2017年5月22日,，馬來西亞馬印航空完成了波音737MAX8的首次商業(yè)飛行,，開啟單通道飛機(jī)市場的新時代,。5月16日,，波音公司剛在西雅圖慶祝了這架飛機(jī)的交付,。這個暢銷的機(jī)型迄今為止已經(jīng)獲得來自全球87家客戶的3700多架訂單,。

與此同時,，美國通用電氣公司(下稱“GE”)航空總部的工程師們?nèi)栽诼耦^研究3D打印技術(shù)。就在這之前,，他們用3D打印機(jī)“打印”出的19個燃油噴嘴被安裝到了737MAX的LEAP-1B引擎中,，這一技術(shù)代表著迄今為止增材制造(即3D打印)在航空工業(yè)最具標(biāo)志性的應(yīng)用。來不及慶祝,，他們又踏上了新的征途,。此前，GE相關(guān)負(fù)責(zé)人曾表示,，到2020年,，3D打印的航空發(fā)動機(jī)燃料噴嘴將達(dá)到4萬個。

在汽車領(lǐng)域,，利用3D打印技術(shù)按需制造汽車零部件正在成為一種趨勢,。戴姆勒公司迄今為止3D打印的汽車零部件已經(jīng)達(dá)到了780個(包括抽屜、蓋層,、固定條,、適配器等)。下圖的車載鈔票收納盒就是其中之一,。

戴勒姆公司表示,，采用3D打印技術(shù)的讓他們在制造備用汽車部件上變得更加快速、靈活和經(jīng)濟(jì),，尤其是針對個別客戶的需求來說,。相比之下，傳統(tǒng)的注射成型工藝就顯得“臃腫”了許多,，因?yàn)樗坏枰_發(fā)額外的工具,，而且會造成大量的材料浪費(fèi)和庫存堆積,。 

“分散式制造”趨勢下的3D打印浪潮 

3D打印為什么會對傳統(tǒng)制造業(yè)造成沖擊?3D打印技術(shù)公司Hubs聯(lián)合創(chuàng)始人布拉姆·茲瓦特舉了一個形象的例子：“通過在家里附近的3D打印技術(shù)公司定制商品，不一會公司就能打印出來送到你的樓下了,。那么,，工廠基本都會倒閉。與其把1000臺機(jī)器放在同一個地方,，為什么不把1000臺機(jī)器放在1000個地方呢?”而戴勒姆公司負(fù)責(zé)人HartmutSchick也表示,，“3D打印正在改變我們制造汽車零部件的方式，”,，“要知道3D打印機(jī)通常并不大,，所以我們可以輕松將其配置到全球的任何一座工廠中。而這就讓我們獲得了更快速回應(yīng)客戶需求的能力,，同時也幫助我們省下了原先必需花在零部件運(yùn)輸方面的成本,。”

布拉姆·茲瓦特提到的是“分散式制造”(DistributedManufacturing)的場景,。早在2015年的達(dá)沃斯論壇上,，“分散式制造”被列為最重要的技術(shù)趨勢之一。根據(jù)普華永道近日公布的最新調(diào)查報告,，美國國內(nèi)制造商在不同程度上使用3D打印技術(shù)的占總數(shù)大約2/3,，與2014年以前35%的比例相比已經(jīng)大大增加，其中,，56%的人認(rèn)為未來3-5年內(nèi)會有超過半數(shù)的同行使用3D打印,。西門子公司預(yù)計，未來五年內(nèi),，3D打印成本將降至五成,，而速度也將提高五倍。咨詢公司Gartner認(rèn)為,，盡管3D打印的市場份額在2015年只有16億美元(約合人民幣110.1億元),，到2018年，這個數(shù)目將達(dá)到134億美元(約合人民幣922.3億元),。 

新材料開發(fā)與優(yōu)化仍是3D打印主要挑戰(zhàn) 

盡管從被過度吹捧的炒作期進(jìn)入到相對成熟期,，3D打印技術(shù)未來依然充滿挑戰(zhàn)。上述普華永道報告指出,，受訪制造商表示,，3D打印技術(shù)存在的障礙有設(shè)備成本過高，缺乏專業(yè)人才和技術(shù),，最終產(chǎn)品質(zhì)量不確定度和打印機(jī)速度等,。值得一提的是，幾乎同一時間,，制造商認(rèn)為產(chǎn)品質(zhì)量的不確定是最大的障礙(47%),，其次是缺乏專業(yè)人才和技術(shù),，然后才是成本問題。產(chǎn)品質(zhì)量的不確定除了受到加工工藝的穩(wěn)定性影響之外,，根本原因還是由于現(xiàn)有材料還無法在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中完全適應(yīng)3D打印工藝的所有要求,。 

由于塑料材料良好的熱流動性、快速冷卻粘接性,、較高的機(jī)械強(qiáng)度,，在3D打印制造領(lǐng)域得到快速的應(yīng)用和發(fā)展。塑料材料的熔融粘結(jié)特性逐步將樹脂塑料用于陶瓷,、玻璃,、無機(jī)凝膠、纖維,、金屬等,，成為3D打印的基礎(chǔ)材料?？梢灶A(yù)見,，塑料類3D打印耗材的技術(shù)發(fā)展必將大大助力3D打印行業(yè)的發(fā)展，而在3D打印的浪潮中,，以改性塑料為耗材的3D打印材料也必將迎來大量發(fā)展機(jī)遇,。 

