盘点国内企业研发的改性PLA 3D打印材料(一)
FDM（熔融挤压堆积成型）技术是使用最为普遍的3D打印技术，桌面级的FDM 3D打印机不仅是创客们青睐的制造工具，也可以为制造业用户打印产品的设计原型件和熔模，为医生打印手术预规划模型…工业级的FDM 3D打印机还可以为航空制造业打印飞机零部件。
FDM 3D打印机较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）、尼龙（PA）和聚碳酸酯（PC）。其中，聚乳酸材料因其无毒、无刺激性气味，可生物降解，熔点温度较低，冷却收缩率较小，容易染色等特点而受到FDM 打印用户的欢迎。但是聚乳酸材料也存在力学性能差,易发生脆性断裂等缺点，导致聚乳酸的3D打印应用范围受到限制。国内的材料企业针对这些问题，对3D打印聚乳酸材料进行了改性，从而扩大聚乳酸材料的应用范围，3D科学谷对部分研究成果进行了整理（排名不分先后）。
国内改性聚乳酸3D打印材料研究成果
苏州聚复高分子材料有限公司（Polymaker)-纳米增韧聚乳酸3D打印材料
Polymaker通过将聚乳酸和聚丙烯酸酯微球混合，提升了聚乳酸材料的力学性能，尤其是提高了韧性。这种混合物中含有0.1％-10％的聚丙烯酸酯微球，聚丙烯酸酯微球的平均直径为50纳米-200微米。
图片来源：Polymaker
微球为具有核-壳结构的微球，核结构是一种玻璃化转变温度在室温以下的聚丙烯酸酯，这种材料较为柔软，它将让聚乳酸3D打印材料的韧性得到增强。壳结构则比较硬，是一种玻璃化转变温度在室温以上的据丙烯酸酯材料，该材料与聚乳酸更加相容，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过程可使用双螺杆挤出机通过熔融共混，或者通过溶剂法等其它方法实现。由于聚丙烯酸酯微球的尺寸极小尺度，因此具有很大的比表面积，能够在用量小的情况下起到较好的增韧作用。
在改性材料中混合的聚丙烯酸酯微球对于聚乳酸的热性质和流变性质影响较小，因此可在不改变聚乳酸3D打印条件的情况下使用，使用起来简单方便。改性之后的聚乳酸材料在外观和透明性上与传统聚乳酸打印材料非常接近，并且易于上色。
深圳市光华伟业实业有限公司
聚乳酸增韧3D打印材料
聚乳酸材料本身的韧性较低，在对聚乳酸材进行增韧之后可以拓宽其应用范围。然而增韧后的聚乳酸材料往往存在收缩率增加，冷却变慢，这些弊端使得线材在3D打印时不易成型、容易翘边和开裂。
图片来源：光华伟业 eSUN
光华伟业针对这一问题，在进行聚乳酸材料改性时加入了低熔点树脂包覆的无机粉体，从而降低降低材料的收缩率并加速材料的冷却，制备出来的打印线材具有较好韧性，挤出成型的规整度高、线条圆度好。打印验证结果表明，使用这种增韧的聚乳酸材料3D打印的制品具有收缩率低、不翘边、 不开裂、冷却快、外观好的优点。
江苏永盛三维打印新材料有限公司
增韧聚乳酸3D打印材料
用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物进行增韧改性，或者用聚醚聚酯与聚乳酸熔融共混对进行增韧改性的方法都是克服聚乳酸的脆性、改善材料的抗冲击性的有效方法。但是如果添加的组分含量高将会影响聚乳酸的生物降解性，或者由于工艺复杂而不利于工业化生产。
永盛三维打印新材料以增韧剂和聚乳酸通过平行同向双螺杆直接共混挤出的方式实现了聚乳酸3D打印材料的增韧改性，这种方法工艺较为简单，成本也相对低，不影响聚乳酸的透明性和抗拉强度，适合用作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
成都新柯力化工针对3D打印聚乳酸材料冲击强度低、韧性差、耐热性差的缺点进行了改性。
方法是，在低温条件下通过球磨机粉碎混合反应技术，使扩链剂、交联剂、低分子量聚合物与聚乳酸进行扩链和交联反应，从而对聚乳酸进行改性。同时，将成核剂、补强剂、抗氧剂均匀的分散在聚乳酸体系中，以达到协同作用的效果，实现聚乳酸3D打印材料的改性。
在改性过程中，没有经过高温、高剪切力的作用，从而保证了聚乳酸分子链完整性，聚乳酸自身性能没有下降，改性剂的作用全部显现出来，所以改性聚乳酸的韧性、冲击强度和热变形温度均得到提高。
威海两岸环保新材料科技有限公司
植物粉改性聚乳酸3D打印材料
植物粉这种来源广泛、可再生并且价格低廉的材料也可应用在聚乳酸3D打印材料的改性领域，植物粉可从木屑、竹屑、秸秆、谷物壳等天然植物中粉碎得到。用植物粉改性的聚乳酸3D打印材料不仅可以让打印出来的制品具有天然的木质外观，而且可以大幅降低聚乳酸3D打印材料的原料成本。
以往有些方法虽然已对木粉改性的聚乳酸组合物进行了增韧改性，但有的方法采用的是不可降解热塑性弹性体，这将破坏制品全降解特性，有的方法虽然采用了韧性好的可降解材料来增加组合物的韧性，但这些韧性好的降解材料价格高昂，从而增加了耗材的制备成本，而且这些韧性好的可降解材料与聚乳酸的相容性差，制备出来的聚乳酸材料质量不稳。
威海两岸环保新材公司针对这些问题，通过选用合适的增韧剂、活化剂，并配合高长径比的双螺杆挤出机，使原料在挤出机中充分混合，并且充分实现原位聚合反应，一方面使植物粉均匀的分散在聚合物基体中，另一方面可以获得所需的聚乳酸大分子链结构，实现分子链交联缠结，提高聚乳酸的耐热性。通过这种方法制备的聚乳酸3D打印线材具有韧性好、耐热、成本低，而且生产工艺简单，适合规模化生产。
(责任编辑：admin)
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