21、3D打印与新型复合材料的探索

3D打印与新型复合材料的探索

3D打印材料的发展与挑战

近年来，3D打印技术取得了显著进展，应用范围不断扩大，涵盖了从医学到航空航天等多个工程领域。它能够制造出具有复杂几何形状的物体，且生产时间短，还能对孔隙率和密度等特性进行局部控制。3D打印可使用多种材料，如丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）、丙烯腈 - 苯乙烯 - 丙烯酸酯（ASA）、聚碳酸酯（PC）、尼龙等，其中聚乳酸（PLA）是熔融长丝制造（FFF）中常用的热塑性材料。

PLA具有良好的机械性能，尤其是弹性模量，在农业应用和包装领域可替代其他常见聚合物。此外，它还具有良好的加工性能和较低的生产成本。随着石油资源相关的环境和可持续性问题日益突出，PLA在汽车和电子领域的应用潜力也得到了拓展。然而，PLA也存在一些缺点，如热阻低、热变形温度低、结晶速率低和抗冲击性差等，这些特性限制了它在某些需要抗氧化、抗紫外线、高耐久性、导电性和抗菌性的消费产品中的应用。

为了增强PLA的性能，近年来人们采用了在聚合物基体中加入纳米颗粒的方法。研究表明，通过使用低浓度的纳米颗粒，可以显著改善材料的性能，从而设计和制造出具有更好机械、电气、光学、热学或磁学性能的新型纳米复合材料和结构。

PLA纳米复合材料的实验研究

1. 材料选择
   • PLA ：本次实验使用的热塑性材料是PLA，其密度为1.24 g/cm³，熔点在145 - 160°C之间，降解温度为250°C。
   • 纳米颗粒 ：选用了两种不同几何形状的碳纳米颗粒，即碳纳