3D打印，是一種增材制造方法，相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械加工“減材制造”技術(shù)而言，是一項(xiàng)制造業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)革命，展現(xiàn)了新時(shí)代個(gè)性化創(chuàng)造的活力和潛力。3D打印技術(shù)起源于美國(guó)，這項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，不僅給予了創(chuàng)新主體一個(gè)全新的視角，同時(shí)也吸引了大眾的高度關(guān)注。3D打印技術(shù)在20世紀(jì)末期逐漸得到推廣，又被稱為第3次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一。該技術(shù)可以應(yīng)用到生產(chǎn)加工、建筑工程等領(lǐng)域，利用該技術(shù)制造材料，不用加工模具和大型機(jī)械設(shè)備，甚至不用在大型工廠便可進(jìn)行生產(chǎn)，3D打印技術(shù)將會(huì)改變社會(huì)發(fā)展的方向，并會(huì)大大豐富人類社會(huì)的生活方式。

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3D打印材料制造技術(shù)的內(nèi)核以計(jì)算機(jī)3D設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，再將設(shè)計(jì)得到的三維模型進(jìn)行離散分層，后又經(jīng)由特定的設(shè)備將分層離散的材料進(jìn)行堆積、粘結(jié)，進(jìn)而得到最終的產(chǎn)品。最近，國(guó)內(nèi)外的科研工作者針對(duì)3D打印技術(shù)中的幾何計(jì)算問(wèn)題，又創(chuàng)新出了多種新的方法，包括物體分割、平衡性重心優(yōu)化和輕量化等方法。3D打印技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科交叉科學(xué)，綜合了數(shù)字建模、材料化學(xué)、機(jī)電控制化學(xué)等諸多學(xué)科，利用該技術(shù)可以達(dá)到材料的快速成形。材料是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵，3D打印材料的制備技術(shù)，生產(chǎn)材料的設(shè)備構(gòu)造，以及得到材料的具體性能，都與材料有關(guān)。材料既決定了3D打印的應(yīng)用趨勢(shì)，也決定了3D打印的發(fā)展方向。目前，3D打印的材料包括聚合物、金屬和陶瓷等，并且近年來(lái)也出現(xiàn)了一些新興的材料。

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一、聚合物材料

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聚合物材料的強(qiáng)度好、韌性較高，并且成本低廉，長(zhǎng)期以來(lái)都是3D打印的明星材料，在各個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用。聚合物材料主要包括塑料類材料、光敏樹(shù)脂材料等。

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1.塑料類材料

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目前最常用的塑料類材料為聚碳酸酯(PC)、尼龍(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹(shù)脂。首先，ABS樹(shù)脂材料被稱為綠色材料，其材料強(qiáng)度高、韌性好、熱塑性強(qiáng)、耐沖擊性優(yōu)良，并且可以通過(guò)添加添加劑對(duì)材料的顏色進(jìn)行選擇，是3D打印技術(shù)中得以廣泛應(yīng)用的材料，如桌面式打印機(jī)最常采用的就是ABS材料。其次，PC由于其在某些方面的優(yōu)異性能，近期也是炙手可熱的3D打印材料。同ABS樹(shù)脂相比，PC的機(jī)械強(qiáng)度更高，并且其耐燃性高，使得材料的安全性得以提升、且不易收縮變形，因此在制造強(qiáng)度要求高的產(chǎn)品應(yīng)用更為廣泛。第三，相比前2種塑料類材料，PA在力學(xué)性能方面的優(yōu)勢(shì)更為明顯。PA樹(shù)脂家族中的PA66塑料材料，在韌性、延展性和耐磨性方面都表現(xiàn)出極好的性能，但是也存在比較明顯的劣勢(shì)，就是熔點(diǎn)高，不易于加工。所以，科研人員常對(duì)PA進(jìn)行改性加工。如在其中加入PVA等改性材料，使得PVA同PA的分子鏈產(chǎn)生結(jié)合，絡(luò)合形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，覆蓋PA材料的表面，進(jìn)而提升PA材料的彎曲強(qiáng)度、分子粘度與內(nèi)聚力。在商業(yè)領(lǐng)域，許多公司的科研工作者研發(fā)出了越來(lái)越適合應(yīng)用的塑料類材料。如德國(guó)拜耳公司自主研發(fā)出的PC2605聚碳酸酯，該產(chǎn)品具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印功能，并應(yīng)用于機(jī)械齒輪、防彈玻璃等領(lǐng)域。

