1.3.1　粉末材料

用于3D打印的聚合物粉末材料主要是熱塑性聚合物及其復合材料，熱塑性聚合物又可分為非晶態和晶態兩種。其中，非晶態聚合物通常用于制備對強度要求不高但具有較高尺寸精度的制件，主要有聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、高抗沖聚苯乙烯（high impact polystyrene，HIPS）和聚甲基丙烯酸甲酯［poly（methyl methacrylate），PMMA］。1993年美國DTM公司首次將PC粉末用于熔模鑄造零件的成形。德國EOS公司和美國3D Systems公司分別于1998年、1999年推出了以PS為基體的商業化粉末燒結材料Prime Cast TM和Cast Form TM，這種燒結材料同PC相比，燒結溫度較低，燒結變形小，成形性能優良，更加適合熔模鑄造工藝，因此PS粉末逐漸取代了PC粉末在熔模鑄造方面的應用。雖然PS的成形溫度低、精度高，但成形件的強度較低，不易成形復雜、薄壁零件。因此HIPS粉末材料用來制備精密鑄造用樹脂模，其燒結件的力學性能比PS燒結高得多，可以用來成形具有復雜、薄壁結構的零件。晶態聚合物燒結件則具有較高的強度，尼龍（polyamide，PA）是3D打印最為常用的晶態聚合物，其經激光燒結能制得高致密度、高強度的燒結件，可以直接用作功能件，因此受到廣泛關注，占據了現階段激光燒結材料市場的95%以上。國內外學者對尼龍粉末材料如尼龍6、尼龍11、尼龍12、尼龍1010和尼龍1212進行了3D打印工藝和性能的研究，證明了尼龍是目前3D打印技術直接制備塑料功能件的最好材料。然而通過先制備尼龍復合粉末，再燒結得到的尼龍復合材料燒結件具有某些比純尼龍燒結件更加突出的性能，從而可以滿足不同場合、用途對塑料功能件性能的需求。尼龍復合粉末材料成為3D Systems公司、EOS公司及CRP公司重點開發的燒結材料，新產品層出不窮。3D Systems公司推出了系列尼龍復合粉末材料Dura Form GF、Copper PA、Dura Form AF、Dura Form HST等，其中Dura Form GF是用玻璃微珠作填料的尼龍粉末，該材料具有良好的成形精度和外觀質量；Copper PA是銅粉和尼龍粉末的混合物，具有較高的耐熱性和導熱性，可直接燒結注塑模具，用于通用塑料制品的小批量生產，生產批量可達數百件；Dura Form AF是鋁粉和尼龍粉末的混合粉末材料，其燒結件具有金屬外觀和較高的硬度、模量等。EOS公司也有玻璃微珠/尼龍復合粉末PA3200GF、鋁粉/尼龍復合粉末Alumide，以及2008年最新推出的碳纖維/尼龍復合粉末Carbon Mide。此外，3D打印技術的突出優點是可用于制造結構復雜、個性化的產品，這與生物醫學領域的需求非常契合。因此，最近一些具有生物活性或生物相容性的聚合物粉末材料成為學術界研究的前沿，如聚乙烯醇（PVA）、聚（丙交酯-乙交酯）（PLGA）、聚乳酸（PLA）、聚醚醚酮（PEEK）、聚乙烯（PE）等。