[00143011]3D打印材料质量表征及测试技术研究

3D打印技术已广泛应用于各行各业,深受社会各界广泛关注。目前3D打印材料,特别是国产材料,主要存在的问题是,第一,可使用的材料成熟度跟不上3D市场的发展;第二,打印流畅性不足;第三,材料强度不够;第四,材料对人体的安全性及对环境友好性的矛盾;第五,缺少材料标准化及系列化规范。由于以上种种原因,目前许多3D打印材料还需要进口。而进口3D打印材料的价格远远高于国产材料,要实现3D打印材料价格降低的途径只能是依靠关键技术的突破,只有确保国产材料的性能质量,才能实现材料的国产化。这个问题已经成为当务之急,重中之重。只有解决了材料瓶颈,才能为我国3D打印技术的发展铺平道路,才能使我国3D打印产业在国际舞台上占有一席之地。但是要解决该问题难度较大,它涉及化学、物理、机械等领域的分析测试,必须由专业从事材料分析检测的技术人员,通过系统的研究,才能找到材料性能差异的根源所在,才能为3D打印材料国产化提供科学有效的指导,为我国3D打印产业的持续、健康发展提供技术支持。 项目的主要研究内容为3D打印材料的性能表征参数及测试方法研究。具体包括成分、热学、力学及其他性能的表征参数和测试技术研究。我们采用以下方案对化学组成、物理性能、力学性能、热学性能开展研究工作： 1、采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）进行3D打印材料的无机成分分析技术研究; 2、采用电感耦合等离子体发射质谱法（ICP-MS）进行3D打印材料的ROHS（Pb、Cd、Hg）分析技术研究; 3、采用分光光度法对3D打印材料中的六价铬（Cr6+）进行分析技术研究; 4、采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进行3D打印材料的有机组分及ROHS（多溴联苯和多溴二苯醚）分析技术研究; 5、采用同步热分析仪、热膨胀仪和闪光导热仪对3D打印材料热学性能测定方法研究; 6、用电子万能试验机和硬度计对力学测试技术研究; 7、其他测试技术研究。 对于3D打印材料多样性的特点,除去上述已经列出的性质及参数,还有许多其他的物理、化学性质,比如相对分子量、水分含量、挥发性物质含量、吸水率、灰分等,虽然这些参数并不适用于每一种类的3D打印材料,在适用时,我们也对其进行研究,并建立测试方法。 通过该项目实施,制定出3D打印材料适用的表征参数,建立起完善的3D打印材料的性能参数测试体系,包括3D打印材料的化学组成、物理性能、力学性能、热学性能的测试方法,为3D打印材料的选择,材料性能质量及适用性的提高,以及材料的生产控制提供理论依据;为3D打印材料国产化提供科学的指导;能够确保3D打印材料对人体的安全性并且达到绿色环保的要求;最终促进3D打印产业的健康发展和可持续发展。具体成果如下： 1、申请发明专利3项（已受理）： （1） 一种3D打印用环保型改性聚乳酸材料及其制备工艺 （2） 一种易着色的3D打印用聚乳酸材料 （3） 一种用于3D打印的改性聚乳酸材料及其制备方法 2、 完成测试标准5项,申请部标5项,具体如下： （1） 《3D打印材料拉伸性能测定方法》; （2） 《3D打印用聚乳酸热学参数的测定方法》; （3） 《聚乳酸中铅、镉、汞含量的测定方法》; （4） 《无机3D打印材料中碳、硫含量的测定方法》; （5） 《无机3D打印材料中氧、氮含量的测定方法》。 3、发表论文6篇,具体如下： （1） 《ICP-AES法测定钨铈合金中的铈、镨、钕、铁、镱》-《化学分析计量》 （2） 《国内外产聚乳酸（3D打印级）热学性能比对研究》-《科技风》 （3） 《微波消解法与传统溶样方法测定PLA中金属杂质含量的方法对比研究》-《科技风》 （4） 《3D打印技术概况及其应用》-《科学中国人》 （5） 《3D打印材料中有毒有害金属元素的检测技术》-《科学中国人》 （6） 《电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金中的铈铒钆镧钕和钇》-《冶金分析》 通过化学、物理、机械等领域的分析测试,由专业从事材料分析检测的技术人员,通过系统的研究,找到了材料性能差异的根源所在,确定了有效的表征参数,建立有效的测试体系。为3D打印材料成分及性能测试提供了系统的研究方法,为表征材料的质量、筛选合格的材料提供了科学、具体、准确的数据,为3D打印材料国产化提供科学有效的指导,为我国3D打印产业的持续、健康发展提供技术支持。在项目完成的过程中,已经为天津的高校和企业提供了测试服务,效果良好。为3D打印材料的研发及使用提供了技术支持。 目前随着3D打印技术飞速发展,其应用和涉及的领域也越来越多。针对不同的应用领域,对于3D打印材料就有特殊的性能要求。为了规范3D打印材料的市场,推进3D打印材料的国产化进程,应该不断制定并发布一系列的相关标准。对于新的应用领域,应关注3D打印材料的改性。通过针对性的开发研究,才能使3D打印材料能适应于飞速发展的3D打印技术,才能突破3D打印技术的发展瓶颈,才能真正实现3D打印材料的国产化。