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2.光敏樹(shù)脂材料

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光敏(UV)樹(shù)脂材料是一種常見(jiàn)的3D打印材料，常見(jiàn)的UV樹(shù)脂就是可以用于3D打印的光敏樹(shù)脂材料。

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光敏樹(shù)脂材料一般為液態(tài)，是由光引發(fā)劑與單體或預(yù)聚合物構(gòu)成的材料，主要由共聚物、添加劑和稀釋劑組成，添加劑具體為光引發(fā)劑。添加光引發(fā)劑，通過(guò)一定波長(zhǎng)紫外光的照射，可以引發(fā)共聚物的聚合反應(yīng)，使得液態(tài)的光敏樹(shù)脂材料固化，這種過(guò)程被稱為液態(tài)光固化樹(shù)脂過(guò)程，經(jīng)常應(yīng)用于立體光固化3D打印技術(shù)中。光敏樹(shù)脂材料的性能類似于ABS樹(shù)脂，其具有機(jī)械強(qiáng)度高、無(wú)揮發(fā)性氣味、適用領(lǐng)域廣、便于儲(chǔ)存等特點(diǎn)，并且光敏樹(shù)脂材料的制備過(guò)程短，容易固化，成形精度高、表面效果好，適用于光固化成型(SLA)快速成形設(shè)備。在250~300nm的激光或紫外線照射的條件下，存在于光敏樹(shù)脂材料中的光引發(fā)劑對(duì)紫外線產(chǎn)生吸收作用，進(jìn)而形成激發(fā)態(tài)分子，之后便急速分解，觸發(fā)光敏樹(shù)脂中的聚合物發(fā)生聚合反應(yīng)。整個(gè)引發(fā)過(guò)程時(shí)間短，光敏樹(shù)脂材料可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固化。若要提高固化，可以利用3D打印設(shè)備對(duì)光敏樹(shù)脂材料進(jìn)行逐層掃描、逐層堆結(jié)，從而得到預(yù)期的3D打印成品，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的現(xiàn)實(shí)化，利用該技術(shù)得到的光敏樹(shù)脂材料，可以制作出成型準(zhǔn)確度高的3D打印產(chǎn)品。通過(guò)上述可知，UV樹(shù)脂材料具備很多的優(yōu)勢(shì)，是一種很適合進(jìn)行3D打印的光敏樹(shù)脂材料，通過(guò)這種材料得到的產(chǎn)品表面精度高，可以展現(xiàn)出較好的3D打印產(chǎn)品的細(xì)節(jié)，并且得到的產(chǎn)品表面細(xì)膩，適合在精密材料加工中得以應(yīng)用，尤其是在精密零件、鑄模制造業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用。但是其也具有劣勢(shì)，如與大多數(shù)高分子聚合物相比，UV樹(shù)脂的生產(chǎn)成本較高，是高分子聚合物領(lǐng)域中的“貴族”，所以高昂的制備成本在一定程度上限制了UV樹(shù)脂材料在3D打印領(lǐng)域中的發(fā)展。

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目前，光敏樹(shù)脂材料在3D打印材料領(lǐng)域應(yīng)用的研究很多，但是還少有其大規(guī)模應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的報(bào)道?？梢?jiàn)光敏樹(shù)脂3D打印材料的商品化路程還有很長(zhǎng)一段要走。除了UV樹(shù)脂外，酸酐、PUA、乙烯基酯樹(shù)脂等也屬于被廣泛使用的光敏樹(shù)脂材料。尤其是酸酐，由于酸酐粘度適中，有利于在3D打印過(guò)程中的成型過(guò)程，所以比較受研究者的青睞。但是酸酐材料的機(jī)械強(qiáng)度低，以此為基材打印出的3D打印材料成型度低、硬度高、容易收縮，不利于得到理想尺寸的模型;相比之下，PUA材料表現(xiàn)出了較好的光學(xué)性能、其耐磨性和韌性也較好，然而PUA材料也在某些方面表現(xiàn)出了劣勢(shì)，其聚合過(guò)程不易掌控，著色度也難以控制調(diào)節(jié);乙烯基酯樹(shù)脂材料的化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、成型材料不易收縮，是比較好的光敏樹(shù)脂類3D打印材料。不過(guò)乙烯基酯樹(shù)脂材料的粘度較高，流動(dòng)性差，在聚合的過(guò)程中用時(shí)長(zhǎng)，不利于成型，給3D打印過(guò)程帶來(lái)了一定程度的困難，影響了產(chǎn)品成型加工。由此可見(jiàn)，酸酐、PUA、乙烯基酯樹(shù)脂材料有著自身的特性，既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，所以，在3D打印材料的選取過(guò)程中，為了得到適于應(yīng)用的光敏樹(shù)脂材料，揚(yáng)長(zhǎng)避短，盡可能地發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)，會(huì)采用混合的方式，將不同材料按一定的比例混合使用。

