没有见过3D打印机，但关于“神通广大”的3D打印故事一直在江湖流传。这是普罗大众对于3D打印的一般印象。

这样的故事，其实每天都在发生。2013年，世界首量3D打印混合动力车Urbee问世；3DSystems的ODM团队运用增材制造技术“复活”了英国皇家植物园中邱园大宝塔的木雕龙；在意大利新冠肺炎疫情爆发的高峰期，一家名为Isinnova的公司充分利用3D打印技术帮助医院紧急生产呼吸器阀门部件；植物海鲜初创公司LegendaryVish将与荷兰3D打印机制造商FELIXprinters合作，以期将3D打印素食三文鱼片商业化，并为现有的鱼类提供更健康、更美味的替代品……

到底什么是3D打印技术？3D打印（3DP）是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术突破传统切削加工方式，是一种成长式的加工方式，大大提高了材料利用率，是颠覆传统制造方式的革命性制造技术。

那么，3D打印技术对橡塑材料有哪些要求？近年来，有哪些3D打印用橡塑新材料问世？未来的五到十年间，在可持续发展和数字化转型的推动下，3D打印技术将会迎来哪些发展趋势呢？

3D打印常用的几种技术工艺及材料

从20世纪90年代中期3D打印技术出现至今，国内外在该领域已经有近20种不同的工艺系统，而其中，立体光刻（StereoLithigraphyApparatus，SLA）、叠层实体制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）、熔融沉积成型（FusedDepositionModeling，FDM）、选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）、选择性激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）、三维打印与胶粘（ThreeDimensionalPrintingandGluing，DP），这六种3D打印工艺应用最典型、最成熟。

目前，3D打印材料约有200余种，通常对于耐热性、灵活性、稳定性以及敏感性有着极高的要求，均是专门针对3D打印设备和工艺研发。

（1）熔融沉积成型工艺（FDM）

FDM技术是面向个人的3D打印机的首选技术。该工艺需将丝状的热熔性材料（通常为ABS或PLA材料）进行加热融化，并通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来，熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度，然后重复以上的步骤直到工件完全成型。由于整个过程不需要模具，FDM大大缩短了生产周期、实现了真正的降本增效，所以被大量应用于汽车、机械、航空航天、家电、医疗、电子等产品的设计开发过程中，因此，使用该工艺的3D打印机也是最常见的3D打印机，被称为“桌面型3D打印机”。

FDM工艺的打印机需要使用两种材料：一种是用于打印实体部分的成型材料，要求材料的是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小；另一种是用于沉积空腔或悬臂部分的支撑材料，要求材料能承受一定高温、与成型材料不浸润、具有水溶性或酸溶性、熔融温度较低、流动性好。目前市场上主要的FDM材料包括ABS、PLA、PC、PP、合成橡胶等。

由Antero 800NA生产的零部件（©Stratasys）

2018年，全球3D打印的行业领导者、美国Stratasys公司为其FDM工艺引入了一种新的聚醚酮酮（PEKK）热塑性材料。据报道，Antero800NA为许多制造商提供了重要的优势，包括更轻的零件和更少的库存。Antero800NA具有优良的耐化学性能和极低的释气性能。此外，该材料还具有耐高温性和优异的耐磨性。使用该材料生产的部件耐用、尺寸稳定，甚至在制造大型部件时也是如此。这包括在X轴和Z轴上更好的伸长率，部件不易断裂，机械性能始终如一，小批量生产具有成本优势，大型制品尺寸更稳定。

此外，Stratasys旗下的子公司MakerBot在今年5月宣布推出新型METHOD碳纤维版本，配合新型复合挤出机，用户可以实现汽车碳纤维增强尼龙材料的打印，并印出具有更高强度和精度的金属替换零件，如，汽车固定架、仪表和发动机舱等。

（2）立体光固化成型工艺（SLA）

SLA工艺是以光敏树脂作为材料，在系统控制下，紫外激光对液态的光敏树脂进行扫描从而让其逐层凝固成型。液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂薄层因聚合反应而固化，并形成工件的一个薄层。

使用Cubicure的Evolution FR材料3D打印电子零件（©Cubicure）

今年6月，3DSystems在其生产级材料的产品组合基础上推出了Figure4RUBBER-65ABLK。据悉，这种中级耐撕裂强度的弹性体具有很高的断裂伸长率，从而具有较高的柔韧性和耐用性，经过专门设计，具有长期的环境稳定性，并根据UL94标准进行了测试。这些特性使最终用途的弹性体部件的生产具有很高的精度，并最大限度减少支撑件上的痕迹，这使其成为空气/防尘垫片、电子设备密封件、减振器和管道垫片等应用的理想选择。同期推出的产品还包括Accura®FidelityTM、AccuraBond、AccuraPatch和Figure4JEWELMASTERGRY，都是专为该公司的Figure4和SLA打印技术设计的。

去年，维也纳初创公司Cubicure宣布已开发出一种用于SLA3D打印的阻燃材料EvolutionFR。这款新型材料是一种无卤素的光敏聚合物，可打印出结构复杂的阻燃物体，为电子等行业的SLA增材制造提供了新的应用领域。经过评估，EvolutionFR在聚合物可燃性的UL94标准中获得V0等级（证明该材料能够在10秒内在垂直放置的样品上停止燃烧，没有液滴），可用于制造关键的电子组件，如，插头、连接器和夹具等。据悉，EvolutionFR是全球唯一通过UL94标准认证的SLA材料。

（3）选择性激光烧结（SLS）

SLS工艺使用的是粉末状材料，激光器在计算机的操控下对粉末进行扫描照射而实现材料的烧结粘合，材料通过层层堆积后实现成型。该工艺先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面，数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点，从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合。常用的SLS原料包括ABS、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、尼龙（PA）、覆膜陶瓷粉末、蜡粉等。

