眾所周知，材料是限制3D打印進(jìn)步的最大因素，而同時(shí)材料也是解放3D打印潛力的神奇鑰匙。制造定制化產(chǎn)品和復(fù)雜的產(chǎn)品是3D打印一大吸引力，然而這些優(yōu)勢(shì)如何突破原型制造的應(yīng)用，在最終產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域有多大的發(fā)展空間很大程度上取決于材料技術(shù)的發(fā)展。3D虎整理了3D打印材料的發(fā)展趨勢(shì)，通過這些發(fā)展趨勢(shì)讓我們共同來體會(huì)一下材料是如何推動(dòng)3D打印技術(shù)走向生產(chǎn)的。
在我國(guó)，全國(guó)增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（TC562）與2016年4月召開成立大會(huì)，對(duì)口國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO TC 216，在國(guó)家層面上開展增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前通過該技術(shù)委員會(huì)正在制定的標(biāo)準(zhǔn)共有6項(xiàng)，設(shè)計(jì)增材制造技術(shù)術(shù)語、文件格式、工藝和材料分類等方面。
塑料 – 走向工程級(jí)別應(yīng)用
熱塑性絲材和液體樹脂占據(jù)了塑料3D打印的主要市場(chǎng)，塑料絲材應(yīng)用于基于材料擠出的FFF（電熔制絲）和FDM（熔融擠出）3D打印技術(shù)，樹脂材料光固化材料應(yīng)用于SLA、DLP、Polyjet 等3D打印技術(shù)中。
絲材
不少材料都可以作為熱塑性塑料絲來進(jìn)行打印，但最常見的是ABS和PLA絲材，ABS是一種應(yīng)用廣泛的工程塑料，日常生活中大量的塑料玩具和生活用品都是用ABS塑料制造的，因此3D打印材料制造商無需進(jìn)行強(qiáng)度、耐久性、安全性與其他屬性的大量測(cè)試。而隨著3D打印精度的提升，在小批量生產(chǎn)ABS產(chǎn)品的時(shí)候，3D打印具有比注塑更經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)。
例如可用于FDM 3D打印技術(shù)的碳纖維復(fù)合絲材，3DXTECH用伊士曼化工的PETG材料結(jié)合高模量碳纖維制成復(fù)合材料。PETG這種材料，本身就有很好的延展性，而且它能在承受更高的CF負(fù)載的同時(shí)保持一定的延展性和抗沖擊性。它能夠很好地粘附在多種構(gòu)建平臺(tái)上，同時(shí)也具有優(yōu)異的層粘合，而碳纖維的加入不僅增加了它的剛性和尺寸穩(wěn)定性。
樹脂
樹脂光固化3D打印技術(shù)逐漸走向生產(chǎn)，主要源自兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)的推動(dòng)，一種趨勢(shì)是具有更高表面細(xì)節(jié)和良好力學(xué)性能的樹脂材料的出現(xiàn)，另一種是樹脂材料打印速度的大幅提升。在樹脂材料領(lǐng)域，美國(guó)Carbon公司推出的氰酸酯（Cyanate Ester）耐高溫樹，在高溫下保持良好的強(qiáng)度、剛度和長(zhǎng)期的熱穩(wěn)定性，適用于汽車和航空工業(yè)的模具和發(fā)熱機(jī)械零件的生產(chǎn)。Formlabs、塑成科技、MadeSolid等公司也推出了可與ABS注塑件對(duì)標(biāo)的硬性樹脂材料。
尼龍
尼龍燒結(jié)方面，意大利CRP Technology則產(chǎn)生了需要卓越的機(jī)械和美學(xué)特性的全球產(chǎn)品，而且他們的塑料產(chǎn)品可以被CNC機(jī)床進(jìn)行加工。譬如說新一代的聚酰胺材料windform FX，特點(diǎn)是耐反復(fù)彎曲和扭轉(zhuǎn)，顯示出優(yōu)異的耐沖擊性，即使在低溫下，它的一致性類似于聚丙烯和注射成型零件。
金屬材料-與應(yīng)用深度結(jié)合
包括GE對(duì)金屬3D打印企業(yè)的收購以及對(duì)塑料3D打印企業(yè)的投資，這些都與GE的下游應(yīng)用業(yè)務(wù)相互呼應(yīng)，使得GE獲得一手的設(shè)備優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又通過自身在應(yīng)用領(lǐng)域的前沿探索助推設(shè)備的研發(fā)速度，而GE收購的Arcam又有金屬粉末的生產(chǎn)業(yè)務(wù)，這進(jìn)一步形成了應(yīng)用-設(shè)備-粉末的良性互動(dòng)。
而除了材料本身，加工工藝與材料深度結(jié)合起來，納米材料增強(qiáng)合金、等軸細(xì)晶合金、梯度合金、非晶態(tài)金屬、自愈合合金、超導(dǎo)材料、金屬有機(jī)骨架材料的研發(fā)從微觀層面上呈現(xiàn)出材料技術(shù)的潛能。拓?fù)鋬?yōu)化、胞元結(jié)構(gòu)又從結(jié)構(gòu)學(xué)角度上展現(xiàn)出材料與結(jié)構(gòu)學(xué)結(jié)合的無限可能
用戶對(duì)材料的特定需求也可以拉動(dòng)3D打印技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，工程師在設(shè)計(jì)的早期階段就考慮材料選用和制造工藝，并從概念設(shè)計(jì)到具體和最終詳細(xì)設(shè)計(jì)階段作為設(shè)計(jì)內(nèi)容而加以考慮和確定，如果涉及到使用3D打印工藝，那么3D打印材料設(shè)計(jì)師可以通過改變材料的韌性、彈性、導(dǎo)電性等性能設(shè)計(jì)出滿足用戶生產(chǎn)需求的材料。
