上海道勤塑化有限公司

近日，隨著萬華推出了PP粉末材料 WANFAB? PP700N，PP將進入一個全新的應用領(lǐng)域——3D打印。

1、什么是3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是一項起源于20 世紀80 年代集機械、計算機、數(shù)控和材料于一體的先進制造技術(shù)。

該技術(shù)的基本原理是根據(jù)三維實體零件經(jīng)切片處理獲得的二維截面信息，以點、線或面作為基本單元進行逐層堆積制造，最終獲得實體零件或原型。

圖片來源：萬華微視界

相比于傳統(tǒng)的減材(如切削加工)和等材(如鍛造)制造方法，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法或很難達到的復雜結(jié)構(gòu)零件的制造，并大幅減少加工工序，縮短加工周期，消除材料浪費，在沒有模具和夾具的情況下迅速制造出形狀復雜的三維實體零件。

3D打印的3個關(guān)鍵要素：

1.產(chǎn)品需要精準的三維設(shè)計，運用計算機輔助設(shè)計（CAD）工具對產(chǎn)品全方位精準定位。

2.強大的成型設(shè)備。

3.需要滿足制品性能和成型工藝的材料。

2、樹脂塑料是3D打印的主要材料

目前3D打印材料主要以樹脂塑料最為成熟，還無法完全滿足高端工業(yè)3D打印的需要，因此需要現(xiàn)有塑料材料不斷完善和改進。塑料材料具有熱塑性可熔融的特性，在熔融狀態(tài)下，從噴頭處擠壓出來，通過凝固層層疊加最終形成產(chǎn)品。

由于塑料材料良好的熱流動性、快速冷卻粘接性、較高的機械強度，在3D打印制造領(lǐng)域得到快速的應用和發(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、無機凝膠、纖維、金屬等，成為3D打印的基礎(chǔ)材料。

3D打印技術(shù)可以通過多種工藝來實現(xiàn)，包括熔融沉積成型（FDM），選擇性激光燒結(jié)（SLS），紫外光固化成型（SLA）等。其中，SLS具有成型精度高、無需添加支撐結(jié)構(gòu)和粉末可回收利用的優(yōu)勢，在制造領(lǐng)域已經(jīng)有了非常廣泛的應用。近年來十分火爆的3D打印跑鞋，其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的鞋底就是使用SLS技術(shù)打印制成的，不僅可以貼合穿著者腳型，還能夠通過調(diào)控鞋底的拓撲結(jié)構(gòu)獲得特有的穿著體驗，或彈力高，或偏硬有厚實感，這些均是SLS技術(shù)優(yōu)越性的體現(xiàn)。

選擇性激光燒結(jié)SLS工藝示意圖

圖片來源：Srivatsan T , Sudarshan T . Additive Manufacturing (Innovations, Advances, and Applications). Medical Applications of Additive Manufacturing[J]. Crc Press, 2015, 10.1201/b19360:389-402.

SLS工藝所用的材料有：蠟粉、塑料粉、陶瓷粉、金屬粉等粉末性材料。其中，常用的塑料粉包括：PA、TPU、PLA、ABS、PEEK、PCL等。

聚丙烯（PP）作為五大通用高分子材料之一，具有密度小、強度高、耐熱、絕緣性好、化學性質(zhì)穩(wěn)定以及價格低等優(yōu)點，在3D打印領(lǐng)域有很大的應用潛力。

然而，PP在熔融結(jié)晶過程中有較大的收縮，宏觀上體現(xiàn)為制件體積收縮非常大，這就造成PP在SLS過程中易發(fā)生翹曲變形，制品成型精度較差；且成型的制品韌性低，易破損。此外，受制于PP分子結(jié)構(gòu)中的叔碳原子，PP粉末在激光燒結(jié)過程中容易分解，無法多次重復使用。以上因素造成了PP很難在SLS中推廣使用。

3、PP擠身3D打印材料

解決行業(yè)痛點，聚焦新材料開發(fā)，一直是萬華化學的業(yè)務理念。針對SLS工藝，除了已被廣泛推廣的TPU及PA粉末材料，萬華化學新近推出了PP粉末材料—— WANFAB? PP700N。該PP粉末具有球形度高、粒徑適中和粒徑分布窄的特點，此外粉末的流動性高、粉床鋪展平整光滑，給予了SLS打印良好的打印精度。

萬華化學WANFAB? PP700N聚丙烯粉末

WANFAB? PP700N采用萬華定制開發(fā)的材料配方，在SLS打印過程中可有效解決翹曲變形問題，打印精度高；制品斷裂伸長率可達20%，韌性較好。此外，特殊的助劑組合使得PP粉末具有出色的熱穩(wěn)定性，可多次回收使用，大大降低了打印成本。

4、3D打印技術(shù)的繁榮將助推高端聚烯烴發(fā)展

根據(jù)Wohlers統(tǒng)計，經(jīng)過近十年的高速發(fā)展，2017年全球3D打印市場規(guī)模達到73億美元，IDC預測2020年全球產(chǎn)值將達289億美元。可以預見未來十年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)仍將處于高速增長期，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

圖片來源：Wohlers

當前，我國3D打印己日趨成熟、市場快速增長。2017年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模己超過100億元，且前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預計，2022年我國3D打印市場規(guī)模將達到500億元左右。

圖片來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

由于3D打印制造技術(shù)完全改變了傳統(tǒng)制造工業(yè)的方式和原理，是對傳統(tǒng)制造模式的一種顛覆，因此3D打印材料成為限制3D打印發(fā)展的主要瓶頸，也是3D打印突破創(chuàng)新的關(guān)鍵點和難點所在，只有進行更多新材料的開發(fā)才能拓展3D打印技術(shù)的應用領(lǐng)域。

隨著3D打印技術(shù)的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)塑料的性能將會被大幅提升，依靠塑料強大的快速熔融沉積和低溫粘接特性將被廣泛應用到3D打印制造領(lǐng)域。

對于聚烯烴材料來說，這個領(lǐng)域不可錯過。萬華最新推出PP粉末材料—— WANFAB? PP700N可以說是開了一個好頭，除此之外，還針對不同3D打印工藝推出了一系列材料解決方案：WANFAB-FT（TPU線材）、WANFAB-PU（TPU粉末）、WANFAB-PN（尼龍粉末）、WANFAB-UV（光敏樹脂）、WANFAB-PP（PP粉末）等。

相信在3D打印的風口下，也將會有更多聚烯烴生產(chǎn)企業(yè)進入這個領(lǐng)域，研發(fā)、生產(chǎn)符合3D打印要求的產(chǎn)品，這也將助推我國在高端聚烯烴領(lǐng)域的發(fā)展。