21、3D打印与新型复合材料：技术探索与性能研究

3D打印与新型复合材料：技术探索与性能研究

3D打印技术与PLA材料概述

近年来，3D打印技术取得了显著的进展，变得越来越普及。它在从医学到航空航天等多个工程领域都有广泛应用，能够制造从假肢、原型到复杂几何形状的各种部件。3D打印不仅可以生产多种几何形状的部件，还能保证部件具有高精度、耐用性和良好的稳定性。可用于3D打印的材料种类繁多，包括丙烯腈 - 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、铸造蜡和弹性体等，甚至还有像聚乳酸（PLA）这样对环境影响较小的无毒材料。而且，3D打印生产时间短，还能局部控制部件的孔隙率和密度等特性。随着技术的不断发展，3D打印的应用范围不断扩大，逐渐展现出与其他快速制造技术竞争的能力。

PLA是3D打印中常用的聚合物之一。与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等常见聚合物相比，PLA具有更优越的机械性能，特别是弹性模量，这使得它在农业应用和包装领域成为其他聚合物的良好替代品。此外，PLA还具有良好的加工性能和较低的生产成本。随着与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长期应用潜力也得到了拓展。然而，这种生物聚合物在这些应用中也存在一些缺点，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一些需要抗氧化、抗紫外线、高耐用性、导电性和抗菌性等性能的消费产品中的应用。

为了增强PLA材料的性能，近年来人们采用了将纳米颗粒掺入聚合物基体的方法。自20世纪90年代丰田中央研究实验室的开创性工作以来，聚合物纳米复合材料领域的研究通过使用低浓度的纳米颗粒，显著改善了材料的性能，使得设计和制造具有改进的机械、电气、光学、热