3D打印技术课件 第三章 3D打印成型材料

第三章3D打印成型材料1目录CONTENTS光敏树脂材料01金属材料02石墨烯材料07非金属材料03生物材料05高分子材料04食用材料062PARTONE第一节光敏树脂材料34知识目标：1、了解光敏树脂材料的特点与用途；2、了解光敏树脂材料的结构；3、了解光敏树脂材料在3D打印技术中的应用。能力目标：1、能区分光敏树脂材料；2、能选择合适的光敏树脂材料进行加工。素质目标：1、培养学生崇尚真知和真理，能理解和掌握基本的科学原理和方法；2、培养学生具备理性思维与逻辑，能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为等；3、培养学生具有艺术知识、技能与方法的积累，能理解和尊重文化艺术的多样性，具有发现和评价美的意识和基本能力。

5光敏树脂在3D打印技术中常作为主体成型材料使用，不仅如此，也可作为黏结剂与其他材料配合使用。由于光固化技术对使用的光源和固化速度等有一定要求，所以在选择光敏树脂时应考虑以下几个方面的影响。（1）固化速度。光敏树脂必须要有适合的光固化速度，过低或过高都难以保证相邻两层树脂之间的契合

（2）黏度。光敏树脂要有较低的黏度。在光固化技术中，当加工堆积完成一层时，由于液态树脂表面张力大于已固化的固态树脂的表面张力导致液态树脂很难自动覆盖已固化的固态树脂的表面，所以此时就必须使用刮板将树脂液面涂覆并刮平，否则不能进行下一层的加工（3）光敏特性。光敏树脂对特定波长的光源要具备高敏感性。（4）收缩率。液态树脂发生固化后，分子结构发生了变化，分子间的距离减少了，体积也减小了，这种形体的收缩变形并不规律，产生的内应力容易让制件产生翘曲、开裂等现象，进而影响制件的精度。因此需要光敏树脂的固化收缩率较小。

6光引发剂和光敏剂的作用都是引发聚合的作用，加快聚合过程。光引发剂是通过吸收光能后形成一些活性物质如自由基或阳离子从而引发反应，主要的光引发剂包括安息香及其衍生物和苯乙酮衍生物等。一、环氧树脂

环氧树脂是一种高分子聚合物，化学式为(C11H12O3)n，它是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，外观呈黄色或透明固体或液体。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。环氧树脂是3D打印技术中一种常见的黏结剂，同时也是一种常见的光敏树脂。环氧树脂具有优良的物理机械性能、电绝缘性能和粘接性能等，其其使用工艺的灵活性也是其他热固性塑料不具备的。环氧树脂具有仲羟基和环氧基，仲羟基可以与异氰酸酯反应。7

环氧树脂根据分子结构大致可分为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂和脂环族类环氧树脂等五类。在工业生产中使用最广泛用量最大的是缩水甘油醚类环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主。二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成，是在碱性条件下缩合，经水洗、脱溶精制而成的高分子化合物。其化学分子结构式为8

缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好；反应活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好；电绝缘性好；耐气候性好，并且具有良好的耐超低温性，在超低温条件下，仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度，透光性、耐气候性好。缩水甘油胺类环氧树脂具备优良的粘接性和耐热性，已用来制造碳纤维增强的复合材料并用于飞机二次结构材料。脂环族环氧树脂的固化物具有较高的压缩与拉伸强度，能长期暴置在高温条件下仍能保持良好的力学性能，具有较好的耐电弧性、耐紫外光老化性能及耐气候性。

环氧树脂在涂料领域的应用十分广泛，其具备良好的耐化学性，耐热性和电绝缘性。环氧树脂涂料主要用作防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆，但杂环及脂环族环氧树脂制成的涂料可以用于户外。环氧树脂在粘接领域的应用也十分广泛，对铝、铁、铜等金属材料，玻璃、木材、混凝土等非金属材料和酚醛、氨基、不饱和聚酯等热固性塑料都有优良的粘接性能，因此有万能胶之称。

二、丙烯酸酯9

丙烯酸树脂是丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物聚合物的总称，化学式为(C3H4O2)n，外观呈无色或淡黄色粘性液体。其涂膜性能优异，耐光性、耐候性，耐热性和耐腐蚀性较好，常用于涂料工业。热塑性丙烯酸树脂由丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物（如酯类、腈类、酰胺类）聚合制成的一类热塑性树脂。

