解析：3D打印材料及其應用概述
3D打印材料是3D打印技術重要的物質基礎，種類范圍主要包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料等。文章首先簡要介紹了目前3D打印的各類常見材料，然后分別介紹了它們的特點、性能要求及相關應用情況。最后，結合研究的最新進展，對3D打印新材料及其前景進行展望。
1、3D打印
3D 打印技術，也被稱為增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術，是一項起源于20 世紀80 年代集機械、計算機、數控和材料于一體的先進制造技術。該技術的基本原理是根據三維實體零件經切片處理獲得的二維截面信息，以點、線或面作為基本單元進行逐層堆積制造，最終獲得實體零件或原型。增材制造區別于傳統的減材（如切削加工）和等材（如鍛造）制造方法，可以實現傳統方法無法或很難達到的復雜結構零件的制造，并大幅減少加工工序，縮短加工周期，因此得到了世界各地科研工作者的廣泛關注。
3D 打印技術最早應用于各類原型的快速制造，故在早期也被稱為快速原型技術（Rapid Prototyping，RP）。早期的3D打印技術由于材料種類的限制，大多使用有機高分子材料，其機械、化學性能大多難以滿足實際應用的需求。隨著材料技術與裝備技術的發展，將該技術應用于終端零件制造的愿望越來越迫切，因此不僅對3D打印裝備提出了更高的要求，對3D打印材料各項性能的要求也日益提高。
3D 打印材料是3D 打印技術重要的物質基礎，它的性能在很大程度上決定了成形零件的綜合性能。發展至今，其材料種類已經十分豐富，主要種類包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料等。本文將結合幾種3D打印材料研究及應用的最新進展，分別對3D打印用聚合物材料、金屬材料和陶瓷材料進行介紹。
2、3D打印用聚合物材料
3D打印用聚合物材料主要包括光敏樹脂、熱塑性塑料及水凝膠等。紙張、淀粉、糖、巧克力等也可納入聚合物材料的范疇，部分學者及企業對其進行了3D打印研究，但因篇幅所限文中不進行展開介紹。
光敏樹脂是最早應用于3D打印的材料之一，適用于光固化成形（Stereolithography Apparatus，SLA），主要成分是能發生聚合反應的小分子樹脂（預聚體、單體），其中添加有光引發劑、阻聚劑、流平劑等助劑，能夠在特定的光照（一般為紫外光）下發生聚合反應實現固化。光敏樹脂并不算一種新的材料，與其原理類似的光刻膠、光固化涂料、光固化油墨等已經在電子制造、全息影像、膠粘劑、印刷、醫療等領域得到廣泛應用。在涂料領域，光固化技術因具有固化速度快、固化性能優異、少污染、節能等優點被認為是一種環境友好的綠色技術。但應用于3D打印的樹脂固化厚度（一般>25 μm）明顯大于傳統涂料的涂布厚度（一般<20 μm），其在配方組成上與傳統的光固化涂料、油墨等有所區別。
按照聚合體系劃分，可以分為自由基聚合和陽離子聚合，兩者的聚合機理和依靠的活性基團各不相同。自由基聚合依靠光敏樹脂中的不飽和雙鍵進行聚合反應，而陽離子聚合依靠光敏樹脂中的環氧基團進行聚合反應。自由基聚合體系固化速度快，原料成本低，但在空氣中存在一定程度的氧阻聚效應，會對固化性能及零件性能產生影響；陽離子聚合體系則無氧阻聚效應，固化收縮小甚至無收縮，但對水分很敏感，且原料成本較高，所以目前3D打印中使用的光敏樹脂以自由基聚合體系為主。
3D打印用光敏樹脂主要采用的是自由基聚合的丙烯酸酯體系。商業化的丙烯酸酯有多種類型，需要根據不同的需求對配方進行調整。總體而言，3D 打印用的光敏樹脂有以下幾點要求：
（1）固化前性能穩定，一般要求可見光照射下不發生固化；
（2）反應速度快，更高的反應速率可以實現高效率成形；
（3）粘度適中，以匹配光固化成形裝備的再涂層要求；
（4）固化收縮小，以減少成形時的變形及內應力；
（5）固化后具有足夠的機械強度和化學穩定性；
（6）毒性及刺激性小，以減少對環境及人體的傷害。
除此之外，在一些特殊的應用場合還會有一些其他的需求，如應用于鑄造的光敏樹脂要求低灰分甚至無灰分，再如應用牙科矯形器或植入物制造的樹脂要求對人體無毒或可生物降解等性能。目前市面上銷售的光敏樹脂種類多樣，能夠滿足不同領域的需求。
熱塑性聚合物是最常見的3D 打印材料之一，常見的3D打印用熱塑性聚合物有丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯塑料（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龍（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚己內酯（PCL）、聚苯砜（PPSF）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚醚醚酮（PEEK）等。
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