過去十年，3D打印利用其可打印聚合物獲得了支持并得到大力發(fā)展。本文將聚焦增材制造的關鍵進展，以及使用熱塑性和熱固性增材制造技術(shù)制作模具的之間的差異。

增材制造技術(shù)發(fā)展歷程中最重要的進展之一就是根據(jù)橡樹嶺國家實驗室(ORNL)和辛辛那提公司(CI)之間的合作研究與開發(fā)協(xié)議(CRADA)，于2014年引入大幅面3D打印。雙方的共同努力促成了CI公司BAAM?打印機的商業(yè)開發(fā)，該打印機采用高通量擠壓工藝，可以通過精確的增材制造工藝熔化和沉積多磅熱塑性塑料珠。該打印機使用了一個8英尺寬，20英尺長的可移動打印床，比當時任何聚合物打印機都要大得多。

2017年，Magnum Venus Products (MVP)推出了被稱為反應性增材制造(RAM)的3D打印機生產(chǎn)線。RAM打印機與其他大畫幅打印機的不同之處在于，它們使用液態(tài)、熱固性材料，這些材料被泵送并與有機過氧化物結(jié)合，沉積在連續(xù)的層中。

早期的開發(fā)工作是根據(jù)ORNL公司的MDF 聯(lián)合開發(fā)協(xié)議完成，用于RAM打印機和Polynt復合材料開發(fā)。ORNL的大部分RAM工作主要集中在使用Polynt反應沉積(PRD)打印介質(zhì)，這是一種粘性的類似牙膏的液體，含有乙烯酯樹脂。PRD打印介質(zhì)在室溫下激活并在沉積后15至30分鐘內(nèi)固化。與替代熱塑性材料相比，可泵送PRD材料更易于加工并且制造時需要的能源要少得多。

熱固性增材制造(TSAM)的開發(fā)工作目前由ORNL、密西西比州立大學、MVP和Polynt共同承擔。TSAM的一個關鍵特點是，可泵送液體在固化周期中與先前的珠子和基材表面發(fā)生化學反應。這種層間的化學反應是TSAM相對于熱塑性塑料的主要優(yōu)勢之一。熱塑性塑料沒有化學鍵合，只是通過熔合進行機械連接。

在熱塑性塑料中，要將新珠熔化成先前沉積的珠，時間是至關重要的。未能將兩個珠子熔化在一起將導致珠與珠之間的粘附問題，并可能產(chǎn)生空隙，導致視覺外觀缺陷，粘合層故障和真空完整性的喪失，特別是在構(gòu)建用于制造零件的工具時。熱塑性塑料沉積的另一個問題是各向異性，當纖維增強材料在固體介質(zhì)中擠出時會發(fā)生這種情況。

碳纖維通常用于控制3D打印熱塑性塑料在冷卻和收縮時的翹曲。但是，當纖維在固體介質(zhì)(比如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚醚砜(PESU)和聚醚醚酮(PEEK)中被擠壓時，它們會沿打印方向排列。在比較熱塑性印刷介質(zhì)的面內(nèi)(X-Y方向)性能與面外(z方向)性能時，通常會看到碳纖維增強熱塑性塑料的機械性能下降60%到80%，這是由纖維排列造成的。z向強度沒有纖維橋接熔化的熱塑性塑料與熱塑性塑料珠。

對于熱固性塑料，珠子不會融化在一起。它們以粘性液體的形式沉積在一起，同時也發(fā)生化學反應。這大大提高了層間結(jié)合強度和力學性能。熱固性介質(zhì)是粘性液體而不是熔融固體，允許纖維運動的程度更大，導致在固化部件內(nèi)的隨機定向。與前面描述的熱塑性各向異性相比，這導致熱固性塑料具有更多各向同性的機械性能。熱固性打印介質(zhì)具有反應性鍵合位點，這導致層與層之間的鍵合強度更強，使打印更具各向同性。

可泵送液體打印介質(zhì)(如PRD)的具體優(yōu)勢包括，通過RAM打印機上稱之為“”的獨特功能，可以啟動和停止打印包含的項目，如金屬嵌件、增強材料、芯材和冷卻/加熱管線。此外，熱固性材料可以同時打印多個部分，可以使用相同的打印介質(zhì)將這些部分“粘合”在一起，類似于今天許多復合材料在部分或?qū)訅喊鍖又袠?gòu)建的方式，以最大限度地提高性能特性，例如強度和剛度。支撐結(jié)構(gòu)通常可通過以90度懸垂打印出平面外的項目來消除。

使用熱固性印刷介質(zhì)的增材制造繼續(xù)取得進展。到目前為止，大部分工作都圍繞著工具展開，特別是模具制造和固定裝置。零件生產(chǎn)可能需要結(jié)合連續(xù)纖維以提高強度，并需要機器人3D打印機來沉積纖維。目前的發(fā)展集中在更高的耐熱材料，導熱材料和極低的線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)材料，特別是用于模具制造的應用。

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