多材料與功能化
目前的3D打印技術(shù)主要是打印單一的材料和制造單獨(dú)的零部件，在打印完成之后與其他零部件裝配在從而形成完整的機(jī)械或電子產(chǎn)品。多材料3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，可以同時(shí)完成塑料和金屬材料的3D打印，有望一次性制造出完整的產(chǎn)品。
據(jù)了解，這類3D打印技術(shù)已在電子產(chǎn)品的制造領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如Voxel8 3D打印機(jī)，可以在一次打印中交替進(jìn)行電子產(chǎn)品塑料外殼的打印與金屬導(dǎo)電電路的打印，在打印中可以插入電子元器件并繼續(xù)完成打印，從而一次性實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的外殼制造與產(chǎn)品內(nèi)部的電路互聯(lián)，直接制造出功能性的電子產(chǎn)品。研發(fā)出可在室溫下進(jìn)行打印并迅速固化的導(dǎo)電油墨材料是實(shí)現(xiàn)這一應(yīng)用的關(guān)鍵。
正在完善的材料標(biāo)準(zhǔn)
美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）著手開展相關(guān)工作，2009年ASTM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織組建了F42增材制造技術(shù)委員會(huì)。F42增材制造標(biāo)準(zhǔn)化專委會(huì)已做了細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)工作。從頂層的標(biāo)準(zhǔn)來說包括：常規(guī)概念、常規(guī)要求、常規(guī)應(yīng)用。到針對(duì)于材料到加工工藝等不同階段和不同分類的一般標(biāo)準(zhǔn)，再到針對(duì)每個(gè)行業(yè)的特殊需求所適用的特種材料、工藝以及應(yīng)用的特殊標(biāo)準(zhǔn)。
2011年ISO也成立了針對(duì)增材制造的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)TC261 ，同年與ASTM F42簽署合作協(xié)議，共同開展增材制造技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作，并分別于2013年和2015年聯(lián)合發(fā)布了三份ISO/ASTM標(biāo)準(zhǔn)，分別從術(shù)語定義、坐標(biāo)系定義、增材制造數(shù)據(jù)格式（AMF）等方面進(jìn)行了規(guī)范。
歐洲SASAM增材制造標(biāo)準(zhǔn)化小組聯(lián)合了ISO、ASTM以及CEN多方力量并與2015年6月發(fā)布了2015增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。路線圖中除了關(guān)于增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖的詳細(xì)介紹，還闡述了當(dāng)前歐洲增材制造的優(yōu)劣勢(shì)分析，以及當(dāng)前發(fā)展需要克服的問題。
在我國(guó)，全國(guó)增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（TC562）與2016年4月召開成立大會(huì)，對(duì)口國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO TC 216，在國(guó)家層面上開展增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前通過該技術(shù)委員會(huì)正在制定的標(biāo)準(zhǔn)共有6項(xiàng)，設(shè)計(jì)增材制造技術(shù)術(shù)語、文件格式、工藝和材料分類等方面。
更加先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)
除了材料標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行，缺乏完善的測(cè)試體系，增材制造很難真正意義上理解材料特性對(duì)加工的意義，而依靠目前的測(cè)試手段已經(jīng)不能滿足對(duì)增材制造的需要了。
3D打印制品在制備和使用過程中，某些缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)展是無法避免的。無疑，最好的質(zhì)量控制是過程中控制，但是對(duì)于打印結(jié)果的檢測(cè)仍是必不可少的。為了達(dá)到對(duì)復(fù)雜零件的檢測(cè)，賓州大學(xué)采取了計(jì)算機(jī)X射線斷層成像（X-Ray Computed Tomography）檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)不僅被用于打印零件的檢測(cè)，還被用于后處理零件的檢測(cè)。
檢測(cè)技術(shù)的提升將進(jìn)一步推動(dòng)對(duì)材料及加工工藝的理解，從而進(jìn)一步提升材料技術(shù)的發(fā)展。
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