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3.新型聚合物材料

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在傳統(tǒng)聚合物材料發(fā)展的基礎(chǔ)上，許多新興的聚合物材料正逐步走入我們的視野，它們的出現(xiàn)，使得3D打印技術(shù)得以迅猛發(fā)展。如Shapeways公司最近公布的新型3D打印材料—EP(elastoplastic)。EP材料具有物理性質(zhì)優(yōu)良，材質(zhì)柔軟，易于成型的優(yōu)點(diǎn)。在利用該種材料進(jìn)行成品制造時(shí)，其3D打印成型原理類似于ABS樹(shù)脂材料的“逐層燒結(jié)”原理，即逐層堆積，進(jìn)而成型。但是相比ABS樹(shù)脂材料，利用EP材料打印出來(lái)的成型品具有較好的彈性，在產(chǎn)品變形后易于恢復(fù)原來(lái)的形貌，因此可以利用這種材料進(jìn)行服飾類和手機(jī)殼等物品的打印，還可以用于變形產(chǎn)品的打印。EP材料的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了3D打印材料在變形領(lǐng)域的飛躍，解決了傳統(tǒng)材料打印出的產(chǎn)品脆性高的難題，實(shí)現(xiàn)了在穿戴物品中的大規(guī)模應(yīng)用。杜邦高性能材料公司新研發(fā)出了一種3D打印材料，該材料基于聚合物的基礎(chǔ)，分別是DupontHytrel熱塑性彈性體、DuPontZytel尼龍和DuPontSurlyn高聚物，這3種材料相比傳統(tǒng)3D打印材料也表現(xiàn)出了較為出色的性質(zhì)，更適合在3D打印領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。

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二、陶瓷材料

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陶瓷材料在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天和生物制藥、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有大規(guī)模的應(yīng)用。陶瓷材料具有較為特別的物理化學(xué)性質(zhì)，以及力學(xué)性質(zhì)，這些特性使得其易于應(yīng)用在3D打印領(lǐng)域。近幾年，陶瓷材料在商業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越多。具體地，陶瓷材料具有機(jī)械強(qiáng)度高，抗壓耐磨、硬度大、抗高溫耐熔，導(dǎo)電性差、導(dǎo)熱性差，是很好的3D打印材料。但是陶瓷材料成本高，加工過(guò)程長(zhǎng)，制備成本高，這在一定程度上阻礙了陶瓷材料在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，可以節(jié)約陶瓷材料的生產(chǎn)周期，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，有利于陶瓷材料在產(chǎn)業(yè)上的大規(guī)模發(fā)展。但是相比于聚合物材料，陶瓷3D打印材料的研究和應(yīng)用仍處于弱勢(shì)地位。

