Полимеры для 3D-печати и адаптированного аддитивного производства

Аддитивное производство (AM), также известное как 3D-печать, преобразует виртуальные 3D-модели компьютерного проектирования (CAD) в физические объекты. Путём цифрового нарезания (slicing) данных CAD, 3D-сканирования или томографии AM формирует объекты послойно без необходимости использования форм или механической обработки. AM обеспечивает децентрализованное изготовление заказных объектов по требованию, используя цифровое хранение и передачу информации через Интернет. Текущий переход от быстрого прототипирования к быстрому производству ставит новые задачи перед инженерами-механиками и материаловедами. Поскольку полимеры по сей день являются наиболее используемым классом материалов для AM, в данном обзоре основное внимание уделяется переработке полимеров и разработке полимеров и передовых полимерных систем специально для AM. Рассматриваемые методы AM включают фотополимеризацию в ванне (стереолитография), спекание в слое порошка (powder bed fusion, в том числе селективное лазерное спекание, SLS), струйное нанесение материалов и связующих (material and binder jetting — струйная и аэрозольная 3D-печать), листовую ламинацию (laminated object manufacturing, LOM), экструдирование (fused deposition modeling, FDM; 3D-диспенсинг; 3D-отложение волокна; и 3D-плоттинг) и 3D-биотпечатание. Ассортимент полимеров, используемых в AM, охватывает термопласты, термореактивные полимеры, эластомеры, гидрогели, функциональные полимеры, полимерные смеси, композиты и биологические системы. Рассматриваются аспекты проектирования полимеров, добавок и параметров обработки в их связи с повышением скорости сборки и улучшением точности, функциональности, качества поверхности, стабильности, механических свойств и пористости. Выбранные прикладные примеры демонстрируют, как полимерное AM применяется в легкой инженерии, архитектуре, пищевой переработке, оптике, энергетических технологиях, стоматологии, доставке лекарств и персонализированной медицине. В отличие от металлов и керамики, полимерное AM играет ключевую роль в развитии аддитивного производства передовых многофункциональных и многоматериальных систем, включая живые биологические системы, а также искусственные системы, имитирующие жизнь.