Page 91 - 《橡塑技术与装备》2024年2期

工艺与设备 陶永亮 等·高分子材料 3D 打印应用与案例

料多为粉末状，将粉末预热到稍低于其熔点的温度，
然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平； CO 2 激光器（红
外激光器）激光束在计算机控制下根据分层截面信息
进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，
全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结
好的零件。SLS 工艺最大的优点在于选材较为广泛，
如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂
（poly carbonates）等都可以作为烧结对象，其原理如 图 5 SLS 打印尼龙件示意图（网图）
图 1 所示 [14] 。如图 4 所示。
分子和大分子多元醇、低分子多元醇（扩链剂）共同
反应聚合而成的高分子材料 [17] 。研发 TPU 作为 3D 打
印专用粉末用于部分产品打印。
产品名称 ： SLS 3D 打印用聚氨酯（TPU）粉末。
产品牌号 ： Mophene3D T90A（热塑性聚氨酯弹性体）
产品简介 ：粉末，白色，由特殊的加工工艺制备得到，
具有粒径小（50~100 μm），且粒径分布窄的特点，非
常合适 SLS 3D 打印技术。产品具有高强度、高耐磨
和高弹性性能，宽的加工窗口和高粉末回收率。产品
图 4 SLS 工艺原理图 应用于减震鞋底，鞋垫，医学器官模型，柔性机器人，

SLS 是基于粉末床的激光 3D 打印技术，其中高 智能可穿戴设备，生物支架，服饰，假肢内衬等 [18] 。
分子基粉末是应用最早，也是目前应用最多、最成功 如图 6 所示。
的 SLS 材料。目前已有金属基粉末、陶瓷基粉末、高
分子基粉末等。高分子与金属等材料相比较，具有成
型温度低、烧结所需的激光功率小等优点，而且其表
面能低，熔融黏度较高，没有金属粉末烧结时较难克
服的 “ 球化 ” 效应。在选择激光器功率上有所区别，
对于金属成型需要高功率 CO 2 激光器，对于一般工程
塑料可以采用红外激光器。
SLS 打印高分子材料有非结晶型高分子有聚碳酸
酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、高抗冲聚乙烯 (HIPS) 等，
图 6 Mophene 3DTSV 运动鞋 ( 红色晶格中底）（网图）
结晶型高分子有尼龙（PA）、聚丙烯（PP）、高密度聚
乙烯（HDPE）、聚醚醚酮（PEEK） [15] 以及 TPU 材料等。 2.3 光固化立体造型 SLA
SLA（Stereo Lithography Appearance）全称为
3D 打印技术提供了一种快速准确的方法，汽车制
立体光固化成型法，用激光聚焦到光固化材料表面，
造商借助 3D 打印技术，可以应用于汽车外形设计的
研发，能够实现小批量定制部件和生产自动化 [16] 。产 由点到线，由线到面顺序凝固，周而复始，层层叠加
加工成三维实体，图 7 所示。
品 3D 打印汽车零部件，精度 0.10 mm，使用材料尼龙，
SLA 技术在 20 世纪 70 年代末到 80 年代初，有
SLS 选择性激光烧结。特点为优良的韧性、自润滑性、
美国和日本科学家在不同的地点提出了利用连续层的
耐磨性、耐化学性、气体透过性、及耐油性、无毒和
选区固化产生三维实体的新思想。早期固化形式利用
容易着色。如图 5 所示。
光能的化学和热作用使液态树脂材料产生变化的原理，
TPU（Thermoplastic polyurethanes）名为热塑
对液态树脂有选择地进行光固化，可在不接触情况下
性聚氨酯弹性体橡胶，TPU 它是由二苯甲烷二异氰酸
制得所需三维实体模型，这种光固化技术逐层进行成
酯 (MDI) 或甲苯二异氰酸酯（TDI）等二异氰酸酯类

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