增材制造(3D打印)用新一代高分子材料制备及其加工的基础问题研究

The study on the basic issues in preparation and processing of new generation of polymeric materials used in additive manufacturing is the direction of the third industrial revolution and the trend of the worldwide industrialization. It is very important and emergency to occupy the strategic high ground of industrial information construction. We have advantages in holding intellectual property rights on preparation and processing of 3D printing materials. Taking the full advantages of additive manufacturing, we can greatly shorten the period of engineering prophase design, construct a subversive technology in industrial information construction and achieve transform from "Made in China" to "Made with Wisdom". .This project aims to combining theoretical and experimental investigation based on the multidiscipline of chemistry, physics, materials, informatics and laser. Controllable synthesis of the new generation of ultrahigh molecular weight polymers, blue LD layer cured resin, new technique based on high precision laser processing will be investigated. The relationship between the hierarchical microstructures of the polymers with the processing and functions should be clearly obtained and used to fine control these issues. This project is expected to provide innovative material foundation and theoretical guidance for the design and preparation of new generation of ultrahigh molecular weight polymers with high performance suitable for additive manufacturing (3D printing).

研究增材制造(3D打印)用新一代高分子材料制备和加工的基础问题，符合第三次工业变革战略发展方向、中国工业2025、世界工业化发展趋势，具有占领战略制高点的重要性和紧迫性；我们已在3D打印用新一代高分子材料制备和加工方面具备自主知识产权的战略先发优势。充分发挥增材制造即设计-即打印-即成型-即验证突出特点，极大缩短工业设计前期时间，在未来工业设计为先导的工业信息化过程中构筑一项颠覆性技术，为从中国制造到中国智造(中国创造)提供科学基础支撑。.本项目拟通过化学、物理、材料、激光、信息等多学科交叉，理论与实验相结合，研究新一代超高分子量聚合物可控合成制备、基于蓝色LD激光的光固化树脂、高精度激光加工成型的新方法，掌握超高分子量聚合物材料的多层次结构、加工与功能关系和精细调控方法，为设计和制备性能卓越的增材制造(3D打印)用新一代超高分子量聚合物材料体系提供创新的物质基础与理论指导。

3D打印用新材料及新工艺是本领域研究的关键和共性科学技术问题。本项目提出了可见激光光固化树脂用于增材制造的创新思路，获得了打印性良好的新型光敏树脂及复合材料，包括金属基光敏树脂、单官能光敏树脂、自修复光敏树脂、有机无机杂化光敏树脂等体系，实现了光固化制件的导电、自修复、循环打印、界面增强等功能；发展了超高分子量聚烯烃粉体制备与形貌调控技术，开发了聚芳酰胺、聚倍半硅氧烷及聚醚醚酮高性能树脂及其复合材料，利用激光实现了制件原位热处理，并通过界面融合增强离散材料间的粘接强度和制件致密度，显著提高制件力学性能；研究了离散材料的界面润湿动力学、界面链扩散链缠结与界面强度及界面破坏模式间的关系。.目前，3D打印光敏树脂用的光源绝大多数为紫外光，具有辐射大、寿命短、产生臭氧等缺点。本项目使用环境友好、长寿命的可见激光取代紫外光源，这对3D打印行业来说具有重要意义，特别是可用来打印生物活性材料；开发的热塑性树脂和动态交联树脂与常规热固性树脂相比，在节约资源和保护环境方面具有重要意义，为应对当前塑料制品限制使用提供解决方案。另一方面，以超高分子量聚合物为代表的高性能聚合物研究、以及制造过程中高分子链在界面的链行为为丰富现有打印材料种类、深入理解聚合物在增材制造过程中的成形机制及演化规律、获得性能优异的制件提供了指导，为推动3D打印技术在相关领域的发展奠定科学与技术基础。.研究成果创新了增材制造用树脂材料体系，加深了聚合物增材制造的成形机制及微观结构演化规律认识，为推动其在航天、电子、个性化制造等领域中的应用奠定基础。