3D打印PLA材料介绍

3D打印又称为快速成型技术或增材制造( AM) 技术，是一种以数字模型文件为基础利用金属粉末或者塑料等可粘合材料，逐层叠加制作三维实体的一类成型制造工艺，并不断发展各种打印技术的总称。从本质上看，3D 打印是一种自上而下，分层制造，逐层堆积的生产制造方法。从原理上看，3D 打印工艺均基于离散-堆积成型原理，所谓离散是指利用数字模型文件为基础，对数据进行离散化处理的过程; 堆积则是通过工作台升降实现由层面到立体的过程。

02PLA简介

      PLA 作为一种生物可降解材料，被认为是最有发展前途的绿色包装材料。PLA材料可以制成薄膜、容器和发泡材料，如饮料包装、防 撞材料以及一次性餐具等。

      PLA 材料在包装容器领域的应用在限塑令后得到广泛推广，PLA 吸管、PLA 可降解环保袋取代了传统的塑料吸管和购物袋。通过 PLA 在 3D 打印技术中的研究，不仅改善了 PLA的缺陷，同时赋予了 PLA 材料多功能化和高性能化等特点。

03熔融沉积成型( FDM)

      FDM 是目前最常用塑料成型工艺，其成型机理是: 在制造过程中，计算机程序控制喷嘴位置; 加热熔融丝状材料，使丝料始终保持熔点( 或聚合物熔限) 的合适温度区内，以一定压力从喷嘴挤出，喷嘴在 x-y 平面上移动创建所需图案; 当一个层片完成后，喷嘴沿 z 轴上升一段高度并横向移动到指定位置后下降到打印下一层的预定距离继续进行层面作业，重复操作，直至打印终结，得到三维立体制品。

      成型优点: ①无需借助激光等外界条件，不产生光污染，使用和维护方便; ②使用的材料广泛，例如，PLA、ABS、PC 等; ③加工损耗小，材料利用率高，成本低。成型不足之处: ①打印精度低，对于建立形状复杂的结构需要辅助定位和支撑结构; ②制品力学性能呈现各向异性，由于采用逐层堆积原理，故而层截面平行方向冲击强度较低; ③层面打印由线及面，因此打印周期较长，加工速度慢，不利于制备复杂大型制品; ④可选择的热塑性高分子材料有限，可作为医用级高分子材料稀缺，限制 FDM 在生物医学上的应用。

04FDM 对 PLA 材料使用要求

     (1) 熔体黏度适中。鉴于 FDM 丝状供料，要求PLA 熔融态应具备优异流动性。一旦材料黏度过高，则喷嘴挤压力要求很高，易使喷嘴发生堵塞; 粘度过低，流动性好，但却易产生流涎现象。

      (2) 物理力学性能优异。由于材料丝状进给受强迫牵引力作用，易发生丝断现象，故而材料应具有优异的抗拉强度和韧性。

      (3) 热膨胀系数小、尺寸稳定、固化收缩小。由于 PLA 需要经历高温熔融挤压后快速冷却这一过程，若材料收缩率大，制品内部集聚残余应力，将导致发生翘曲变形甚至出现开裂现象; 除此，热膨胀系数较大，喷嘴挤出易发生巴拉斯效应。

      (4) 粘合性好。FDM 采用快速冷却逐层堆积的方式，因而粘合性是制品平行截面方向的抗冲击强度及耐环境应力开裂等性能决定性指标。

      (5) 熔融温度低。熔融温度低可延长打印机使用寿命，加热过程中无需预热底板，打印制品精度高，热应力小。