬3D打印企業(yè)的收購以及對塑料3D打印企業(yè)的投資，這些都與GE的下游應用業(yè)務相互呼應，使得GE獲得一手的設備優(yōu)勢的同時，又通過自身在應用領域的前沿探索助推設備的研發(fā)速度，而GE收購的Arcam又有金屬粉末的生產(chǎn)業(yè)務，這進一步形成了應用-設備-粉末的良性互動。

而除了材料本身，加工工藝與材料深度結(jié)合起來，納米材料增強合金、等軸細晶合金、梯度合金、非晶態(tài)金屬、自愈合合金、超導材料、金屬有機骨架材料的研發(fā)從微觀層面上呈現(xiàn)出材料技術的潛能。拓撲優(yōu)化、胞元結(jié)構又從結(jié)構學角度上展現(xiàn)出材料與結(jié)構學結(jié)合的無限可能

用戶對材料的特定需求也可以拉動3D打印技術在生產(chǎn)中的應用，工程師在設計的早期階段就考慮材料選用和制造工藝，并從概念設計到具體和最終詳細設計階段作為設計內(nèi)容而加以考慮和確定，如果涉及到使用3D打印工藝，那么3D打印材料設計師可以通過改變材料的韌性、彈性、導電性等性能設計出滿足用戶生產(chǎn)需求的材料。

多材料與功能化

目前的3D打印技術主要是打印單一的材料和制造單獨的零部件，在打印完成之后與其他零部件裝配在從而形成完整的機械或電子產(chǎn)品。多材料3D打印技術的出現(xiàn)，可以同時完成塑料和金屬材料的3D打印，有望一次性制造出完整的產(chǎn)品。

據(jù)了解，這類3D打印技術已在電子產(chǎn)品的制造領域得到應用。例如Voxel8 3D打印機，可以在一次打印中交替進行電子產(chǎn)品塑料外殼的打印與金屬導電電路的打印，在打印中可以插入電子元器件并繼續(xù)完成打印，從而一次性實現(xiàn)電子產(chǎn)品的外殼制造與產(chǎn)品內(nèi)部的電路互聯(lián)，直接制造出功能性的電子產(chǎn)品。研發(fā)出可在室溫下進行打印并迅速固化的導電油墨材料是實現(xiàn)這一應用的關鍵。

正在完善的材料標準

美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）著手開展相關工作，2009年ASTM國際標準組織組建了F42增材制造技術委員會。F42增材制造標準化專委會已做了細致的標準工作。從頂層的標準來說包括：常規(guī)概念、常規(guī)要求、常規(guī)應用。到針對于材料到加工工藝等不同階段和不同分類的一般標準，再到針對每個行業(yè)的特殊需求所適用的特種材料、工藝以及應用的特殊標準。

2011年ISO也成立了針對增材制造的標準化技術委員會TC261 ，同年與ASTM F42簽署合作協(xié)議，共同開展增材制造技術領域的標準化工作，并分別于2013年和2015年聯(lián)合發(fā)布了三份ISO/ASTM標準，分別從術語定義、坐標系定義、增材制造數(shù)據(jù)格式（AMF）等方面進行了規(guī)范。

歐洲SASAM增材制造標準化小組聯(lián)合了ISO、ASTM以及CEN多方力量并與2015年6月發(fā)布了2015增材制造標準化路線圖。路線圖中除了關于增材制造標準化路線圖的詳細介紹，還闡述了當前歐洲增材制造的優(yōu)劣勢分析，以及當前發(fā)展需要克服的問題。

在我國，全國增材制造標準化技術委員會（TC562）與2016年4月召開成立大會，對口國際標準化組織ISO TC 216，在國家層面上開展增材制造技術標準化工作。目前通過該技術委員會正在制定的標準共有6項，設計增材制造技術術語、文件格式、工藝和材料分類等方面。

更加先進的檢測技術

除了材料標準勢在必行，缺乏完善的測試體系，增材制造很難真正意義上理解材料特性對加工的意義，而依靠目前的測試手段已經(jīng)不能滿足對增材制造的需要了。

3D打印制品在制備和使用過程中，某些缺陷的產(chǎn)生和擴展是無法避免的。無疑，最好的質(zhì)量控制是過程中控制，但是對于打印結(jié)果的檢測仍是必不可少的。為了達到對復雜零件的檢測，賓州大學采取了計算機X射線斷層成像（X-Ray Computed Tomography）檢測技術，該技術不僅被用于打印零件的檢測，還被用于后處理零件的檢測。

檢測技術的提升將進一步推動對材料及加工工藝的理解，從而進一步提升材料技術的發(fā)展。