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1.氧化鋁陶瓷

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氧化鋁是市面上最常見(jiàn)的陶瓷原料。氧化鋁易于取得，其在自然界中的含量?jī)H次于二氧化硅，位居第2，來(lái)源廣、成本低，產(chǎn)量大、用途廣。氧化鋁陶瓷具備很多優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)械強(qiáng)度好、抗彎折、硬度高、耐磨損等?，F(xiàn)今，氧化鋁陶瓷3D打印材料的制備方法主要有如下幾種:首先是通過(guò)在陶瓷粉中添加粘結(jié)劑，通過(guò)具體方法制備得到氧化鋁陶瓷;二是取陶瓷粉末，再將粘結(jié)劑涂覆在陶瓷粉末的表面，進(jìn)而得到覆膜陶瓷;三是將陶瓷粉末進(jìn)行表面改性，然后再添加粘結(jié)劑進(jìn)行混合。在制備過(guò)程中，需要維持陶瓷材料胚體的優(yōu)良機(jī)械和力學(xué)性能，這就需要添加有機(jī)物、合金粉末等進(jìn)行改性處理，再通過(guò)具體的燒結(jié)等方式的處理合成氧化鋁陶瓷材料。在陶瓷3D打印材料的技術(shù)中，采用改性得到的陶瓷粉末材料進(jìn)行3D打印，生產(chǎn)時(shí)間短、成本低、加工方便、可操作性強(qiáng)，因此氧化鋁陶瓷3D打印材料廣泛地應(yīng)用在建筑、航空航天和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。

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2.磷酸三鈣陶瓷

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磷酸三鈣陶瓷材料近年來(lái)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。磷酸三鈣陶瓷材料是通過(guò)合成方式得到的加工材料，由于磷酸三鈣陶瓷材料化學(xué)組分與人體的骨骼十分相似，且通過(guò)該材料得到的人體骨骼具有良好的生物相容性，沒(méi)有變異性，并且能夠順利實(shí)現(xiàn)人體的新陳代謝，具有較好的骨傳導(dǎo)性，是現(xiàn)今大熱的生物醫(yī)療材料，可以用作骨修復(fù)用的三維支架。為了更好地實(shí)現(xiàn)磷酸三鈣陶瓷材料的功能性，國(guó)外已經(jīng)有研究成果顯示，通過(guò)3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)磷酸三鈣陶瓷材料的制備，方法簡(jiǎn)便，制備過(guò)程耗時(shí)短，降低了材料的制作經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本;此外，利用噴墨沉積3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)磷酸三鈣陶瓷支架的打印，并得以應(yīng)用。

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3.陶瓷先驅(qū)體

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聚合物材料家族中還有一類適用于3D打印的材料——陶瓷先驅(qū)體。該材料用化學(xué)方法合成，可利用有機(jī)聚合物陶瓷先驅(qū)體，通過(guò)高溫裂解處理，即可得到無(wú)機(jī)陶瓷。在惰性氣體的保護(hù)下，通過(guò)熱處理對(duì)陶瓷先驅(qū)體進(jìn)行加熱，可將該材料熱解成SiC、Si N4等陶瓷基復(fù)合材料，熱解的同時(shí)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體。通過(guò)氣體的產(chǎn)生，導(dǎo)致材料本體的體積改變，進(jìn)而使得制備得到的陶瓷具有裂紋和孔隙結(jié)構(gòu),降低陶瓷材料的致密度。為了避免陶瓷材料致密度的改變，可以在合成陶瓷先驅(qū)體的過(guò)程中加入惰性填料或活性填料，進(jìn)而提升陶瓷的產(chǎn)率。對(duì)比傳統(tǒng)的陶瓷顆粒制備方法，通過(guò)制備得到陶瓷先驅(qū)體，再將其進(jìn)行化學(xué)方法轉(zhuǎn)化，從而制備的陶瓷的過(guò)程，省略了高溫?zé)Y(jié)的步驟，降低了制備工藝要求，簡(jiǎn)化了制備方法。在制備的過(guò)程中，不必在加壓的環(huán)境下進(jìn)行，也不必再添加燒結(jié)添加劑，并且能夠提升陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度。在惰性氣氛的保護(hù)下，通過(guò)加熱聚硅氧烷陶瓷先驅(qū)體，可以熱解得到氮化硅陶瓷及氧化硅陶瓷。并且制備原料聚硅氧烷成本低廉，通過(guò)該方法熱解得到的陶瓷先驅(qū)體性能好、成本低，是理想的制備陶瓷先驅(qū)體的聚合物先驅(qū)體材料。同時(shí)，聚硅氧烷化學(xué)物理性質(zhì)優(yōu)良，既能夠光致發(fā)光，又具有較高的硬度，還具有半導(dǎo)電性等電學(xué)特性，可以用這種材料來(lái)合成特殊陶瓷薄膜或光電器件。