3D打印塑料種類

不同于傳統(tǒng)塑料材料,，3D打印技術(shù)對塑料材料的性能和適用性提出了更高要求,，最基本的要求是通過熔融、液化或者粉末化后具有流動性,，3D打印成型后通過凝固,、聚合、固化等形成具有良好的強(qiáng)度和特殊功能性,。適合于3D打印的塑料材料有工程塑料,、生物塑料、熱固性塑料,、光敏樹脂和預(yù)聚體樹脂,、高分子凝膠等。結(jié)合改性塑料的行業(yè)發(fā)展,，小編將主要介紹在3D打印中應(yīng)用的工程塑料與生物塑料,。

3D打印塑料的改性方向 

目前幾乎所有的通用塑料都可以應(yīng)用于3D打印，但由于每種塑料的特性存在差異,，導(dǎo)致3D打印的工藝以及制品性能受到影響,。目前影響塑料材料應(yīng)用于3D打印的因素主要有：打印溫度高、材料流動性差,，導(dǎo)致工作環(huán)境出現(xiàn)揮發(fā)成分,，打印嘴易堵,，影響制品精密度;普通的塑料強(qiáng)度較低，適應(yīng)的范圍太窄,，需要對塑料做增強(qiáng)處理;冷卻均勻性差,，定型慢，易造成制品收縮和變形;缺少功能化和智能化的應(yīng)用,。3D打印產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵是材料,，塑料材料作為3D打印最為成熟的材料，目前仍存在較多問題：受塑料強(qiáng)度的影響,，塑料材料適應(yīng)領(lǐng)域有限,，成品的物理機(jī)械特性較差;需要高溫加工、低溫流動性差,、固化慢,、易變形、精密度低;缺少塑料在新材料領(lǐng)域的拓展,。為此,，3D打印塑料改性技術(shù)的發(fā)展目前主要有以下四個方向。 

1.流動性改性 

為了實(shí)現(xiàn)塑料的流動改性,，可以參考利用潤滑劑等進(jìn)行改性,。但由于使用過多的潤滑劑會導(dǎo)致?lián)]發(fā)分增加，切削弱制品的剛性和強(qiáng)度,，因此通過加入高剛性,、高流動性的球形的硫酸鋇、玻璃微珠等無機(jī)材料可以彌補(bǔ)塑料流動性差的缺陷,。對粉末塑料可采用粉體表面包覆片狀無機(jī)粉體如滑石粉,、云母粉等以增加流動性。另外,，可在塑料合成時直接形成微球,，以確保流動性。 

2.增強(qiáng)改性 

通過補(bǔ)強(qiáng)材料可以提升塑料的剛性和強(qiáng)度,。如通過玻璃纖維,、金屬纖維、木質(zhì)纖維用于增強(qiáng)ABS的增強(qiáng)使復(fù)合材料適合于3D熔融沉積工藝;粉末狀塑料通常通過激光燒結(jié),，可以通過復(fù)合多種材料進(jìn)行增強(qiáng)改性,，包括添加玻璃纖維的尼龍粉、添加碳纖維的尼龍粉,、尼龍與聚醚酮混合等,。

3.快速凝固 

塑料的凝固時間與結(jié)晶性密切相關(guān)。為了加快塑料3D熔融沉積后快速凝固成形,，可以通過使用合理的成核劑以加快塑料定型凝固,，也可以通過在塑料材料中復(fù)合不同熱容的金屬以加快凝固的速度,。 

4.功能化 

塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性，在一些領(lǐng)域應(yīng)用受到限制,。但如果賦予塑料一些功能,，會大大拓展塑料在3D打印制造領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。如傳統(tǒng)功能性塑料制品通常在加工時混入功能性材料,，但由于功能性材料的特殊性,，對加工工藝、加工設(shè)備要求極高,，甚至有些功能性材料由于自身熱性能的限制無法直接加入塑料中,。特別是一些用于生物醫(yī)療的復(fù)雜器件、導(dǎo)電材料,、溫控材料,、形變記憶材料采用傳統(tǒng)制造方法難以滿足要求。通過選擇3D打印成型,，不但可以得到復(fù)雜形狀的智能材料,，而且通過復(fù)合使具有功能的材料在3D打印成型時直接填入塑料。

3D打印塑料的發(fā)展趨勢 

由于塑料自身強(qiáng)度的限制,，塑料材料在3D打印中的應(yīng)用目前僅限于普通制品,。但隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)塑料的性能被大幅提升,，依靠塑料強(qiáng)大的快速熔融沉積和低溫粘接特性將被廣泛應(yīng)用到3D打印制造領(lǐng)域,。除了塑料自身可以通過3D打印制品外，在玻璃,、陶瓷,、無機(jī)粉體、金屬等的3D打印都需要依靠塑料的粘接性來完成,。塑料材料將向高強(qiáng)度發(fā)展，通過提高改性塑料的強(qiáng)度,，可被用來直接替換金屬用于各類復(fù)雜構(gòu)件,，既便宜又質(zhì)輕，甚至可以替代玻璃,、陶瓷等制品,，從而使塑料材料在3D制造中被廣泛應(yīng)用。