这篇由来自佐治亚理工学院、普渡大学等多所知名院校联合发表的文章，剖析了高填充聚合物制造中的核心难题。
从材料挤出（Ex）工艺如注塑成型、压缩成型到无模具约束的成型技术如熔融沉积成型（FFF）、直接墨水书写（DIW）和喷墨打印（IJ），再到粉末床工艺如粘结剂喷射打印（BJP）、光固化成型（VPP）以及选择性激光烧结（SLS）。
当我们谈论高填充聚合物时，指的是那些粒子或短纤维含量超过50体积百分比的材料。
比如在面团里加入大量的葡萄干，葡萄干少的时候，面团还是面团的感觉；当葡萄干占据一半以上的空间时候，这个材料的性状很难再简单以面团来看，这就是高填充聚合物的基本概念。
论文中的Table 1为我们展示了一个应用Kaiyun网站全景图。有兴趣的读者请查阅原文：
从陶瓷制造的40-60体积百分比固体含量，到混凝土应用的惊人65-70体积百分比，每种应用都有其独特的材料配方和工艺要求。
从我们日常接触的陶瓷制品、电池组件，到航空航天领域的特种材料，再到个性化药物制剂，高填充聚合物无处不在。
这张图揭示了一个重要事实：工艺诱导孔隙率、固液界面、设备限制和原位监测并非独立存在的问题，而是相互交织、相互影响的复杂系统。
同时，界面特性又会影响流动行为，而这些都需要通过先进的监测技术来实时掌控。
AM易道认为，理解工艺诱导孔隙率可能是解锁高填充聚合物3D打印的第一把钥匙。
图2生动地展示了工艺诱导孔隙率的形成机制，包括固液表面化学问题和气体分子传输过程，这些都可能导致脱粘和孔隙形成等负面效应。
当粒子含量超过50%时，材料内部会产生大量的界面区域。这些界面就像是材料内部的小型战场，各种物理和化学过程在这里激烈交锋。
孔隙的形成机制比我们想象的复杂得多。表面化学不兼容会导致粘结剂和粒子相之间的润湿不良，进而产生空隙。
更有意思的是，某些金属或类金属粒子表面存在钝化层，其化学性质与原始基材料完全不同。
比如硼粒子表面的硼酸涂层会与聚合物官能团发生反应，这种反应的不可预测性为材料设计带来了额外的挑战。
在熔融沉积成型（FFF）和直接墨水书写（DIW）工艺中，如果喷嘴几何形状、工具路径选择不当，层间就会形成空隙。
分子层Kaiyun网站面上，挤出材料层间的粘合不充分被认为与界面附近分子迁移率下降有，—这在高固体含量情况下尤为明显。
从单一颗粒水平的固液界面到密集悬浮液中的界面，再到各种材料特性如接触角、粗糙度、结晶度等，这些因素都在动态地影响着最终的加工效果。
界面表征的挑战在于，我们需要测量的不是单独的粒子或粘结剂特性，而是混合物中的原位界面特性。
当二氧化硅表面粗糙度从0.5纳米增加到11纳米时，邻近聚苯乙烯的局部玻璃化转变温度提高了10K。
将界面性质与流变学关联是一项挑战性任务，特别是对于高载荷系统，其流变学本身就因剪切历史、壁滑、边缘断裂、剪切局域化和约束效应等多种因素而变得复杂且难以理解。
从固化完整性、分辨率、工具耐久性到成分均匀性，每一个环节都面临着当前技术水平的挑战。
特别是在处理速度、流变学和吞吐量等关键性能指标上，需要在多个目标之间找到平衡点。
处理高填充聚合物时，标准设备往往力不从心。高粒子载荷带来的高粘度是第一个拦路虎。
为了实现均匀的固液墨水，需要使用高速混合器，如共振声波混合器或行星离心混合器。
在螺杆挤出中，螺杆设计必须具备正确的压力分布，既要推动材料前进，又不能损坏填料或缠绕纤维填料。
在后处理制造步骤中，如机械加工，众所周知需要专门的工具来加工碳纤维增强复合材料，如金刚石涂层工具。
光学技术虽然易于使用但受限于几何可达性，X射线技术具有几何可达性优势但面临易用性挑战，粘度表征在相关性方面表现出色但同样存在易用性问题，而介电技术则在不透明材料兼容性方面具有独特优势。
随着聚合物中填料含量的增加，传统测量技术往往变得不够用，需要开发针对这些复杂系统定制的先进传感器和方法。
成功处理高填充聚合物的一个关键方面是能够进行原位监测和测量，确保工艺的质量、可靠性和效率。
比如具有梯度特性的复杂陶瓷部件用于航空航天，高能量密度的定制化电池组件为电动汽车提供更长续航，个性化的药物制剂根据患者基因构成精确调配。
AM易道认为这篇论文为我们描绘了清晰的发展路线图：要线D打印技术，需要在材料科学、工艺工程、设备创新和智能监测等多个维度同时发力。
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