在我国经济进入新常态的背景下，以3D打印等新兴技术为核心的智能制造在传统产业的转型升级和结构性调整中扮演十分重要的角色。3D打印技术与工业4.0战略相结合，使更多资源要素和生产要素的整合变得更为方便快捷，将在未来智能制造过程中发挥重要的引领和支撑作用。课题组主要聚焦于两种3D打印技术：
1 聚醚醚酮高温3D打印成型技术
骨缺损修复是当今医学基础研究与临床治疗的重点。修复材料的选择与造型成为其研究的关键之一。现今聚醚醚酮（PEEK）因具有突出的生物兼容性、X射线可透射性、与人体骨骼相近的力学性能等性能优点，被认为是最具应用前景的人工骨材料之一。聚醚醚酮材料虽具有优异的生物及理化性能，但是材料成型温度高，导致成型时温度骤降易引起打印成型件收缩变形，造成成型件精度降低，难以满足医疗个性化的精度要求。
图1 PEEK 高温3D打印成型设备示意图
课题组发展了封闭式高温成型腔体，减小PEEK 3D打印试样的收缩变形。控制成型环境接近材料玻璃化温度，避免成型温度骤降，从而提高成型件的形状精度。同时采用倒扣式腔体结构，实现可拉伸性，从而实现打印两倍于腔体高度的PEEK试样。聚醚醚酮FDM成型工艺的工艺参数也会对材料的力学性质产生重要影响。通过设计一系列正交的实验，系统考察喷头内径、成型温度、打印层厚等独立因素对于成型质量的影响。并且通过工艺优化，使得PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74 MPa，接近传统注塑成型零件的拉伸性能。
图2 PEEK材料拉伸试样断面的SEM图和模型样件
2 光固化3D打印技术
光固化3D打印技术（SLA）因成型精度高、速度快、易操作而实现了大规模的普及。光固化立体成形（SLA与DLP技术）基于光敏树脂的光聚合原理，采用激光器发出的紫外强光使液态光敏树脂逐层固化，最后堆积成三维实体。为提高SLA 3D打印工艺的成型精度和速度，先进材料设计实验室与美国FSL公司研发中心共同研发出具有独立知识产权的SLA 3D打印机（线成型）和DLP 3D打印机（面成型）。同时，针对3D打印市场对不同颜色和不同力学性能的树脂的需求，先进材料设计实验室研发出多种颜色体系、柔性连续可调控、以及可以水洗的各种功能树脂配方，综合性能优良，成功实现了产业化。
图3 联合研发的SLA/DLP 3D打印机及打印件实物
课题组在3D打印相关的研究成果
[1] 史长春, 胡镔, 陈定方, 陈蓉, 单斌. 聚醚醚酮3D打印成型工艺的仿真和实验研究[J]. 中国机械工程, 2017.
[2] Dechao Dong, Bin Shan, Yunjian Qiu ,Changchun Shi, Yule Gao , Rong Chen. Preparation and study of stereolithography photosensitive resin based on 405 nm UV light source, Material Engineering and Mechanical Engineering (MEME 2015), 2016: 506-515.
[3] 胡镔, 胡万里, 史长春, 等. 基于多物理场耦合的高温FDM喷嘴热—应力仿真分析南昌工程学院学报, 2016, 35(4):71-73.
[4] 高玉乐, 单斌, 史长春, 等. 基于3D打印技术的柔性电子电路的快速成型工艺研究. 印刷电路信息, 2016, 03: 5-8+23.
[5] 单斌, 王远伟, 陈蓉, 高玉乐, 史长春. 一种用于3D打印的可调节防漏液双喷头结构(ZL201520068165.2)
[6] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL201520126810.1)
[7] 单斌, 史长春, 陈蓉, 董德超, 邱韫健, 高玉乐, 王远伟. 一种3D打印机调平装置(ZL201510096997.X)
[8] 单斌，史长春，陈蓉，陈双，竹鹏辉，何文杰，高玉乐. 一种3D打印恒温成型腔体(201610250731.0)
[9] 单斌，史长春，陈蓉，胡镔，陈双，高玉乐，董德超. 一种可升降耐高温3D打印喷头装置(201610252181.6)
[10] 单斌, 史长春, 王建明, 高涛, 甘勇, 高玉乐. 一种3D打印机喷头装置(201510703665.3)
[11] 单斌, 胡校斌, 高涛, 史长春, 张森. 一种3D打印机平台调平装置(201510821214.X)
[12] 陈蓉, 高玉乐, 单斌, 史长春, 董德超. 一种3D打印机构(201510559220.2)
[13] 陈蓉, 高玉乐, 单斌, 史长春, 董德超, 陈安南, 林骥龙. 一种可升降式注射挤出3D打印机构(2016100219272)