3D打印在實現材料組分的可控調節和復雜結構的精確制造方面具有獨特優勢；因而有不少學者相信，3D打印技術必然會在未來制造業中占據越來越重要的地位。3D打印的相關研究現在發展到什么程度，其原材料如何制備，制造方法如何開發，加工條件有何影響，又在哪些方面已經有了應用？希望《Advanced Industrial and Engineering Polymer Research》的最新一期“3D Printing of Polymers”特刊文章，可以讓你一探究竟。
1. 綜述：聚合物納米復合材料的激光燒結
激光燒結是一種常用的增材制造(AM)技術，適用于汽車行業、醫療保健和消費品等領域的各種應用。 聚合物激光燒結除了具備適合終端使用零件生產的機械性能外，聚合物激光燒結還可以生產比許多其他AM技術更復雜的結構，因為它不需要支撐結構，而且零件可以堆疊在建造區域以進行更有效的處理。 理論上，廣泛的聚合物應該可以通過激光燒結來處理。 然而，在實踐中，情況并非如此，目前只有少數聚合物能夠進行可靠和一致的處理。
本文綜述了通過添加一系列有機和無機納米填料來提高激光燒結聚合物的加工性能、力學性能和功能性方面的研究。它驗證了關鍵的挑戰，包括納米相的分散，以及為克服它們而開發的方法。探討了納米相對可加工性的影響，以及關鍵加工參數的重要性。討論了納米復合材料粉末生產技術和零件表征的最新進展。重點介紹了激光燒結件的最終性能及其潛在的應用，并討論了研究所目前面臨的挑戰和未來的潛在研究方向。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.003
2. 綜述：在制造領域利用智能材料進行4D打印的重要作用
多年來，3D打印技術 在工程和醫療領域取得了重大進展； 還引進了4D打印，它是3D打印的高級版本。 4D打印的過程是當打印的3D物體由于外部能量輸入(如溫度、光線或其他環境刺激)的影響而成為另一種結構。 該技術利用了具有良好的形變能力的智能材料的輸入。 自組裝和可編程材料技術旨在重新想象構建、生產、組裝和產品性能。 4D打印應用于工程、醫學等各個領域。 4D打印蛋白質或許是一項偉大的應用。 在這個新的維度下，3D打印的物體可以在光、熱、電、磁場等外部刺激的影響下自行改變形狀。
本文對4D打印技術進行了簡要的討論。以圖解的方式討論了4D打印在制造業領域的各種特點、發展及其應用。概念化了4D增材制造的工作流程，并最終確定了4D打印在制造領域的十個主要作用。雖然可逆4D打印本身是一個奇妙的發展，但它是具有創新性的，在形變期間使用了耐用和準確的可逆變材料。它幫助我們創造傳統制造技術無法輕易完成的復雜結構。它似乎是不同行業的游戲規則改變者，因為它依賴自然因素而不是能源，而且完全改變了生產、開發、捆綁和運輸商品的方式。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.05.001
3. 綜述：增材制造應用對環境可持續性的作用
增材制造(AM)利用其數據逐層生產復雜形狀的產品，精度高，材料損耗少。與傳統制造工藝相比，增材制造技術具有許多積極的環境優勢。最重要的是，減少了原材料的浪費，使用了新的智能材料。它似乎專注于能夠減少材料浪費、能源消耗和機器排放物組件的產出。有必要對增材制造技術及其應用的環境可持續性進行研究。隨著越來越多的企業致力于加強他們的生態足跡，AM的可持續性正不斷地獲得動力。有遠見的行業領導者不斷地直面挑戰，鼓勵他們的員工找到新的方法來減少浪費，改善員工的制造環境，并找到使用新材料的創新方法，使其變得更具可持續性。這些舉措推動了產品、商品和服務的增值。
本文討論了增材制造在創建可持續生產系統方面的重大效益。最后，本文確定了AM在可持續性方面的12個主要應用。雖然增材制造和技術的主導地位正在關鍵行業中確立，但它們的可持續性優勢在當前的制造場所中是顯而易見的。主要目標是鑒定增材制造技術相對于傳統制造的環境效益。現在各個行業可以決定適當的技術來滿足環境目標。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.005
4. 連續纖維增強熱塑性塑料的3D打印用混合雙組分纖維的拉擠
連續晶格制造是一種新引入的纖維增強熱塑性復合材料的增材制造方法，可以在需要的地方沉積材料。這項技術的成功在于一個打印頭，在材料被擠壓之前，未固結的連續纖維增強復合材料通過一個擠壓模具沉積于平面之外，而不使用支撐結構。然而，最先進的復合原料，如混紡紗，由于其底層纖維結構，即熱塑性纖維與增強長絲混合，在可達到的材料質量和部件尺寸方面存在局限性。混合雙組分纖維克服了這些局限，因為每個單獨的增強纖維都包覆在熱塑性護套中。這樣一來，就可以避免耗時的纖維浸漬步驟，這些步驟是會給孔隙含量和材料質量帶來負面影響的。
