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萬華推出可3D打印PP粉末材料
近日,隨著萬華推出了PP粉末材料 WANFAB? PP700N,PP將進(jìn)入一個(gè)全新的應(yīng)用領(lǐng)域——3D打印。
1、什么是3D打印技術(shù)
3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù),是一項(xiàng)起源于20 世紀(jì)80 年代集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)控和材料于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。
該技術(shù)的基本原理是根據(jù)三維實(shí)體零件經(jīng)切片處理獲得的二維截面信息,以點(diǎn)、線或面作為基本單元進(jìn)行逐層堆積制造,最終獲得實(shí)體零件或原型。
圖片來源:萬華微視界
相比于傳統(tǒng)的減材(如切削加工)和等材(如鍛造)制造方法,可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法或很難達(dá)到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的制造,并大幅減少加工工序,縮短加工周期,消除材料浪費(fèi),在沒有模具和夾具的情況下迅速制造出形狀復(fù)雜的三維實(shí)體零件。
3D打印的3個(gè)關(guān)鍵要素:
1.產(chǎn)品需要精準(zhǔn)的三維設(shè)計(jì),運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工具對產(chǎn)品全方位精準(zhǔn)定位。
2.強(qiáng)大的成型設(shè)備。
3.需要滿足制品性能和成型工藝的材料。
2、樹脂塑料是3D打印的主要材料
目前3D打印材料主要以樹脂塑料最為成熟,還無法完全滿足高端工業(yè)3D打印的需要,因此需要現(xiàn)有塑料材料不斷完善和改進(jìn)。塑料材料具有熱塑性可熔融的特性,在熔融狀態(tài)下,從噴頭處擠壓出來,通過凝固層層疊加最終形成產(chǎn)品。
由于塑料材料良好的熱流動(dòng)性、快速冷卻粘接性、較高的機(jī)械強(qiáng)度,在3D打印制造領(lǐng)域得到快速的應(yīng)用和發(fā)展。塑料材料的熔融粘結(jié)特性逐步將樹脂塑料用于陶瓷、玻璃、無機(jī)凝膠、纖維、金屬等,成為3D打印的基礎(chǔ)材料。
3D打印技術(shù)可以通過多種工藝來實(shí)現(xiàn),包括熔融沉積成型(FDM),選擇性激光燒結(jié)(SLS),紫外光固化成型(SLA)等。其中,SLS具有成型精度高、無需添加支撐結(jié)構(gòu)和粉末可回收利用的優(yōu)勢,在制造領(lǐng)域已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用。近年來十分火爆的3D打印跑鞋,其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鞋底就是使用SLS技術(shù)打印制成的,不僅可以貼合穿著者腳型,還能夠通過調(diào)控鞋底的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獲得特有的穿著體驗(yàn),或彈力高,或偏硬有厚實(shí)感,這些均是SLS技術(shù)優(yōu)越性的體現(xiàn)。
選擇性激光燒結(jié)SLS工藝示意圖
圖片來源:Srivatsan T , Sudarshan T . Additive Manufacturing (Innovations, Advances, and Applications). Medical Applications of Additive Manufacturing[J]. Crc Press, 2015, 10.1201/b19360:389-402.
SLS工藝所用的材料有:蠟粉、塑料粉、陶瓷粉、金屬粉等粉末性材料。其中,常用的塑料粉包括:PA、TPU、PLA、ABS、PEEK、PCL等。
聚丙烯(PP)作為五大通用高分子材料之一,具有密度小、強(qiáng)度高、耐熱、絕緣性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),在3D打印領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。
然而,PP在熔融結(jié)晶過程中有較大的收縮,宏觀上體現(xiàn)為制件體積收縮非常大,這就造成PP在SLS過程中易發(fā)生翹曲變形,制品成型精度較差;且成型的制品韌性低,易破損。此外,受制于PP分子結(jié)構(gòu)中的叔碳原子,PP粉末在激光燒結(jié)過程中容易分解,無法多次重復(fù)使用。以上因素造成了PP很難在SLS中推廣使用。
3、PP擠身3D打印材料
解決行業(yè)痛點(diǎn),聚焦新材料開發(fā),一直是萬華化學(xué)的業(yè)務(wù)理念。針對SLS工藝,除了已被廣泛推廣的TPU及PA粉末材料,萬華化學(xué)新近推出了PP粉末材料—— WANFAB? PP700N。該P(yáng)P粉末具有球形度高、粒徑適中和粒徑分布窄的特點(diǎn),此外粉末的流動(dòng)性高、粉床鋪展平整光滑,給予了SLS打印良好的打印精度。
萬華化學(xué)WANFAB? PP700N聚丙烯粉末
WANFAB? PP700N采用萬華定制開發(fā)的材料配方,在SLS打印過程中可有效解決翹曲變形問題,打印精度高;制品斷裂伸長率可達(dá)20%,韌性較好。此外,特殊的助劑組合使得PP粉末具有出色的熱穩(wěn)定性,可多次回收使用,大大降低了打印成本。
4、3D打印技術(shù)的繁榮將助推高端聚烯烴發(fā)展
根據(jù)Wohlers統(tǒng)計(jì),經(jīng)過近十年的高速發(fā)展,2017年全球3D打印市場規(guī)模達(dá)到73億美元,IDC預(yù)測2020年全球產(chǎn)值將達(dá)289億美元。可以預(yù)見未來十年,全球增材制造產(chǎn)業(yè)仍將處于高速增長期,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
圖片來源:Wohlers
當(dāng)前,我國3D打印己日趨成熟、市場快速增長。2017年,我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模己超過100億元,且前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì),2022年我國3D打印市場規(guī)模將達(dá)到500億元左右。
圖片來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
由于3D打印制造技術(shù)完全改變了傳統(tǒng)制造工業(yè)的方式和原理,是對傳統(tǒng)制造模式的一種顛覆,因此3D打印材料成為限制3D打印發(fā)展的主要瓶頸,也是3D打印突破創(chuàng)新的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)所在,只有進(jìn)行更多新材料的開發(fā)才能拓展3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,傳統(tǒng)塑料的性能將會被大幅提升,依靠塑料強(qiáng)大的快速熔融沉積和低溫粘接特性將被廣泛應(yīng)用到3D打印制造領(lǐng)域。
對于聚烯烴材料來說,這個(gè)領(lǐng)域不可錯(cuò)過。萬華最新推出PP粉末材料—— WANFAB? PP700N可以說是開了一個(gè)好頭,除此之外,還針對不同3D打印工藝推出了一系列材料解決方案:WANFAB-FT(TPU線材)、WANFAB-PU(TPU粉末)、WANFAB-PN(尼龍粉末)、WANFAB-UV(光敏樹脂)、WANFAB-PP(PP粉末)等。
相信在3D打印的風(fēng)口下,也將會有更多聚烯烴生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域,研發(fā)、生產(chǎn)符合3D打印要求的產(chǎn)品,這也將助推我國在高端聚烯烴領(lǐng)域的發(fā)展。