盤點國內企業研發的改性PLA 3D打印材料(一)
FDM（熔融擠壓堆積成型）技術是使用最為普遍的3D打印技術，桌面級的FDM 3D打印機不僅是創客們青睞的制造工具，也可以為制造業用戶打印產品的設計原型件和熔模，為醫生打印手術預規劃模型…工業級的FDM 3D打印機還可以為航空制造業打印飛機零部件。
FDM 3D打印機較常用的打印材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龍（PA）和聚碳酸酯（PC）。其中，聚乳酸材料因其無毒、無刺激性氣味，可生物降解，熔點溫度較低，冷卻收縮率較小，容易染色等特點而受到FDM 打印用戶的歡迎。但是聚乳酸材料也存在力學性能差,易發生脆性斷裂等缺點，導致聚乳酸的3D打印應用范圍受到限制。國內的材料企業針對這些問題，對3D打印聚乳酸材料進行了改性，從而擴大聚乳酸材料的應用范圍，3D科學谷對部分研究成果進行了整理（排名不分先后）。
國內改性聚乳酸3D打印材料研究成果
蘇州聚復高分子材料有限公司（Polymaker)-納米增韌聚乳酸3D打印材料
Polymaker通過將聚乳酸和聚丙烯酸酯微球混合，提升了聚乳酸材料的力學性能，尤其是提高了韌性。這種混合物中含有0.1％-10％的聚丙烯酸酯微球，聚丙烯酸酯微球的平均直徑為50納米-200微米。
圖片來源：Polymaker
微球為具有核-殼結構的微球，核結構是一種玻璃化轉變溫度在室溫以下的聚丙烯酸酯，這種材料較為柔軟，它將讓聚乳酸3D打印材料的韌性得到增強。殼結構則比較硬，是一種玻璃化轉變溫度在室溫以上的據丙烯酸酯材料，該材料與聚乳酸更加相容，有利于提高微球在聚乳酸中的分散。
微球在聚乳酸中的分散過程可使用雙螺桿擠出機通過熔融共混，或者通過溶劑法等其它方法實現。由于聚丙烯酸酯微球的尺寸極小尺度，因此具有很大的比表面積，能夠在用量小的情況下起到較好的增韌作用。
在改性材料中混合的聚丙烯酸酯微球對于聚乳酸的熱性質和流變性質影響較小，因此可在不改變聚乳酸3D打印條件的情況下使用，使用起來簡單方便。改性之后的聚乳酸材料在外觀和透明性上與傳統聚乳酸打印材料非常接近，并且易于上色。
深圳市光華偉業實業有限公司
聚乳酸增韌3D打印材料
聚乳酸材料本身的韌性較低，在對聚乳酸材進行增韌之后可以拓寬其應用范圍。然而增韌后的聚乳酸材料往往存在收縮率增加，冷卻變慢，這些弊端使得線材在3D打印時不易成型、容易翹邊和開裂。
圖片來源：光華偉業 eSUN
光華偉業針對這一問題，在進行聚乳酸材料改性時加入了低熔點樹脂包覆的無機粉體，從而降低降低材料的收縮率并加速材料的冷卻，制備出來的打印線材具有較好韌性，擠出成型的規整度高、線條圓度好。打印驗證結果表明，使用這種增韌的聚乳酸材料3D打印的制品具有收縮率低、不翹邊、 不開裂、冷卻快、外觀好的優點。
江蘇永盛三維打印新材料有限公司
增韌聚乳酸3D打印材料
用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物進行增韌改性，或者用聚醚聚酯與聚乳酸熔融共混對進行增韌改性的方法都是克服聚乳酸的脆性、改善材料的抗沖擊性的有效方法。但是如果添加的組分含量高將會影響聚乳酸的生物降解性，或者由于工藝復雜而不利于工業化生產。
永盛三維打印新材料以增韌劑和聚乳酸通過平行同向雙螺桿直接共混擠出的方式實現了聚乳酸3D打印材料的增韌改性，這種方法工藝較為簡單，成本也相對低，不影響聚乳酸的透明性和抗拉強度，適合用作3D打印耗材。
成都新柯力化工科技有限公司
3D打印改性聚乳酸材料
成都新柯力化工針對3D打印聚乳酸材料沖擊強度低、韌性差、耐熱性差的缺點進行了改性。
方法是，在低溫條件下通過球磨機粉碎混合反應技術，使擴鏈劑、交聯劑、低分子量聚合物與聚乳酸進行擴鏈和交聯反應，從而對聚乳酸進行改性。同時，將成核劑、補強劑、抗氧劑均勻的分散在聚乳酸體系中，以達到協同作用的效果，實現聚乳酸3D打印材料的改性。
在改性過程中，沒有經過高溫、高剪切力的作用，從而保證了聚乳酸分子鏈完整性，聚乳酸自身性能沒有下降，改性劑的作用全部顯現出來，所以改性聚乳酸的韌性、沖擊強度和熱變形溫度均得到提高。
威海兩岸環保新材料科技有限公司
植物粉改性聚乳酸3D打印材料
植物粉這種來源廣泛、可再生并且價格低廉的材料也可應用在聚乳酸3D打印材料的改性領域，植物粉可從木屑、竹屑、秸稈、谷物殼等天然植物中粉碎得到。用植物粉改性的聚乳酸3D打印材料不僅可以讓打印出來的制品具有天然的木質外觀，而且可以大幅降低聚乳酸3D打印材料的原料成本。
以往有些方法雖然已對木粉改性的聚乳酸組合物進行了增韌改性，但有的方法采用的是不可降解熱塑性彈性體，這將破壞制品全降解特性，有的方法雖然采用了韌性好的可降解材料來增加組合物的韌性，但這些韌性好的降解材料價格高昂，從而增加了耗材的制備成本，而且這些韌性好的可降解材料與聚乳酸的相容性差，制備出來的聚乳酸材料質量不穩。
威海兩岸環保新材公司針對這些問題，通過選用合適的增韌劑、活化劑，并配合高長徑比的雙螺桿擠出機，使原料在擠出機中充分混合，并且充分實現原位聚合反應，一方面使植物粉均勻的分散在聚合物基體中，另一方面可以獲得所需的聚乳酸大分子鏈結構，實現分子鏈交聯纏結，提高聚乳酸的耐熱性。通過這種方法制備的聚乳酸3D打印線材具有韌性好、耐熱、成本低，而且生產工藝簡單，適合規模化生產。
(責任編輯：admin)
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