通过雷金纳德戴维2022 年 5 月 4 日固体环氧树脂广泛用于增材制造，以生产各种领域的功能化组件。本文将着眼于这些树脂在增材制造中的应用，以及最近关于改善其各向同性性能以制造具有增强温度和应变检测能力的材料的研究。
图片来源：luchschenF
环氧树脂和增材制造增材制造是一项创新技术，正在颠覆多个行业和研究领域。与传统制造方法相比，3D打印技术具有多种优势，例如减少浪费、更自由的设计、低成本、快速生产、小批量生产和集成组装。
环氧树脂已广泛用于生产许多设备和组件。汽车零部件、印刷电子材料、涂料、粘合剂和纤维增强复合材料均由 3D 打印环氧树脂基材料制成。
3D打印环氧树脂由于树脂成本低和能够快速生产复杂几何形状而具有优于传统材料的优势。固化、合适树脂的类型、光引发剂和固化剂的作用以及打印部件的性能等技术方面是研究这些先进材料的关键要素。优化打印工艺和材料特性对于提高 3D 打印环氧树脂基材料和组件的商业可行性至关重要。
各向同性材料在各向同性材料中，在多个方向进行测试时，材料特性保持不变。这些材料与各向异性材料不同，各向异性材料在多个方向测试时具有不同的特性。各向同性材料的示例包括金属、塑料和玻璃。在表现出各向异性行为的环氧树脂等材料中诱导各向同性是材料科学研究的一个关键领域，以生产具有增强的机械和功能特性的印刷组件。
材料挤压3D打印一种广泛使用的增材制造方法是材料挤压 (MEX)，也称为熔融沉积成型或熔融长丝制造。
在材料挤出中，环氧树脂长丝可以很容易地处理，因为它以固体形式存在。相比之下，选择性激光烧结中使用的粉末和立体光刻中使用的通常有害的树脂需要专业和小心的处理，并具有特定的安全和存储要求。此外，与其他方法相比，材料挤出工艺可以处理更广泛的材料，包括热塑性塑料。
材料挤出工艺也比其他方法更具成本效益，并且可以使用多个挤出喷嘴轻松实现多材料打印。挤出材料可以用其他材料进行功能化，而不受其他技术(例如选择性激光打印)对添加剂的限制。
然而，MEX 打印受到沉积后打印材料快速固化的阻碍。薄弱的界面结合是由层和填充线之间的扩散和缠结限制引起的。几项研究强调了这种技术的局限性，并采用了不同的技术来克服它们。
MEX 优化方法在当前的研究中已经探索了几种方法来解决使用 MEX 技术打印的材料的机械各向异性。可以优化打印速度、层高和宽度以及温度等参数，以实现尽可能强的层粘合。可以使用组件的最佳方向。这些方法的缺点是它们必须单独执行，而且设计自由度受到限制。
其他方法包括优化材料的特性和制造过程。可以掺入诸如碳纳米管之类的材料，随后使用微波辐射来加热它们并促进聚合物链扩散并提供改善的层之间的粘附性。
一些研究报告了使用伽马辐射来诱导长丝中的交联，而其他研究则使用激光来诱导每一层的热能并改善层间粘合。许多这些方法的缺点是成本、对复杂设备的需求以及增加的处理步骤。许多技术未能改善材料的各向同性。
在 MEX 印刷环氧树脂材料中实现各向同性将热固性材料引入材料中是另一种在 MEX 印刷材料中实现各向同性的方法。增材制造的一项新研究报告了首次使用可在低成本 MEX 打印机上打印的热固性聚合物长丝。研究中开发的技术的一个特点是后固化步骤，它可以诱导交联，克服阻碍 MEX 印刷材料的机械各向异性。
研究人员已将具有高分子量的固体环氧树脂用于材料配方。可以将带有添加剂的液态环氧树脂加入到材料配方中，从而促进多材料挤出印刷。这有助于将本地化的功能特性合并到打印的组件中。
作者在材料中加入了单壁碳纳米管，可提供导电性，他们还表示，印刷材料中还可以加入其他特性，如阻燃性，为多种应用提供了机会。
通过用导电纳米粒子修饰材料，可以打印具有传感能力的组件，例如压电传感器。此外，使用碳纳米管可以将温度传感能力整合到使用研究中提出的方法打印的智能组件中。已经对 MEX 打印的用于温度和应变传感应用的功能化材料进行了概念验证研究。
该研究确定了进一步的研究机会，包括需要进一步研究传感能力以及关注材料的电各向异性、可重复性和材料中不同填料负载的影响。该研究证明了这种新工艺在开发具有卓越性能的 3D 打印组件方面的潜力，并可能应用于各种先进的电气设备。