热固性丙烯酸树脂以丙烯酸系单体（丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸甲酯等）为基本成分，经交联成网络结构的不溶、不熔丙烯酸系聚合物。使用光固化技术时，丙烯酸酯单体可与光引发剂混合，光引发剂在可见光区吸收一定波长的能量引发单体聚合交联固化反应。PARTTOW第二节金属材料1011

知识目标：1、了解各类金属材料的特点与用途；2、了解各类金属材料在3D打印技术中的应用。能力目标：1、能区分各类金属材料；2、能选择合适的金属材料进行加工。素质目标：1、培养学生尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度；2、培养学生具有思辨意识，能正确的独立思考与判断；3、培养学生善于思考的能力，能多角度、辩证地分析问题，做出理性选择和决定等；4、培养学生具有良好的学习习惯，能够根据不同情境和自身实际，选择或调整学习策略和方法。12

常用的金属材料一般用于金属粉末颗粒的制备。一、钛合金钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。

α钛合金是α相固溶体组成的单相合金，组织结构稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。β钛合金是β相固溶体组成的单相合金，淬火、时效处理后合金进一步强化，强度可达1372-1666MPa，但热稳定性较差，不宜在高温下使用。(α+β)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能。钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。

(1)比强度高：钛合金的密度一般约为4.51g/cm³，为钢的60%，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度，所以钛合金的比强度（强度/密度）远大于其他金属材料，可制出强度高、刚性好、质量轻的制件。序号材料类型抗弯强度弹性模量密度1超硬铝合金5887.1542.82102耐热铝合金4617.1542.81653高强度镁合金3434.411.81914高强度钛合金164611.764.53665高强度结构钢142120.588178几种金属材料的性能比较1314

（2）热强度高：钛合金和常用的铝合金相比具有热强度高的特点。（3）低温性能好：钛合金是一种重要的低温结构材料。（4）抗蚀性好：钛合金在潮湿空气和海水等介质中的抗蚀性远好于不锈钢，对点蚀和酸蚀有优良的抵抗力。钛合金在3D打印领域的应用十分广泛，其具有优异的机械性能和良好的生物相容性，主要用于航空航天、汽车制造、精密仪器和医学等领域。

钛合金在航空航天领城的应用广泛，发展迅速。

对于有些精密仪器而言，使用传统的铸造方法已经很难达到要求。而3D打印技术在精密仪器的设计和制造环节具有明显的优势，既能降低成本及制造难度也能提高质量。二、铝铝元素在地壳中的含量居金属首位，占地壳总量的8.3%，仅次于氧和硅，主要以铝硅酸盐矿石的形式存在，还有铝土矿和冰晶石。铝是一种银白色轻金属，有延展性，如图所示。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。15

铝合金按其成分和加工方法分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是先将合金配制料熔铸成坯锭，再进行塑性变形加工，通过轧制、挤压、拉伸、锻造等方法制成各种塑性加工品。铝的熔点低，熔点与纯度有关，其粉末颗粒直径越小熔点越低，在用于3D打印技术时，激光烧结的温度低于其他金属材料。铝的密度小，在用于3D打印技术时，所需的支撑要求低于其他金属材料。铝合金相比铝而言，优势明显。其具有密度小、弹性好、刚度和强度好、耐磨耐腐蚀性好、抗冲击性好、导电导热性好等优点。其材料的熔点低，成型设备无需使用要求较高的激光发生器，即节约了成本又降低了能耗，还能保护激光头，延长设备使用寿命。在航空航天，汽车制造等领城已被广泛地采用且具有良好的发展前景。铝16

三、不锈钢不锈钢是以铁为主要成分的合金，有不易生锈、不易腐蚀的特点。个别品种不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜的形成。

不锈钢在用于3D打印技术时，通常会被用于选择性激光烧结技术，因为它可避免在切削加工时的弊端。可制造不受几何形状限制的零部件，缩短了产品的开发制造周期，可快速高效地进行小批量复杂零部件的生产制造等。不锈钢品种繁多，颜色各异，也常被用于制造模型、艺术品等。在选择性激光熔化成型过程中，高能激光将金属粉末快速熔化形成小熔池，能促进合金元素的分布，快速冷却抑制了晶粒的长大及合金元素的偏析，导致金属基体中固溶的合金元素无法析出而均匀分布在基体中，进而获得了晶粒细小、组织均匀的微观结构，有利于合金元素的自由移动和重新分布，可得到力学性能优异的金属零部件。

