近日，隨著萬華推出了PP粉末材料 WANFAB® PP700N，PP將進入一個全新的應用領域——3D列印。
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什麼是3D列印技術
3D列印技術又稱增材製造技術，是一項起源於20 世紀80 年代集機械、計算機、數控和材料於一體的先進位造技術。
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製造，最終獲得實體零件或原型。
圖片來源：萬華微視界
相比於傳統的減材(如切削加工)和等材(如鍛造)製造方法，可以實現傳統方法無法或很難達到的複雜結構零件的製造，並大幅減少加工工序，縮短加工周期，消除材料浪費，在沒有模具和夾具的情況下迅速製造出形狀複雜的三維實體零件。
3D列印的3個關鍵要素：
1.產品需要精準的三維設計，運用計算機輔助設計（CAD）工具對產品全方位精準定位。
2.強大的成型設備。
3.需要滿足製品性能和成型工藝的材料。
2 樹脂塑料是3D列印的主要材料
目前3D列印材料主要以樹脂塑料最為成熟，還無法完全滿足高端工業3D列印的需要，因此需要現有塑料材料不斷完善和改進。塑料材料具有熱塑性可熔融的特性，在熔融狀態下，從噴頭處擠壓出來，通過凝固層層疊加最終形成產品。
由於塑料材料良好的熱流動性、快速冷卻粘接性、較高的機械強度，在3D列印製造領域得到快速的應用和發展。塑料材料的熔融粘結特性逐步將樹脂塑料用於陶瓷、玻璃、無機凝膠、纖維、金屬等，成為3D列印的基礎材料。
3D列印技術可以通過多種工藝來實現，包括熔融沉積成型（FDM），選擇性雷射燒結（SLS），紫外光固化成型（SLA）等。其中，SLS具有成型精度高、無需添加支撐結構和粉末可回收利用的優勢，在製造領域已經有了非常廣泛的應用。近年來十分火爆的3D列印跑鞋，其特殊結構設計的鞋底就是使用SLS技術列印製成的，不僅可以貼合穿著者腳型，還能夠通過調控鞋底的拓撲結構獲得特有的穿著體驗，或彈力高，或偏硬有厚實感，這些均是SLS技術優越性的體現。
選擇性雷射燒結SLS工藝示意圖
圖片來源：Srivatsan T , Sudarshan T . Additive Manufacturing (Innovations, Advances, and Applications). Medical Applications of Additive Manufacturing[J]. Crc Press, 2015, 10.1201/b19360:389-402.
SLS工藝所用的材料有：蠟粉、塑料粉、陶瓷粉、金屬粉等粉末性材料。其中，常用的塑料粉包括：PA、TPU、PLA、ABS、PEEK、PCL等。
聚丙烯（PP）作為五大通用高分子材料之一，具有密度小、強度高、耐熱、絕緣性好、化學性質穩定以及價格低等優點，在3D列印領域有很大的應用潛力。然而，PP在熔融結晶過程中有較大的收縮，宏觀上體現為製件體積收縮非常大，這就造成PP在SLS過程中易發生翹曲變形，製品成型精度較差；且成型的製品韌性低，易破損。此外，受制於PP分子結構中的叔碳原子，PP粉末在雷射燒結過程中容易分解，無法多次重複使用。以上因素造成了PP很難在SLS中推廣使用。
3 PP擠身3D列印材料
解決行業痛點，聚焦新材料開發，一直是萬華化學的業務理念。針對SLS工藝，除了已被廣泛推廣的TPU及PA粉末材料，萬華化學新近推出了PP粉末材料—— WANFAB® PP700N。該PP粉末具有球形度高、粒徑適中和粒徑分布窄的特點，此外粉末的流動性高、粉床鋪展平整光滑，給予了SLS列印良好的列印精度。
萬華化學WANFAB® PP700N聚丙烯粉末
WANFAB® PP700N採用萬華定製開發的材料配方，在SLS列印過程中可有效解決翹曲變形問題，列印精度高；製品斷裂伸長率可達20%，韌性較好。此外，特殊的助劑組合使得PP粉末具有出色的熱穩定性，可多次回收使用，大大降低了列印成本。
4 3D列印技術的繁榮將助推高端聚烯烴發展
根據Wohlers統計，經過近十年的高速發展，2017年全球3D列印市場規模達到73億美元，IDC預測2020年全球產值將達289億美元。可以預見未來十年，全球增材製造產業仍將處於高速增長期，發展潛力巨大。
圖片來源：Wohlers
當前，我國3D列印己日趨成熟、市場快速增長。2017年，我國增材製造產業規模己超過100億元，且前瞻產業研究院預計，2022年我國3D列印市場規模將達到500億元左右。
圖片來源：前瞻產業研究院
由於3D列印製造技術完全改變了傳統製造工業的方式和原理，是對傳統製造模式的一種顛覆，因此3D列印材料成為限制3D列印發展的主要瓶頸，也是3D列印突破創新的關鍵點和難點所在，只有進行更多新材料的開發才能拓展3D列印技術的應用領域。
隨著3D列印技術的進一步發展，傳統塑料的性能將會被大幅提升，依靠塑料強大的快速熔融沉積和低溫粘接特性將被廣泛應用到3D列印製造領域。
對於聚烯烴材料來說，這個領域不可錯過。萬華最新推出PP粉末材料—— WANFAB® PP700N可以說是開了一個好頭，除此之外，還針對不同3D列印工藝推出了一系列材料解決方案：WANFAB-FT（TPU線材）、WANFAB-PU（TPU粉末）、WANFAB-PN（尼龍粉末）、WANFAB-UV（光敏樹脂）、WANFAB-PP（PP粉末）等。
相信在3D列印的風口下，也將會有更多聚烯烴生產企業進入這個領域，研發、生產符合3D列印要求的產品，這也將助推我國在高端聚烯烴領域的發展。
參考文獻
3D列印塑料材料技術現狀和發展趨勢，陳慶、曾軍堂、陳韋坤，新材料產業NO.06 2015
素材來源 | 萬華微視界、阿爾法工場、聚烯烴人等
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