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生物塑料在3D打印方面中的应用

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:佳工机电网

2014-12-29 14:40

     在这个时代里,一些神奇的事物将横空出世。你只需要拥有一台打印机,就可以使用塑料、金属、巧克力等各种材料来打印出你想要的任何东西,如模具、个性化产品、飞机零部件甚至是人体器官。人们渐渐被这种神奇的机器所吸引。这种热潮导致在亚马逊、百思买这样的购物平台也能随处可见3D打印机及耗材的身影。 

    如今,3D打印正由工业化用途越来越趋向于民用化用途。对于耗材,人们要求它更环保,更健康,而生物材料恰恰可以满足这种需要。在3D打印耗材领域,生物材料的应用已经出现。这篇文章将简要阐述生物塑料在目前3D打印方面中的应用。 

    PLA(聚乳酸) 

    PLA是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯,它来源于可再生资源如玉米淀粉、甘蔗等。 

    在熔融沉积制造(FDM)打印机中,PLA线条打印出来的样品成型好,不翘边,外观光滑。除此之外,它最大的优点还在于它的环保性,打印无气味。因此,它常常作为课堂上打印教具的材料的不二之选。小朋友可以天马行空的打印出自己想要的东西。因为它是无毒无害,家长不需要有任何担心。 

    目前科学家也在积极地研究PLA在SLS打印机中的应用。例如来自新加坡南洋理工大学的Tan K H等在应用SLS技术制造组织工程支架方面的研究中,采用SLS技术成形生物可降解的高分子材料,聚L-乳酸(PLLA),制造了高孔隙度的组织工程支架,并对该支架进行显微镜组织分析,发现其具有生长能力。 

    PVA(聚乙烯醇) 

    PVA或聚乙烯醇是一种可生物降解的合成聚合物,它最大的特点就是它的水溶性。 

    作为一种应用于FDM中的新型打印线条,PVA 在打印过程中是一种很好的支撑材料。 

    在打印过程结束后,由之所组成的支撑部分能在水中完全溶解且无毒无味,因此可以很容易地从模型上清除。全球打印耗材知名生产商易生(Esun)已推出的PVC水溶性支撑材料在国内乃至国际都获得一致好评。在打印过程中,其与PLA耗材的配合堪称完美。 

    PHA(聚羟基脂肪酸酯) 

    PHA是一种以植物为原料的生物基材料,这种生物基材料具有可降解的特性。由于它无毒无害,目前它常常被用来制作医学器具、食品包装袋、儿童玩具、电子产品外壳等。 

    回收时,由于它的可生物降解性,我们只需要像掩埋食品垃圾一样将其掩埋,它便可在土壤中自然降解。不仅如此,它在淡水和盐水中也能像在土壤中安静降解,并且不会留下任何颗粒物。 

    在3D打印应用方面,它的应用类似于PLA。人们可以将其制成线条应用于3D打印机,与PLA相比价格较高,并且加工窗口稍窄。 

    PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯) 

    PBAT属于脂肪族-芳香族共聚酯,是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,具有较好的延展性和冲击性能;此外,还具有优良的生物降解性. 

    在3D打印领域,因其突出的柔韧性和生物降解性,在桌面FDM打印机中将获得越来越广泛的应用。 

    PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯) 

    采用甘蔗乙烯生产的生物基乙二醇为原料合成的生物基PETG具有FDA认证,被用来制造饮料、食物和其他液体容器。出众的热成形性、坚韧性与耐候性都使PETG与传统PC、抗冲改性亚克力有所不同。PETG无须在热成型加工前进行预干燥处理,其成型周期短,温度低,成品率更高。并且,它可以保持产品的坚韧性,防止变黄。其内部含有的紫外线吸收剂可共挤成保护层,保护板材免受紫外线的影响。 

    易生研发人员指,PETG作为一种新型的3D打印材料,兼具PLA和ABS的优点。在3D打印时,材料的收缩率非常小,并且具有良好的疏水性,无需在密闭空间里特殊贮存。由于PETG的收缩率低,打印时使用或不使用加热床都行,在打印过程中几乎没有气味。易生推出的新品PETG将广泛应用于医疗用品、日用消费品、包装、薄膜、型材管材以及纤维等领域,其众多产品优势及环保可回收的特性,使得PETG产品具有更为广阔的开发应用前景。 

    PCL(聚已内酯) 

    聚已内酯(PCL)是一种生物可降解聚酯,熔点较低,只有60℃左右。与大部分生物材料一样,它也是符合FDA认证可食品接触的材料。人们常常把它用作特殊用途如药物传输设备、缝合剂等。同时,PCL还具有形状记忆性。 

    在3D打印中,PCL主要用于FDM打印机。由于它熔点低,所以并不需要很高的打印温度,从而达到节能的目的。同时,也由于熔点低使得它可以有效避免人员操作时的烫伤。目前业内人士正在着力研究PCL熔点低的优异特性,并且希望借助这种特性制造出儿童打印机。另外,因为其具有形状记忆的特性,它使得打印出来的东西具有“记忆”,在特定条件下,可以使其恢复到原先设定的形状。 

    前文中提到PCL材料可用于医学领域,在3D打印中,同样可以用在医学领域,比如把它用来打印心脏支架,业内人士也在探索其更多的可能性。 

    尼龙11 

    尼龙11化学名称为聚十一酰胺(生物基材料),英文名称Poly Undecanoylamide,简称PA11,是以蓖麻油为原料合成的长碳链柔软尼龙,具有密度小、强度高、尺寸稳定性强、化学性能稳定的特点,同时它还具有电绝缘优良等优点。 

    目前,它可用于汽车工业、电子电器工业、军械工业等;得益于它质轻、耐潮湿、耐虫蛀、耐腐蚀的特点,人们还可以把它应用于城巿煤气管道。这种管道施工方便,使用寿命长。由于它良好的耐低温性能,也可应用于食品工业,制作速冻食品的容器、各种包装材料、牛奶等液体食品的传输道。 

    在3D打印领域中,它可以用FDM打印机制作柔软的产品,例如泳衣。因为其柔韧性不至于在打印过程中被破坏,并且由于其密度大,也能满足泳衣必须防水的需求。 

    生物基TPU 

    新一代生物基热塑性聚氨酯产品(生物基TPU)可再生资源含量高达60%,具有优异的机械性能、冷绕曲性、抗水解性和良好的粘着力、耐磨耐压、方便加工回收、密度比石油基的TPU低,是一种轻质且成本效益高的原材料,可替代石油基热塑性聚氨酯和热塑性弹性体使用。在3D打印领域,作为一种弹性线条材料,具有很广泛的应用,如打印鞋子、手环等。 

    在传统制造业领域,3D打印的成本成为瓶颈,如3D打印替代制造业,成本往往高于传统模具。但在有些特殊领域,如医学领域,3D打印便能发挥它的定制优势。对于3D打印爱好者来说,3D打印可以让其头脑中天马行空的想法成为现实。这种趋势对很多像易生这样专业生产3D打印耗材的公司预示着:3D打印的春天在于民用。