四、镍基合金镍基合金是指在650-1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。五、钴铬合金钴铬合金的主要成分是钴和铬，其制作具有耐高温和高强度的特点。钴铬合金具备良好的机械性能、抗腐蚀性能和生物相容性。PARTTHREE第三节非金属材料1718知识目标：1、了解各类无机非金属材料的特点与用途；2、了解各类无机非金属材料的结构；3、了解无机非金属材料在3D打印技术中的应用。能力目标：1、能区分各类无机非金属材料；2、能选择合适的无机非金属材料进行加工。素质目标：1、培养学生具有好奇心和想象力，有不畏困难和挫折的勇气，有坚持不懈的探索精神；2、培养学生具有创新意识与勇于尝试的勇敢品质，能大胆尝试，积极寻求有效的问题解决方法等；3、培养学生具有采用新方法解决新问题的意识。19

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称，与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。无机非金属材料是3D打印成型材料中的重要组成部分，它主要用于三维印刷成型技术。无机非金属材料的熔点远高于金属或高分子材料，无法直接用激光烧结或热烧结的成型方法进行加工，3D打印时必须加入黏结剂。

无机非金属材料在用于3D打印技术时应符合一定的要求，其主要用于构建骨架的无机非金属粉末和用于塑性的黏结剂。一、陶瓷材料陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。陶瓷用途广泛，它是以天然黏土以及各种天然矿物为主要原料，经过粉碎混炼、成型和煅烧等多道工艺制得的。

陶瓷材料的强度由其化学键所决定，在室温下几乎不能滑动或错位移动，所以很难产生塑性形变，其破坏方式多为脆性断裂。20

陶瓷材料具有化学稳定性好、高强度、高硬度、低密度、耐高温、耐腐蚀等很多优点，可用于航空航天、汽车制造和生物等领域。陶瓷材料的优势明显。

3D打印技术中，制造陶瓷制品具有所需工艺路线简单、加工成型步骤少、自动化程度高、材料损耗低、能源消耗小、环境污染小等优点。

有些3D打印成型技术主要针对精细陶瓷进行成型加工，很多相关制品大多属于精细陶瓷的范畴。3D打印所用的陶瓷材料通常是陶瓷粉末和某种黏合剂粉末所组成的混合物，通过激光烧结的办法，熔融黏结剂粉末实现无机非金属粉末颗粒的成型，然后通过热烧结的方法进一步提高制品的机械强度。

二、石膏材料石膏是单斜晶系矿物，是主要化学成分为硫酸钙的水合物。其外形呈长块状或不规则形纤维状的结晶集合体,大小不一，全体白色至灰白色。大块的石膏上下两面平坦，无光泽及纹理,体重质松，易分成小块。21

一般所称石膏可泛指生石膏和硬石膏。这两种石膏常伴生产出，在一定的地质作用下又可互相转化。生石膏也称之为二水石膏、水石膏或软石膏，其主要成分是二水硫酸钙，单斜晶系，晶体为板状，通常呈致密块状或纤维状，颜色呈白色、灰色或褐色，具有玻璃或丝绢光泽。石膏在工业领域的用途十分广泛。石膏属单斜晶系，解理度很高，容易裂开成薄片。将石膏加热至100-200°C，失去部分结晶水，可得到半水石膏。

利用建筑石膏生产的建筑制品主要以石膏板居多。石膏板可分为纸面石膏板、纤维石膏板和装饰石膏板等。

石膏具有六方晶系，相比于立方晶系的材料，接近圆柱体的石膏更易于树脂的快速渗透。石膏的微膨胀性使得石膏制品表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性和加工性，常用来制作雕塑等。

在3D打印技术粉末颗粒状的成型材料中，石膏是最常用的一种。22

淀粉是植物体中贮存的养分，贮存在种子和块茎中，各类植物中的淀粉含量都较高,如玉米、甘薯、野生橡子和葛根等。它是一种白色、无嗅、无味粉末，且具有吸湿性。淀粉的物理性质一般有吸附性、溶解度、糊化、回生和膨胀能力等。

聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，不污染环境。PARTFOUR第四节高分子材料2324

知识目标：1、了解各类高分子材料的特点与用途；2、了解各类高分子材料的结构；3、了解高分子材料在3D打印技术中的应用。能力目标：1、能区分各类高分子材料；2、能选择合适的高分子材料进行加工。素质目标：1、培养学生具有诚实守信、踏实细致、实事求是的优秀品质，能努力出色完成每一件日常事务；2、培养学生具有动手操作能力，掌握一定的劳动技能；3、培养学生具有创新思维，能不断适应环境的变化，创造性提出问题解决方案；4、培养学生能正确认识和理解学习的价值，具有积极的学习态度和浓厚的学习兴趣。25

高分子化合物也称高分子或高聚物，一般指相对分子质量高达几千到几百万的化合物，绝大多数高分子化合物是许多相对分子质量不同的同系物的混合物。高分子化合物按来源可分为天然高分子和合成高分子。按性能可分为塑料、橡胶和纤维。塑料具有较好的机械强度（尤其是体型结构的高分子），一般作为结构材料使用。高分子材料是指以高分子化合物为基础的材料，在用于3D打印技术时，主要应用于熔融沉积制造技术。

高分子材料的应用十分广泛。在3D打印技术领域中，高分子材料具备其它材料无可比拟的优势。一、ABS材料ABS是AcrylonitrileButadieneStyrene的首字母缩写，是指丙烯腈（Acrylonitrile）、1，3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三种单体的接枝共聚物。它是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子结构材料，又称ABS树脂。其化学分子结构式如下：26

ABS材料外观为不透明的象牙色粒料，无毒无味，光泽度高。其颜色的种类很多，有象牙白、蓝色和黑色等。ABS各色材料如图所示。（a）ABS粒料（b）ABS板材ABS各色材料27

ABS材料的力学性能优良。其耐磨性能好、耐油性好并具良好的尺寸稳定性，可用于制造中等转速和载荷的轴承。

ABS是一种用途极广的热塑性工程塑料，其具有良好的冲击强度，较好的尺寸稳定性、耐热性、耐低温性以及优异的电性能、耐磨性，此外它的抗化学药品性也较好，比较适用于机械加工和成型加工，同时也是一款重要的3D打印成型材料。ABS同其他材料的结合性好，易于进行喷镀、焊接、热压和黏接等表面印刷与涂覆处理。二、橡胶类材料橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，是一类链骨架上含有多个未饱和的双键的聚合物。橡胶类材料28

橡胶按原材料来源不同可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是从橡胶树等植物中提取胶质后加工制成，合成橡胶则由各种单体经聚合反应制成。橡胶的性能指标通常有硬度、抗拉强度、撕裂强度、定伸强度、回弹性、耐老化性、压缩永久变形、低温特性等。三、耐用性尼龙材料尼龙又叫聚酰胺，英文简称PA,密度1.15g/cm³,是分子主链上含有重复酰胺基团（-NHCO-）的热塑性树脂总称。

尼龙的品种众多，其主要品种有尼龙-66、尼龙-610、尼龙-1010等。尼龙塑料有很好的耐磨性、韧性和抗冲击强度，可用作具有自润滑作用的齿轮和轴承的制备。尼龙的不足之处是在强酸或强碱条件不稳定，吸湿性强，吸湿后的强度虽比干时强度大，但变形性也大。常见的尼龙制品如图所示。（a）尼龙棉（b）尼龙线常见的尼龙制品29（c）尼龙布（d）尼龙网30

3D打印尼龙材料属于一种特殊的耐用性工程尼龙，是一种工程塑料尼龙。分子量较大的工程塑料尼龙由于其优越的机械性能、良好的润滑性和稳定性，近年来得到了迅猛的发展。在3D打印制造领域，尼龙的主要性能包含力学性能、电性能、热性能、耐化学药品性能等。尼龙具有优良的力学性能，其拉伸强度、压缩强度、冲击强度、刚性及耐磨性都比较好，适合制造一些高强度、高韧性的制品。

