高分子材料加工成型技术及其应用

高分子材料加工成型技术及其应用

吴雅萍

大连市自来水集团有限公司， 辽宁 大连 116039

摘要：高分子材料主要指的是橡胶、塑料、纤维以及三者的衍生材料等，此类材料在现代工业生产中具有十分重要的价值与作用，在建筑、交通、航空、医疗等领域发挥着愈发重要的作用，并逐渐向着智能化、精细化的方向发展。高分子材料本身的性能以及价值与其加工成型技术存在十分密切的关联关系。在当前的技术背景下，比较常见的高分子材料加工成型技术主要包括挤出成型技术、注塑成型技术、压延成型技术、发泡成型技术、3D打印技术等，每种加工技术均存在独特的技术优势与缺陷。其中，在3D打印技术领域，FDM加工成型技术是其关键技术类型之一，在实际工作情境中，由于FDM加工成型技术具有成本较低、性能良好等优势，逐渐成为了最受工业生产领域欢迎的高分子材料加工成型技术。

关键词：高分子材料；加工成型技术；应用要点

中图分类号：TQ316

文献标识码：A

引言

材料成型与控制工程在我国制造业发展中有着举足轻重的地位，特别是在金属材料加工过程中，材料成型与控制工程的出现，极大提高了金属材料加工技术水平，最终产品质量及使用性能也得到有力保障。然而从实际来看，材料成型与控制工程金属材料加工过程中，还存在金属材料选择不当、加工工艺掌握不足、实际作业不够规范等问题，非常不利于金属材料加工水平与质量提升，需要加强材料成型与控制工程中的金属材料加工方法研究与分析工作，以更好把握金属材料加工工艺与实际应用要点，并推动制造业朝着更好的方向发展。

1材料成型与控制工程概述

材料成型与控制工程在制造业领域有很强的实用性，通过其可以实现对各种材料结构的有效把握，并根据材料实际特性选择合适的加工方法，最终实现对产品的严格监督和保证最终加工质量。操作中对材料成型与控制工程进行运用，需要对材料进行表面到内部的详细分析，然后将所得的研究分析结果运用到产品加工效率提升、保证产品加工质量等中，促使制造业获得更进一步发展。

2高分子材料加工成型技术及其应用

2.1 FDM在导热领域中的应用

FDM加工成型技术在导热领域的应用是比较常见的。具体而言，散热片、热界面材料属于现代电子通信行业导热的关键设备，随着时代的发展，电子信息系统技术不断提高，在这一背景下，常规的模塑、热挤压之类的高分子加工成型工艺所制作的材料很难满足相关工作需求。而FDM加工成型技术能够在低成本支出的技术背景下，制作更加复杂的多功能结构，进而满足更加复杂的导热器件制备与应用需求。此外，FDM加工成型技术还能够对导热填料在制件中取向进行调控，强化复合材料的导热性能，进而制备具有可调的分层增强导热复合制件。

在实际工作情境中，为了制备导热器材，相关技术人员需要往高分子基体中添加导热填料，其中的典型材料包括石墨烯、碳纳米管、铜等。但是，在FDM加工打印高导热率制件时，导热快的材料存在较高的传热速率，很容易导致制件精度受到严重影响，因此，需要采用复合导热丝条进行加工处理，比较常见的材料包括石墨烯/PLA复合材料等。