在今年TCT亚洲展上，阿科玛展出了Orgasol®聚酰胺12和Rilsan®聚酰胺11。据悉，Orgasol®InventSmooth粉末以其独立的颗粒形状和窄粒度分布，成为小型复杂零件成型的理想材料，保障这些零件无需加工便可获得光滑表面。同时，突出的粘度稳定性和出色的可回收性也是Orgasol®InventSmooth粉末的重要优势，得益于独特的专利聚合工艺，该粉末的新粉添加比例可以控制在较低的比例。

来自Nefilatek的3D打印长丝（©Nefilatek）

Rilsan®聚酰胺11则由100%可再生原料的高性能聚酰胺制得，并专为3D打印而开发，包括两款粉末——无色和黑色。Rilsan®聚酰胺11以其无与伦比的机械强度和耐用性，成为增材制造技术设计和制造最终生产零件的首选材料，用于汽车、卡车、飞机和医疗设备等领域的零件制造过程。

根据3D科学谷报道，巴斯夫正开发用于SLS工艺的一种新型材料——UltrasintPA6LMX085。这种灰色的聚酰胺-6型粉末熔点在193摄氏度左右，制造的部件以高刚度和高强度为特征，而且很容易在最常用的SLS机器上进行加工。赢创在这方面则生产了阻燃PA12，以及新的橡胶类材料和PA613，它结合了耐高温、高伸长率和高刚度等优良特性，可用于开发新的应用，如交通运输行业。

可持续发展和数字化转型对3D打印的重要影响

从普通玩具到功能部件，在过去的十多年里，3D打印技术经历了蓬勃的发展。然而，创新不仅仅体现在技术进步，还包括为每个具体应用创建完整的流程。专为客户提供新技术的策略性建议，以及新资讯的独立型调查咨询企业LuxResearch（波士顿）曾指出，可持续发展和数字化转型对未来3D打印技术的创新发展方向起到重要的影响作用。

（1）3D打印的可持续发展之路

减少CO2排放、消除塑料浪费并减轻其对环境的影响，这些虽然不是3D打印领域中的首要任务，但和传统工艺相比，它的确可以通过零件合并或设计优化来减少原材料浪费。当然，“减少浪费”并不足以宣称3D打印是一个真正的可持续过程。“随着所有主要行业都在经历可持续发展的影响，3DP技术开发人员将需要迅速追赶可持续发展的理念，否则有可能会被行业抛弃。”LuxResearch表示。

目前，已有不少研发人员正在探索循环业务模式，例如，回收多余材料、支撑结构或报废的最终零件；共享3D打印设备以提高利用率；使用3D打印的零件进行终端产品维修等。

◆Signify（以前称为“飞利浦照明”）于2019年11月推出了3D打印服务。借助此服务，该公司设计了可根据客户的确切需求量身定制的照明器，同时可满足产品在使用寿命结束时可回收。

◆包括HP和Aerosint（比利时）在内的多家公司的硬件开发人员已经在改进3D打印技术，以实现多余材料的可重复使用性，并减少制造过程中的材料浪费。Aerosint声称其选择性激光烧结PEEK3D打印机可满足这一要求。

◆丹麦奥尔胡斯大学工程系研究了将塑料废料回收为标准化的长丝产品。该大学正在与AageVestergaardLarsenA/S塑料回收公司合作，项目已获得84000欧元的资金。此外，法国洛林大学和密歇根理工大学的研究人员通过增材制造的分布式回收利用，研究了“循环经济”的深层次概念；Nefilatek在去年推出由100％再生塑料制得的3D打印长丝Kickstarter；总部位于英国的3D打印公司Lancashire3D推出用于3D打印的可循环材料，材料主要来源于多余的零部件，以及废弃的长丝或支撑结构，该公司承诺将其95％的废塑料回收再利用为可持续的3D打印材料。

（2）数字化转型为3D打印带来更多商机

低成本、大批量的标准化产品生产已经逐渐被多样化、个性化产品取代。不论是汽车、消费包装，还是其他行业，3D打印作为新兴替代制造方法的代表之一，越来越受到追捧。但是，有一个事实仍然摆在我们面前——当前的生态系统还缺乏足够的灵活性和敏捷性来满足将3D打印技术作为真正的制造解决方案的要求。

尽管3D打印技术可以缩短交货时间，但受限于硬件和材料，或是在生产更大数量的产品时，该项技术明显“力不从心”。LuxResearch表示，“3D打印主要的价值驱动力其实是软件创新。这将使新的、更复杂的数字平台成为可能。这些平台不仅可以帮助订购3D打印材料或是零件，还可以帮助评估产品生命周期成本，并通过几个简单的步骤选择所需的生产参数，甚至在用户没有任何3D打印专业背景的情况下顺利完成订单生产。”

例如，美国Xometry公司联手法国达索系统（DassaultSystèmes），为SolidWorks和Catia（两种广泛使用的设计软件）的用户提供即时设计报价；增材制造的软件服务提供商3YourMind推出产品生命周期管理（PLM）、制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）软件，可帮助分析和确定零件是否能够3D打印，并选择合适的应用程序。

正如LuxResearch所说，在未来，数字化转型的创新将给3D打印带来更多需求和机遇。为了帮助简化和本地化供应链，那些掌握关键软件创新技术的领导者将释放3D打印技术更多潜力。

总结

没有任何技术是“独立地成长”，大环境对它们而言，更像是健康发展的土壤，甚至在某些时候“引导”技术的发展方向。也许有一天，3D打印技术在将来也会和其他传统加工技术一样普及，而在那之前，积极做好相关技术储备、掌握技术发展趋势非常有必要。