在选择性激光烧结技术和熔融沉积制造技术中均需避免尼龙粉末因摩擦生成静电对打印的干扰。同其他高分子材料相比，尼龙材料的分子量通常较小，因此热变形温度较低，一般在80℃以下。目前通过改性有助于提高3D打印尼龙材料的综合性能、降低吸水性、提高尺寸稳定性、提高阻燃性、提高力学性能、改善低温脆性、提高耐磨性和降低成本。耐用性尼龙材料在3D打印中的应用主要包括制造结构复杂的、薄壁的航天航空设备管道、叶轮和连接器、汽车仪表盘和医疗设备等，适用于中小体积的快速制造。31

四、聚碳酸酯材料聚碳酸酯的英文简称是PC，它是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用，仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。它是无色高透明度的热塑性工程塑料。密度为1.20g/cm³-1.22g/cm³，热变形温度为135℃。聚碳酸酯的化学结构式如下：

聚碳酸酯是一种具有耐冲击、韧性高、耐热性高、耐化学腐蚀、耐候性好且透光性好的热塑性聚合物，被广泛应用于眼镜片、饮料瓶等各种领域。PC材料的颜色比较单一,只有白色,但其强度比ABS材料高出60%左右,具备超强的工程材料属性,广泛应用于电子消费品、家电、汽车制造、航空航天、医疗器械等领域。PC具有极高的应力承载能力,适用于需要经受高强度冲击的产品,因此也常常被用于电动工具,汽车零件等产品的制造。聚碳酸酯粒料如图所示，聚碳酸酯制品如图所示。聚碳酸酯粒料聚碳酸酯制品3233

在3D打印技术领域，聚碳酸酯与其相关的特性包括力学性能、热性能和电性能等。聚碳酸酯的分子结构使其具有良好的综合力学性能，如良好的刚性和稳定性，其分子链在外力作用下不易移动、抗变形好，但它又限制了分子链的去向和结晶，一旦取向，又不易松弛，只是耐应力不易消除，容易产生耐应力冻结现象。聚碳酸酯分子主链上的苯环是刚性的，碳酸酯基是极性吸水基，虽然具有柔性，但它与两个苯环构成的共轭体系，增加了主链的刚性和稳定性，因此，聚碳酸酯具有很好的耐高、低温性质。

在3D打印技术领域，聚碳酸酯成为熔融沉积制造技术的材料首选。它的应用十分广泛。在航空航天领城和汽车制造领域发展迅猛。在3D打印技术领域其可以制造各类个性化灯罩和其他透明产品。在建筑领域聚碳酸酯材料因为具有良好的透光性、较好的抗冲击性能、耐紫外线辐射、尺寸稳定性和易于加工成型的特性，所以它比无机玻璃更有优势，利用3D打印技术制造的聚碳酸酯透明内有着良好的发展前景。34五、聚醚酰亚胺材料聚醚酰亚胺英文简称为PEI，它是无定形聚醚酰亚胺所制造的超级工程塑料，具有很好的耐高温性、尺寸稳定性、抗化学性、阻燃性和高强度等特点，其可广泛应用于照明设备、液体输送设备、飞机内部零件、医疗设备和家用电器等领域。聚醚酰亚胺一般为琥珀色的透明固体，在不添加任何添加剂的情况下就具有较好的阻燃性和低烟度。其PEI具有优良的机械强度、电绝缘性能、耐辐射性、耐疲劳性能和易成型加工的特性，在高温下仍具有高的强度、高的刚性、耐磨性和尺寸稳定性。加入玻璃纤维、碳纤维或其他填充材料时可达到增强改性的目的。在3D打印技术领域，聚醚酰亚胺材料主要应用于熔融沉积制造技术，它是航空航天、汽车制造领域产品的理想材料之一。应用于制造一些飞机内部组件和管道系统，如舷窗、机头部件和内壁板等。这种材料可以用加压成型法制造多种多样的复杂零件。它还可以取代金属制造光纤连接器，这可使该元件结构最佳化，简化其制造和装配，保持更精确的尺寸，进而降低成本。PARTFIVE第五节生物材料3536

