3D打印技術(shù)基于三維模型，通過逐層堆積材料構(gòu)建三維實體，其增材制造特性使其成為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)之一，融合了數(shù)字建模、機(jī)電控制、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等多領(lǐng)域前沿技術(shù)。

    3D打印技術(shù)的三大核心要素

    3D打印技術(shù)的實現(xiàn)依賴于三方面關(guān)鍵支撐：

    精準(zhǔn)三維設(shè)計：需借助計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）工具完成產(chǎn)品的全方位精準(zhǔn)建模；

    高性能成型設(shè)備：作為技術(shù)落地的硬件基礎(chǔ)，直接影響打印效率與精度；

    適配材料體系：需滿足制品性能要求及成型工藝特性，是技術(shù)突破與創(chuàng)新的關(guān)鍵瓶頸。

    天津天易多維科技有限公司指出，當(dāng)前3D打印材料主要涵蓋聚合物、金屬、陶瓷及復(fù)合材料四大類。以下對各類材料的典型品類及應(yīng)用展開詳細(xì)分析：

    一、工程塑料

    工程塑料是一類具備高強(qiáng)度、耐沖擊、耐熱及抗老化性能的工業(yè)用塑料，廣泛應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域，典型材料包括：

    1.ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）

    ABS憑借優(yōu)異的熱熔性與沖擊強(qiáng)度，成為熔融沉積3D打印的首選工程塑料。目前主要通過絲材或粉末形式應(yīng)用，覆蓋日用品、工程用品及部分機(jī)械制品領(lǐng)域。近年來，ABS的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，性能不斷提升，通過改性增強(qiáng)粘接性與強(qiáng)度，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用場景。

    典型案例：2014年國際空間站采用ABS塑料3D打印機(jī)制造零件；Stratasys公司研發(fā)的ABS-M30材料，機(jī)械性能較傳統(tǒng)ABS提升67%，顯著擴(kuò)大了其應(yīng)用邊界。

    2.PA（聚酰胺）

    PA（尼龍）強(qiáng)度高且具備一定柔韌性，可直接用于3D打印設(shè)備零部件制造。其碳纖維復(fù)合塑料樹脂零件強(qiáng)度與韌性優(yōu)異，可替代金屬工具。此外，PA的粘接性與粉末特性使其能與陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉混合，通過低溫粘接實現(xiàn)復(fù)合材料打印。

    應(yīng)用實例：索爾維公司基于PA工程塑料3D打印發(fā)動機(jī)周邊零件、門把手套件、剎車踏板等，推動汽車輕量化；全球PA工程塑料專家索爾維通過PA基材料3D打印樣件，替代傳統(tǒng)金屬材料，解決汽車輕量化難題。

    3.PC（聚碳酸酯）

    PC強(qiáng)度較ABS高出約60%，適用于超強(qiáng)工程制品。德國拜耳公司開發(fā)的PC2605可用于防彈玻璃、樹脂鏡片、車頭燈罩、宇航員頭盔面罩、智能手機(jī)機(jī)身及機(jī)械齒輪等異型構(gòu)件的3D打印。

    4.PPSF（聚苯砜）

    PPSF在耐熱性、強(qiáng)韌性及耐化學(xué)品性方面表現(xiàn)卓越，是快速成型工程塑料中的性能標(biāo)桿。通過碳纖維、石墨復(fù)合處理后，其強(qiáng)度可滿足高負(fù)荷制品需求，成為金屬、陶瓷的理想替代材料。

    5.PEEK（聚醚醚酮）

    PEEK具備優(yōu)異的耐磨性、生物相容性及化學(xué)穩(wěn)定性，其楊氏模量接近人骨，是長期植入人體的理想人工骨材料?；谌廴诔练e成型的3D打印技術(shù)結(jié)合PEEK材料，可安全、便捷地制造仿生人工骨，且后處理簡單。

    6.EP（彈性塑料）

    EP是Shapeways公司研發(fā)的新型柔軟3D打印材料，通過“逐層燒結(jié)”原理塑形，產(chǎn)品具備良好彈性，可恢復(fù)形變，有效解決ABS材料在穿戴物品或可變形產(chǎn)品中的脆性問題。應(yīng)用場景包括3D打印鞋、手機(jī)殼及衣物等。

    7.Endur（仿聚丙烯材料）

    Stratasys公司推出的Endur是一種先進(jìn)仿聚丙烯材料，具有高強(qiáng)度、柔韌度及耐高溫性能，打印產(chǎn)品表面質(zhì)量佳、尺寸穩(wěn)定性高、收縮率低。其出色的仿聚丙烯特性適用于運動部件、咬合嚙合部件及小型容器制造。

    二、生物塑料

    生物塑料以可生物降解性為核心優(yōu)勢，主要包括聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）、聚羥基丁酸酯（PHB）、聚羥基戊酸酯（PHBV）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及聚己內(nèi)酯（PCL）等。

    1.PLA（聚乳酸）

    PLA是最早應(yīng)用于3D打印的生物塑料之一，具有多種半透明色與光澤質(zhì)感。作為環(huán)境友好型材料，PLA可生物降解為活性堆肥，原料源自玉米淀粉、甘蔗等可再生資源，而非化石燃料。新加坡南洋理工大學(xué)的研究團(tuán)隊利用PLA，通過3D打印技術(shù)制備了高孔隙度的組織工程支架，組織分析顯示其具備良好的生長支持能力。

    2.PETG（生物基聚酯）

    PETG以甘蔗乙烯生產(chǎn)的生物基乙二醇為原料，兼具PLA與ABS的優(yōu)點，具備出眾的熱成型性、堅韌性與耐候性。其收縮率低、疏水性強(qiáng)，無需密閉儲存，且打印過程幾乎無氣味，應(yīng)用前景廣闊。

    3.PCL（聚己內(nèi)酯）

    PCL是一種生物可降解聚酯，熔點約60℃，常用于藥物傳輸設(shè)備、縫合劑等特殊場景，同時具備形狀記憶特性。其低熔點特性使3D打印無需高溫，達(dá)到節(jié)能效果，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可用于打印心臟支架等。

    三、熱固性塑料

    熱固性樹脂（如環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、酚醛樹脂等）具備高強(qiáng)度與耐火性，適用于粉末激光燒結(jié)成型工藝。例如，哈佛大學(xué)與Wyss生物工程研究所聯(lián)合開發(fā)了可3D打印的環(huán)氧基熱固性樹脂，該材料可制造輕質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)件。

    四、光敏樹脂

    光敏樹脂由聚合物單體與預(yù)聚體組成，因良好的液體流動性和瞬間光固化特性，成為高精度3D打印的首選材料。其固化速度快、表干性能優(yōu)異，成型后產(chǎn)品外觀平滑，可呈現(xiàn)透明至半透明磨砂狀，且低氣味、低刺激性，適合個人桌面3D打印系統(tǒng)。

    五、高分子凝膠

    高分子凝膠（如海藻酸鈉、纖維素、動植物膠等）具備智能性，在特定溫度、引發(fā)劑及交聯(lián)劑作用下聚合，形成網(wǎng)狀高分子凝膠制品。其體積可隨離子強(qiáng)度、溫度、電場及化學(xué)物質(zhì)變化而改變，應(yīng)用于形狀記憶材料、傳感材料及智能藥物釋放材料等領(lǐng)域。

    綜上，3D打印材料體系的多元化與創(chuàng)新性，為各領(lǐng)域應(yīng)用提供了堅實基礎(chǔ)，從工程制造到生物醫(yī)療，材料性能的突破正持續(xù)推動3D打印技術(shù)的邊界拓展。