本研究比較了混合雙組份纖維和市售混紡紗在不同加工條件下的拉膠質量。介紹了在不同的模具填充度、模具溫度和拉擠速度下，對直徑為5 mm、含量50 ~ 60 % 玻璃纖維的聚碳酸酯復合材料型材進行拉擠試驗。結果表明，由混合雙組份纖維制成的拉膠比在相同條件下由混合紡絲制成的拉膠具有更低的空隙率。我們認為這是由于固結機制的差異造成的，在混合雙組份纖維的情況下，與達爾西安流主導的混紡紗固結相比，主要是熱塑性套的聚結。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.004
5. 用于醫療產品增材制造的基于超高分子量聚乙烯的雙組分原料
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有獨特的性能，但熔體流量(MFR)極低，約為零，不適合用聚合物的標準方法進行處理。 本文旨在研究不同等位PP含量的雙組分UHMWPE基復合材料的摩擦學性質。 復合材料采用三種方法制備： a）熱壓粉末混合物； b）顆粒熱壓縮； c）3D打印(FDM)。
結果表明，通過擠壓復合(顆粒熱壓縮和3D打印)得到的UHMWPE基復合材料在力學和摩擦性能（耐摩擦性、摩擦系數、楊氏模量和屈服強度）方面均優于熱壓粉末混合物制備的復合材料。 在保持高摩擦和力學性能以及廣泛的載荷范圍內必要的熔體流量(MFR)方面，最有效的是“UHMWPE+20%PP”復合材料，被推薦作為骨科摩擦單元復合形狀產品（關節部件）的原料。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.05.003
6. 用于聚酰胺12激光燒結的材料適應性工藝策略的發展
聚合物激光燒結(SLS)是最有前途的增材制造技術之一，因為它可以制造具有高力學性能的復雜結構部件，而不需要額外的支撐結構。半結晶熱塑性塑料，最好用于SLS，需要在一定的表面溫度范圍內加工，使材料同時存在于熔融狀態和固態。根據最常見的加工模式，這些高溫在整個建造階段都可保持。在目前的技術狀態下，這將導致高冷卻時間和延遲的組件可用性。
本文通過工藝自適應方法、現場實驗和數值模擬，證明了基于加深模型理解的材料自適應性加工策略可以克服這一缺點。這些策略是基于聚酰胺12在高溫和準等溫加工條件下，在粉末床表面以下幾層開始結晶和凝固的事實。因此，等溫結晶和固結特性是通過適應過程的材料表征來分析的。分析了激光加工過程中溫度場對零件截面、層數和加工參數的影響，并將其與加工后的零件性能進行了關聯。此外，通過控制零件冷卻來均勻化零件熱記錄的可能性，可通過模擬方法得到加強。作者指出，材料相關的凝固特性必須作為幾何相關和層相關的溫度場的函數來考慮，并證明了對材料和部件性能的主要影響。從這些發現看出，新的加工策略的激光曝光過程以及在z方向上成形室的溫度控制，可以加速LS過程和更均勻部件性能的早期可用性。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.05.002
7. 局部可彎曲短碳纖維增強聚合物復合材料的3D打印
局部可彎曲的固體板是在單一的3D打印操作中制造的，使用單一的材料，即短碳纖維增強塑料(CFRP)。 局部可彎曲CFRP板包括實心和可彎曲部件，采用雙級搭接結構無縫連接。 可彎曲件采用平行十字結構，實心件采用100%填充結構。
通過改變平行橫截面結構的梁角可以控制其彎曲性能。與實心板相比，彎曲剛度降低了近98%。循環彎曲試驗表明，局部可彎曲CFRP板具有可逆彎曲變形。彎曲剛度降低約8-14%。然而，即使經過100次彎曲變形，也沒有觀察到明顯的損傷。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.02.004
8. 沉積速度和擠壓溫度對FFF打印單層聚合物薄膜中細絲間融合的影響
熔絲制造(FFF)是一種增材制造技術，其中熔絲以可控的方式沉積在之前沉積的熔絲上或相鄰，導致結構部分的構建。 本研究旨在利用印刷的單層薄膜來表征單個細絲之間的融合鍵合程度，這有助于理解過程-結構-性質關系，優化FFF過程中涉及的工藝參數（即沉積速度 和擠壓溫度）。
對于脆性聚乳酸(PLA)和球性聚丙烯(PP)，使用不同擠壓溫度（200°C至260°C）和沉積速度（30mm/s至90mm/s）制備具有平行于沉積方向的尖銳裂紋的單層雙邊緣缺口拉伸(DENT)試樣。描述了斷裂韌性(Kc)，定義為PLA脆性斷裂臨界載荷下的臨界應力強度因子和斷裂的具體基本工作(We)，作為PP韌性韌性斷裂韌性的指標。結果表明，該方法被證明是識別FFF過程中工藝參數對熔合鍵的影響的有效工具，顯示了斷裂韌性的強敏感性，無論是PLA的Kc 還是PP的We ，均可達到單絲之間融合粘接程度。
https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.002
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