知识目标：1、了解生物材料的特点与用途；2、了解生物材料的结构；3、了解生物材料在3D打印技术中的应用。能力目标：1、能区分各类生物材料；2、能选择合适的生物材料进行加工。素质目标：1、培养学生具有敏锐的观察力，善于发现和提出问题，有解决问题的兴趣和热情；2、培养学生具有尊重劳动的意识，具有积极的劳动态度和良好的劳动习惯；3、培养学生具有坚韧不拔的毅力，能坚持不懈，不达目标不轻易放弃；37

生物材料也称为生物医用材料，它是指用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料。生物材料种类繁多，应用十分广泛。生物材料包含金属材料、无机材料和有机材料等几类。有机材料中主要是高分子聚合物材料，高分子材料通常按材料属性分为合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸和其他医用合成塑料和橡胶等)和天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）。生物材料主要作用于人体，故而对其有严格的要求，主要体现在生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等方面。

生物材料的性能包括生物相容性、力学性能、耐生物老化性能以及成型加工技能。生物材料可以根据不同情况进行分类。按照材料来源不同可分为自体材料、同种异体器官及组织、异体器官及组织、天然材料和人工合成材料等。

医用不锈钢具有一定的耐腐蚀性和良好的综合力学性能，易于加工成型，在骨外科和齿科中应用较多。在使用前进行消毒、电解抛光和钝化处理，可提高其耐蚀性等。钴基合金在人体内一般保持钝化状态，与不锈钢相比，其钝化膜更稳定，耐蚀性更好。因其耐磨性较好，适合于具有承载要求的长期植入件。在整形外科中，用于制造人工髋关节、膝关节以及接骨板、骨针和骨钉等。38一、硅胶材料硅胶也称之为硅酸凝胶，是一种高活性吸附材料，属非晶态物质。硅胶主要成分是二氧化硅，化学性质稳定，不燃烧。硅胶按照性质及组分可分为有机硅胶和无机硅胶。

有机硅胶产品的基本结构单元是由硅-氧链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。

有机硅产品具有优异的拒水性，这是电气设备在潮湿条件下使用具有高可靠性的保障。聚硅氧烷类化合物是已知的最无活性的化合物中的一种

无机硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。硅胶根据其孔径的大小分为大孔硅胶、粗孔硅胶和细孔硅胶等。粗孔硅胶在相对湿度高的情况下有较高的吸附量，细孔硅胶则在相对湿度较低的情况下，吸附量高于粗孔硅胶。39

在3D打印技术领域，硅胶由于其性能好和成本低的特点，已被应用于3D打印成型材料。硅胶材料的黏度很大，用于3D打印比较困难。

二、人工骨粉材料

人工骨粉相对于传统骨粉在性能上有诸多优势。首先，人工骨粉是一种标准化的原料，其纯度高，质量稳定，可完全实现骨质瓷原料生产的标准化系列化供应，从而克服了动物骨灰成分波动大，供应渠道窄和质量控制难等缺点，其性能指标也优于以动物骨灰为原料的传统骨质瓷。由于人工骨粉的稳定性好，安全无毒，具有可塑性，其在隆鼻和义齿手术中有所应用。现在将人工骨粉材料应用于3D打印骨骼已成为研究的重点。生物细胞是指构成生物体的基本单元。生物细胞根据组成生物体的细胞有无核膜包被的细胞核而分为原核生物的原核细胞和真核生物的真核细胞。原核生物是指没有成形的细胞核或线粒体的一类单细胞生物。40

干细胞是一类具有无限的或者永生的自我更新能力的细胞、能够产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞。它被称为“万用细胞”，是一种具有再生各种组织器官和人体的潜在功能的细胞。在3D打印技术领域应用生物细胞是一项全新的领域，有很大的发展空间和前景。通过3D打印进行人体器官再造是人们梦寐以求的事情，而如今这个梦想有可能通过人体干细胞的3D打印技术得到实现。PARTSIX第六节食用材料4142

知识目标：1、了解食用材料的特点与用途；2、了解食用材料在3D打印技术中的应用。能力目标：1、能区分各类食用材料；2、能选择合适的食用材料进行加工。素质目标：1、培养学生具有劳动意识，具有改进和创新劳动方式、提高劳动效率的意识；2、培养学生具有劳动意识，能积极参与生产劳动和社会实践；3、培养学生具有良好的学习习惯，掌握适合自身的学习方法。

食用材料是一种新型的3D打印成型材料。新型材料是指新出现的