盘点 ▎近几年《材料工程》《航空材料学报》发表的3D/4D打印文章
01
陶瓷3D打印技术及材料研究进展
纪宏超, 张雪静, 裴未迟, 李耀刚, 郑镭, 叶晓濛, 陆永浩
《材料工程 》2018, 46 (7): 19-28.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000084
摘要：
综述了陶瓷3D打印技术和材料的特性及其研究进展与应用现状，重点讨论了喷墨打印技术、熔化沉积成型技术、光固化成型技术、分层实体制造技术、激光选区熔化技术/激光选区烧结技术、三维打印成型技术、浆料直写成型技术的特性和研究进展，分析了磷酸三钙陶瓷、氧化铝陶瓷、陶瓷先驱体、SiC陶瓷、Si3N4陶瓷、碳硅化钛陶瓷的特性和应用现状，最后指出了陶瓷3D打印技术的发展方向是与传统陶瓷工艺相结合，实现陶瓷制品的快速生产及生物陶瓷制品、高性能陶瓷功能零件的制造。
02
石墨烯/聚合物基复合材料3D打印成型研究进展
许婧, 邢悦, 郝思嘉, 任志东, 杨程
《材料工程 》2018, 46 (7): 1-11.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001333
摘要：
石墨烯因其优异的特性，被广泛用于制备聚合物基复合材料，而3D打印作为一种新兴的成型加工方式，正越来越多地应用到石墨烯/聚合物基复合材料的成型制造当中。本文介绍石墨烯/聚合物基复合材料的溶液混合、熔融混合以及原位聚合三种主要制备方式，重点论述喷墨打印成型、熔融沉积成型、立体光固化成型、选择性激光烧结等目前国内外用于石墨烯/聚合物基复合材料成型的3D打印方式及其各自的优势和劣势，以及3D打印成型的石墨烯/聚合物基复合材料制件在电子、能源、生物医学和航空航天等领域的应用，最后指出可打印性好、石墨烯分散均匀、功能特性优异的石墨烯/聚合物基复合材料的研制将会是未来该方向的研究重点。
03
3D打印柔性可穿戴锂离子电池
王一博, 赵九蓬
《材料工程》2018, 46 (3): 13-21.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001029
摘要：
利用挤出式3D打印技术制备纺织物结构的自支撑柔性锂离子电池电极的新方法，并采用高浓度的聚偏氟乙烯（PVDF）作为黏度调节剂、碳纳米管（CNT）作为导电剂、磷酸铁锂或钛酸锂作为电极活性材料，配制了具有可打印性的"墨水"，其表观黏度接近105Pa·s，该"墨水"表现出明显的剪切变稀行为，同时存储模量平台值也高达105Pa，其优异的流变学性质对于打印和固化过程十分有利。电化学测试结果表明，两种打印电极具有稳定且十分匹配的充放电比容量，因此由二者组装的软包袋装全电池也具有高达~108mAh·g-1的放电比容量（50mA·g-1），弯曲后，在同样的电流密度下其放电比容量约为111mAh·g-1。
04
4D打印的研究进展及应用展望
王亚男, 王芳辉, 汪中明, 刘建军, 朱红
《航空材料学报》2018, 38 (2): 70-76.
DOI: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001005
摘要：
4D打印技术为基于3D打印技术和智能材料的一种新兴的制造技术，是3D打印结构在形状、性质和功能方面的有针对性的演变。4D打印技术能够实现材料的自组装、多功能和自我修复，是一种具有可预测功能的材料制备技术。4D打印技术可以实现材料特定性质的改变，从而使其满足各个领域中的应用需求。本文按照时间顺序对4D打印技术的研究进行了综述，总结了在这一技术在材料科学、制造产业、生物工程及医学等领域中的突出成果以及创新性技术。结合4D打印技术的概念及研究现状，对其在各个领域中的应用进行了展望。
05
4D打印技术在航空飞行器研制中的应用潜力
苏亚东, 王向明, 吴斌, 王福雨, 汪嘉兴, 邢本东
《航空材料学报》2018, 38 (2): 59-69.
DOI: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001002
摘要：
4D打印技术是最近一段时间快速发展的新兴增材制造技术，对飞机等航空航天装备的结构智能化发展具有重大前瞻性意义。本文论述了战斗机的发展及对多功能结构的需求，阐述了4D打印在实现飞机功能融合方面的重要作用；探讨了4D打印的定义、专用材料、工艺装备及结构构型特征；讨论了4D打印在航空飞行器智能变体结构、新一代热防护及新型隐身技术方面的应用潜力；给出了4D打印的技术成熟度提升、关键技术突破及学科融合方面的发展建议。
06
3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展
王楠, 燕绍九, 彭思侃, 陈翔, 戴圣龙
《材料工程》2017, 45 (12): 112-125.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001102
摘要：
石墨烯优异的力学和物理性能使其成为理想的储能材料。因结构精确可控，易实现规模化制备，3D打印石墨烯材料有望在储能领域得到广泛应用。本文全面综述了3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展。石墨烯墨水的黏度和可打印性是实现石墨烯3D打印的制约因素。实现工艺简单、浓度可控、无黏结剂石墨烯墨水的规模化打印将成为3D打印石墨烯制备技术未来的研究热点。石墨烯超级电容器、锂硫电池、锂离子电池等储能元件一体化打印成型是3D打印石墨烯在储能领域应用的发展方向。
07
3D打印材料应用和研究现状
王延庆, 沈竞兴, 吴海全
《航空材料学报 》2016, 36 (4): 89-98.
DOI: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.013
摘要：
综述了3D打印领域内六种典型3D打印工艺各自所用的3D打印材料，从物理形态上主要包含液态光敏树脂材料、薄材（纸张、塑料膜）、低熔点丝材和粉末材料四种；从成分上则几乎涵盖了目前生产生活中的各类材料包括塑料、树脂、蜡等高分子材料，金属和合金材料，陶瓷材料等。立体光刻（Stereo Lithigraphy Apparatus，SLA）工艺的材料为感光性的液态树脂，即光敏树脂；叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）工艺的材料为纸张、塑料膜等薄材；熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）工艺的材料主要为便于熔融的低熔点丝状材料，主要为蜡丝、聚烯烃树脂丝、聚酰胺丝、ABS塑料丝等高分子材料；选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）的材料是各类粉末，包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉（打印后常须进行再烧结及渗铜处理）、覆蜡陶瓷粉、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等；选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）工艺使用与SLS一样的粉末材料，不仅具有SLS优点，而且成型件致密度更高，力学性能更好；三维打印与胶粘（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP）工艺的材料同样为粉末材料，但这些粉末是通过喷头喷涂黏结剂被黏结在一起，同时将零件的截面"印刷"在材料粉末上面，类似于纸张彩色打印，可通过设置三原色黏结剂及喷头系统，实现彩色立体打印。对3D打印材料质量和产量的发展方向也进行了分析和展望。
08
特约3D打印技术研究现状和关键技术
张学军, 唐思熠, 肇恒跃, 郭绍庆, 李能, 孙兵兵, 陈冰清
材料工程 2016, 44 (2): 122-128.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.019
摘要：
本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。