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三、金屬材料

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近幾年來(lái)，產(chǎn)業(yè)上對(duì)3D打印材料的需要化愈發(fā)明顯，3D打印技術(shù)的發(fā)展使得3D打印材料產(chǎn)品可以應(yīng)用于一些復(fù)雜產(chǎn)品加工。通過(guò)3D打印技術(shù)利用金屬材料打印得到的產(chǎn)品，相關(guān)研究不斷增加，應(yīng)用面也非常的廣泛，如國(guó)防、航空等領(lǐng)域。通過(guò)3D打印技術(shù)利用金屬材料打印得到的產(chǎn)品，還可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料昂貴的金屬零部件的生產(chǎn)中。由于通過(guò)3D打印技術(shù)可以壓縮材料制造的成本、縮短成材周期，提高制造效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。制備3D打印所使用的金屬，要求也較高，需要金屬粉末具有較高的純凈度和球形度，較窄的粒徑分布和較低的氧含量。目前業(yè)內(nèi)比較流行的金屬類材料主要包括鈦合金、高溫合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外還有用于打印首飾的金、銀等貴金屬粉末材料。

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1.鈦合金

鈦合金的物理化學(xué)性質(zhì)很適合在3D打印技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。鈦合金的強(qiáng)度高、耐腐蝕并且耐熱，可以在制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭和導(dǎo)彈的各種結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)，利用鈦合金作為材料，通過(guò)3D打印技術(shù)得到了“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件”。這是迄今它能夠給3D打印技術(shù)制作得到的最大結(jié)構(gòu)部件，已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)上獲得了應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)在2013年獲得了國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。值得一提的是，2017年我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民用飛機(jī)C919大飛機(jī)，其機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的主要承重部件機(jī)翼中央翼緣條，也是3D打印技術(shù)的成果。該款飛機(jī)是按照國(guó)際最新的適航標(biāo)準(zhǔn)研制而成，由西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)鈦合金3D打印材料，應(yīng)用于機(jī)身上。

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2.高溫合金

高溫合金材料也屬于產(chǎn)業(yè)上需求量較高的金屬材料。高溫合金材料 具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但是通過(guò)傳統(tǒng)方法制備得到的高溫合金材料，其制備成本高，不易成形，制備方法要求高。在航空工業(yè)領(lǐng)域，高溫合金材料是主要應(yīng)用的 3D打印材料。美國(guó)的研究人員通過(guò)3D打印技術(shù)制備得到了I N718鎳基高溫合金轉(zhuǎn)子。值得一提的是，不銹鋼被譽(yù)為“高溫合金家族中的性價(jià)比之王”，利用不銹鋼材料為原料，通過(guò) 3D打印技術(shù)得到的產(chǎn)品強(qiáng)度高，很適合在產(chǎn)業(yè)上進(jìn)行應(yīng)用。但是該材料由于表面粗糙，所以常被用于打印功能結(jié)構(gòu)件等。鎂鋁合金由于質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，近年來(lái)也被使用在 3D打印材料領(lǐng)域。由于鎂鋁合金質(zhì)量輕，在輕量化制造業(yè)的生產(chǎn)中需求量較大。日本佳能公司的頂級(jí)單反相機(jī)，其殼體上的曲面頂蓋就是利用3D打印技術(shù)得到的。

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四、仿生3D打印材料

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現(xiàn)今的大部分生物材料都是由無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料組成，通過(guò)對(duì)生物材料的微觀結(jié)構(gòu)加以合理利用，并對(duì)不同性質(zhì)的材料進(jìn)行組合，可以實(shí)現(xiàn)材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)生物材料形成的結(jié)構(gòu)其具有多級(jí)性與復(fù)雜性。通過(guò)3D打印技術(shù)得到的材料，可以用于模擬生物材料。制備生物材料的3D打印技術(shù)，可以同時(shí)打印2種甚至多種不同類型的材料。生物材料的3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)生物支架打印、細(xì)胞打印，還可以打印出活的細(xì)胞，以及聚合物藥物生長(zhǎng)因子，實(shí)現(xiàn)特定位置的3D打印技術(shù)?，F(xiàn)今比較前沿的3D打印技術(shù)，可以打印出生物組織和器官，如上文提到的生物打印骨骼。通過(guò)這種方法得到的產(chǎn)品，可以用于治療機(jī)體損傷。噴射材料擠出和光固化成型是目前比較流行的活體細(xì)胞3D打印技術(shù)。并且，還需對(duì)生物組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的模擬研究，從而提高生物材料應(yīng)用的準(zhǔn)確性與可靠性。

