植物纤维基3D 打印线材的研究进展

赵晨飞，张卓清，王 军，张国强，邓小贵

（1.陕西科技大学 轻工科学与工程学院，陕西 西安 710021；2.陕西科技大学 轻化工程国家级实验教学示范中心，陕西 西安 710021）

为响应国家节能减排的号召，开发可再生、可生物降解的生物可印刷复合材料变得至关重要，天然高分子纤维素逐渐被人们所关注。纤维素主要来源是木材和棉花[1]。正是由于它的丰富来源，使得它几乎成为一种取之不尽、用之不竭的高分子原料，同时纤维素本身特殊的化学物理性质使得它可以通过化学改性得到各种衍生物，如微晶纤维素、纳米纤维素、纤维素醚、纤维素酯等[2]。

增材制造（Additive Manufacturing,AM）也称3D 打印，在很多行业中都展现出独特的优势[3]，它是通过逐层沉积材料来制造物体，而不是像铣削、铸造、锻造或焊接等传统的减法制造工艺。熔融沉积建模（Fused-Deposition Modeling,FDM）3D 打印作为材料挤出的一个分支，如图1 所示。

图1 熔融沉积技术的工作示意图（a、b），所打印的线材图（c）

具有易于获得、成本低、用途广泛的特点，具有良好的发展潜力，在添加剂制造、快速成型和药物输送等领域都得到了广泛的研究[4]，具有重要的作用[5]。FDM 使用控制输入参数、人机交互界面保证了较高的精确度[6]。随着不同取向材料的逐层叠加，可以控制材料的沉积，进而控制产品的强度、柔韧性、耐久性、化学强度等[7]。FDM 3D 打印的材料很多，比如聚合物（如聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styrene,ABS）、聚乳酸（Polylactic Acid,PLA）和聚乙烯醇（Poly Vinyl Alcohol,PVA））、陶瓷、石膏、金属（不锈钢、金银、钛）甚至混凝土等都可以[8]，但是这些材料在进行打印时总会伴随一些问题，如打印过程中挥发出对人体有害的气体、打印的线材强度不够、韧性差和易弯曲变形[9]。……