结合FDM加工成型技术，从平面打印、竖直打印两个方向，完成了石墨片/高分子打印，并对其导热率进行了综合分析，发现竖直打印的产物具有更加优秀的导热性特征。

2.2 FDM在电学领域中的应用

FDM加工成型技术在电学领域的应用也是比较常见的，已经有了数十年的发展时间。具体而言，相比于传统导电功能器件制造方法，FDM加工成型技术具有比较明显的技术优势，能够制造出具有一定复杂形状的导电功能器件。例如，Gnanase-karan等人通过挤出加工方法，分别制作了碳纳米管/聚对苯二甲酸丁二醇酯、石墨烯/PBT复合丝条，并对上述成品的导电性、稳定性、可打印性进行了全面分析，最终发现，碳纳米管/聚对苯二甲酸丁二醇酯的导电性、力学性能表现更为优异结合FDM加工成型技术，完成了碳纳米管/PVDF有机挥发物传感器的制作工作，与传统技术相比，采取该方法制作的有机挥发物传感器花费的成本更低，同时其性能也相当优异，在后续试验中，对乙醇、苯等有机溶剂反应较为灵敏，能够很好地满足相关工作需求。结合FDM加工成型技术，采用碳纳米管/TPU复合丝条，完成了3D多轴力传感器的打印工作，并对该3D多轴力传感器的性能进行了综合测试，最终发现，采取FDM加工成型技术制作的该设备具有较为优秀的性能表现，能够测量来自三个方向的亚毫米级别的力变化。

2.3 FDM在生物医学领域中的应用

FDM在现代生物医学领域中的应用是当前研究的热门方向之一，相当多的学者已经将FDM加工成型技术与医学领域中的诸多技术类别进行了有机结合，包括但不限于组织器官模型制备、组织工程支架制备等方面。具体而言，在传统的生物医学领域，每一名患者的具体情况基本都是不同的，彼此之间存在比较细微的差别，同时，人体对于医疗设备器材的安全性存在相当高的要求，这些因素综合导致传统技术背景下的医疗设备与器材制作一直都是生物医学领域的重要难点之一。FDM加工成型技术具有绿色无污染、加工过程可重复、能够满足复杂性结构材料设计需求等诸多优势，因此，FDM加工成型技术在现代生物医学领域中能够发挥出相当出色的价值与作用。当前，部分学者结合FDM加工成型技术，制备完成了医用级别的氧化石墨烯/TPU-PLA复合支架等。

结合FDM加工成型技术，完成了纳米羟基磷灰石（/nHA/PEU）三维多孔复合支架的加工与制备工作，并将其架放在37℃磷酸缓冲盐溶液中，进行了浸泡实验，最终发现，在这一仿人体环境中浸泡一周时间之后，该复合支架的压缩模量仍旧能够达到50MPa的水平，能够为外科医学中诸多项目提供必要的材料技术支持。结合FDM加工成型技术，同时结合超临界二氧化碳发泡技术，制备了具有可控宏/微观孔梯度结构的生物支架，其大小孔的孔洞直径均能够满足基本工作需要。制造出了能够达到医用标准的HA/PVA-PLA复合丝条，结合FDM加工成型技术，制作完成了可控性强、具有全贯穿性质的生物支架，能够满足外科手术工作技术需求，其成本在原来技术的基础上得到了大幅降低。

3高分子材料加工成型展望

3.1高效节能

在工业化快速发展的今天，社会对金属材料的需求量日渐增大，并对金属材料加工质量提出更高的要求。从开展金属材料加工活动，依托材料成型与控制工程就需要从高效节能的角度入手，实现对加工活动流程、时间等的科学规划与组织设计，在减少加工过程对各种能源资源损耗的同时，保证金属材料加工的质量与使用功能。

3.2绿色环保

随着人们环保意识不断增强，对金属材料加工的要求发生极大地改变，特别是在加工工艺选择上，要彻底摒弃传统高污染和恶劣加工环境的工作方式，并从绿色环保入手选择绿色能源及工艺，进而达到降低金属材料加工过程污染问题的目的。执行时依托材料成型与控制工程，就可以在准确把握金属材料结构以后，围绕材料加工实质要求，对生产成型过程能源使用、工艺操作流程等进行合理选择和细致分解，最后通过优化工艺环节、优先选择清洁能源等，实现对金属材料加工造成污染的有效控制。

结束语

当前我国的高分子材料加工技术已经达到了国际先进水平，在诸多领域的应用都相当广泛，其中，3D打印技术中的FDM加工成型技术表现尤为出色，本文以其为主要研究对象，发现该技术主要具有成本低、环保性强、应用范围广泛等重要优势。可以充分结合本文的研究内容以及自身实际情况，对FDM加工成型技术在实践中的应用进行深入研究。

参考文献

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