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以通過(guò)3D打印技術(shù)制備血管生物材料為例，主要依賴的就是材料擠出技術(shù)和光固化3D打印技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)血管材料的構(gòu)建。Hinton等通過(guò)研究實(shí)現(xiàn)了通過(guò)凝膠浴輔助支撐的3D打印方法，凝膠浴的主要成分是明膠微粒。明膠微粒是塑性流體，在低剪切應(yīng)力的情況下，其為彈性固體，在剪切應(yīng)力高于臨界值時(shí)，其可以像粘性流體一樣流動(dòng)。通過(guò)控制3D打印材料在噴嘴擠出后，進(jìn)入凝膠浴中進(jìn)行移動(dòng)，控制剪切應(yīng)力的變化控制凝膠浴的流動(dòng)，從而控制噴嘴擠出材料的成型，進(jìn)而構(gòu)造支化的動(dòng)脈結(jié)構(gòu)。生物3D打印技術(shù)對(duì)精度的實(shí)現(xiàn)還很有限，通過(guò)該方法打印得到的血管一般直徑比較大，其擁有毫米級(jí)的直徑分布。近期，科研人員研究出了利用精度較高的雙光子聚合打印方法，通過(guò)該方法打印出的血管結(jié)構(gòu)內(nèi)徑和壁厚降低到18μm和3μm。

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通過(guò)研究人員的努力，已經(jīng)形成了仿生原理和3D打印技術(shù)結(jié)合的新方式，通過(guò)這種方式，在實(shí)現(xiàn)3D打印生物材料功能性的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)材料的精度控制。雖然3D打印生物材料的技術(shù)在不斷成熟，但是利用3D打印方式實(shí)現(xiàn)生物材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用還面臨著不少難題。首先，亟待解決的是3D打印生物材料技術(shù)精度的提高，如實(shí)現(xiàn)毛細(xì)血管這種細(xì)微結(jié)構(gòu)的打印;其次，通過(guò)3D打印技術(shù)得到生物材料的原材料選擇較少，并且技術(shù)層面主要是光固化技術(shù)，原料多用光敏樹(shù)脂等合成材料;第三，對(duì)填料在材料中的取向控制仍有待加強(qiáng)，需提高生物材料的微觀結(jié)構(gòu)控制的精度。

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五、其它材料

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除去上文所述的聚合物材料、陶瓷材料、金屬材料以及仿生3D打印材料等，還存有很多可以適用于3D打印技術(shù)的原材料，多3D打印技術(shù)的發(fā)展具有很大的幫助作用。目前較為流行的3D打印材料還包括覆膜砂、農(nóng)作物秸稈、聚乳酸、石膏、人造骨粉、細(xì)胞生物原料以及砂糖等。覆膜砂是一種通過(guò)熱固性樹(shù)脂(如酚醛樹(shù)脂)為原料，在其中添加一定量的鋯砂和石英砂進(jìn)而制備得到，通過(guò)激光燒結(jié)3D打印技術(shù)可以得到以覆膜砂為原料的3D打印成品，另外也可通過(guò)鑄造砂型制備覆膜砂金屬器件，尤其是可以應(yīng)用到具有復(fù)雜形狀的有色合金鑄造領(lǐng)域，如鎂鋁合金等較為常見(jiàn)的金屬。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)量較大的廢棄物，作為可再生資源，農(nóng)作物秸稈的再利用引起了科研人員的廣泛興趣。江蘇揚(yáng)州的一家企業(yè)就自主研發(fā)出了以玉米秸稈為主要原料的新型3D打印材料。農(nóng)作物秸稈原料具有天然的顏色及紋理，通過(guò)該原料利用3D打印技術(shù)打印而成的花瓶、餐盤(pán)等日常生活用品不僅外表漂亮，在生活中也很實(shí)用，還伴有淡淡的草木清香，低碳環(huán)保，深受消費(fèi)者喜愛(ài)。并且農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量大、成本低，大大降低了成品的制作成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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六、3D打印材料發(fā)展方向

