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(jìn)入一個(gè)全新的應(yīng)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(xiàng)起源于20 世紀(jì)80 年代集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)控和材料于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。

該技術(shù)的基本原理是根據(jù)三維實(shí)體零件經(jīng)切片處理獲得的二維截面信息，以點(diǎn)、線或面作為基本單元進(jìn)行逐層堆積制造，最終獲得實(shí)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(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法或很難達(dá)到的復(fù)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(fèi)，在沒有模具和夾具的情況下迅速制造出形狀復(fù)雜的三維實(shí)體零件。

3D打印的3個(gè)關(guān)鍵要素：

1.產(chǎn)品需要精準(zhǔn)的三維設(shè)計(jì)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具對(duì)產(chǎn)品全方位精準(zhǔn)定位。

2.強(qiáng)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(jìn)。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(dòng)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。

3D打印技術(shù)可以通過多種工藝來實(shí)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(shì)，在制造領(lǐng)域已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用。近年來十分火爆的3D打印跑鞋，其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)獲得特有的穿著體驗(yàn)，或彈力高，或偏硬有厚實(shí)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(qiáng)度高、耐熱、絕緣性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在3D打印領(lǐng)域有很大的應(yīng)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(fù)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(diǎn)，聚焦新材料開發(fā)，一直是萬華化學(xué)的業(yè)務(wù)理念。針對(duì)SLS工藝，除了已被廣泛推廣的TPU及PA粉末材料，萬華化學(xué)新近推出了PP粉末材料—— WANFAB? PP700N。該P(yáng)P粉末具有球形度高、粒徑適中和粒徑分布窄的特點(diǎn)，此外粉末的流動(dòng)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(xué)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(zhǎng)率可達(dá)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(jì)，經(jīng)過近十年的高速發(fā)展，2017年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到73億美元，IDC預(yù)測(cè)2020年全球產(chǎn)值將達(dá)289億美元。可以預(yù)見未來十年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)仍將處于高速增長(zhǎng)期，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

圖片來源：Wohlers

當(dāng)前，我國(guó)3D打印己日趨成熟、市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。2017年，我國(guó)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(yù)計(jì)，2022年我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)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(duì)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(diǎn)和難點(diǎn)所在，只有進(jìn)行更多新材料的開發(fā)才能拓展3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)塑料的性能將會(huì)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。

對(duì)于聚烯烴材料來說，這個(gè)領(lǐng)域不可錯(cuò)過。萬華最新推出PP粉末材料—— WANFAB? PP700N可以說是開了一個(gè)好頭，除此之外，還針對(duì)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(fēng)口下，也將會(huì)有更多聚烯烴生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入這個(gè)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(guó)在高端聚烯烴領(lǐng)域的發(fā)展。