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現(xiàn)今，已經(jīng)有300多種適用于3D打印的材料問(wèn)世。對(duì)于3D打印的應(yīng)用前景還很依賴于3D打印材料的研發(fā)以及其市場(chǎng)化推廣。在我國(guó)，市面上相對(duì)較為流行的3D打印設(shè)備是桌面打印機(jī)，但相比國(guó)外，我國(guó)3D打印材料的科研水平還處于起步階段，有很大的發(fā)展空間。

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通過(guò)上文所述，雖然也有ABS樹(shù)脂等這些被廣泛應(yīng)用于3D打印技術(shù)的聚合物材料，但這些原理的成本還相對(duì)較高，通過(guò)其打印而成的產(chǎn)品，在打印精度和成型度上還不是非常樂(lè)觀，相比于國(guó)外同類產(chǎn)品要低。就3D打印設(shè)備而言，我國(guó)還依賴于進(jìn)口設(shè)備，由于打印效果不理想，自主研發(fā)的3D打印設(shè)備還未能占領(lǐng)市場(chǎng)。比較常用的金屬材料的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平也較低。因此，我國(guó)的3D打印成本較高，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用速度慢，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展。

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所以，在3D打印技術(shù)越來(lái)越流行的現(xiàn)代社會(huì)，專家學(xué)者越來(lái)越關(guān)注如何降低3D打印的成本，研發(fā)出更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用的3D打印材料和設(shè)備。通過(guò)市場(chǎng)的反應(yīng)可以看出，人類生產(chǎn)生活對(duì)3D打印技術(shù)的要求是提高3D打印產(chǎn)品的機(jī)械性能和可加工型，便于產(chǎn)品成型，提高成型精度和成型細(xì)節(jié)。并且，對(duì)于3D打印產(chǎn)品的抗腐蝕、耐磨、耐熱等方面的性能要求也越來(lái)越苛刻。雖然3D打印技術(shù)的發(fā)展遭遇了瓶頸，但是由于3D打印技術(shù)帶來(lái)的種種優(yōu)勢(shì)，研究者和企業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)的開(kāi)發(fā)，對(duì)3D打印原料的選擇熱情仍然高漲。

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通過(guò)3D打印技術(shù)可以降低產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)而提高制造過(guò)程的經(jīng)濟(jì)學(xué)，優(yōu)化原材料和能源的使用效率，是一種環(huán)保高效、適合大眾需求的高科技手段。3D打印技術(shù)不斷刷新人們對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的認(rèn)識(shí)，潛移默化地改變著人類的生產(chǎn)生活，通過(guò)不斷的發(fā)展，3D打印技術(shù)將會(huì)更加多元化，更能夠適應(yīng)市場(chǎng)的需求，更多的智能化材料將逐步取代傳統(tǒng)3D打印材料，3D打印設(shè)備將更加智能化和靈巧化，通過(guò)3D打印原料制備的成品精度也會(huì)有較大幅度的提高。

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在當(dāng)今社會(huì)，不斷發(fā)展的3D打印技術(shù)正逐步與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)緊密融合。3D打印材料的發(fā)展促進(jìn)了3D打印技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越能滿足人們對(duì)生產(chǎn)生活的需求。通過(guò)這種新興的生產(chǎn)方式，將會(huì)刷新人類社會(huì)的制造觀念，徹底打破傳統(tǒng)的制造格局，給人類社會(huì)的發(fā)展注入新鮮的血液。相信在不久的將來(lái)，3D打印材料將更加多元化，滿足3D打印技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求。我國(guó)雖然在3D打印材料和打印技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，但是通過(guò)科研單位和科研人員的聰明才智，我國(guó)在3D打印領(lǐng)域的發(fā)展會(huì)越來(lái)越好，更多的3D打印材料會(huì)貼上自主研發(fā)的標(biāo)簽，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)3D打印市場(chǎng)的發(fā)展，讓3D打印產(chǎn)品走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

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文章來(lái)源：新材料產(chǎn)業(yè)

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作者：王維 （國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心）