聚醚醚酮（PEEK）憑借其優異的耐熱性、機械性能、摩擦學性能，以及低的摩擦系數、磨損率、比重，高的拉伸強度和楊氏模量，成為極具潛力的材料，甚至可成為鋼的替代品。近年來，3D 打印技術興起，通過 FDM 對 PEEK 進行 3D 打印受到廣泛關注，但該技術面臨諸多挑戰，同時也蘊含著新的機遇。

一、不同纖維增強 PEEK 復合材料性能研究

（一）FDM 打印參數對 CF/PEEK 和 GF/PEEK 復合材料機械性能的影響（Wang 等人）

• 抗拉與彎曲強度與溫度關系：復合材料的抗拉強度和彎曲強度隨噴嘴溫度和平臺溫度的增加而增加。
• 打印速度和層厚對力學性能影響：增加打印速度和打印層厚會降低復合材料的力學性能。
• 纖維增強與純 PEEK 性能對比：與純 PEEK 相比，纖維增強復合材料具有較高的抗拉強度和彎曲強度，但沖擊性能降低。

（二）碳纖維和不銹鋼纖維增強 PEEK 復合材料的摩擦磨損特性（Fu 等人）

• 基本摩擦磨損特性：材料表現出穩定的摩擦系數和較低的磨損率，磨粒磨損和粘著磨損發生在 200 - 350℃范圍內，可在高溫下長期使用。
• 轉移膜作用：在摩擦過程中形成的轉移膜對增強 PEEK 的摩擦特性至關重要。
• 纖維對摩擦系數穩定性的影響：不銹鋼纖維和碳纖維增強了聚合物 PEEK 基體摩擦系數的穩定性。

（三）CF 增強 PEEK 復合材料的摩擦學性能（Gao 等人）

• 性能對比：CF 增強的 PEEK 的摩擦磨損性能比 GF 增強的 PEEK 有很大提高。
• 耐磨性能倍數差異：CF 增強 PEEK 的耐磨性能比 GF 增強 5 倍。

（四）納米粒子對 PEEK 復合材料摩擦學性能的改善（Lin 等人）

Lin 等人在 PEEK/SCF 中加入納米 ZrO?粒子（80nm），顯著改善了復合材料的摩擦學性能。

二、3D 打印 PEEK 的挑戰與機遇

（一）FDM 3D 打印 PEEK 的挑戰

• 各向異性機械性能：與傳統加工方法生產的零件相比，3D 打印聚醚醚酮存在各向異性的機械性能問題，了解不同工藝參數對制件最終性能的影響并找到最佳參數組合是獲得最佳性能的關鍵。
• FDM 固有問題的阻礙：熱梯度和 PEEK 的特定物理性能導致殘余應力累積，引發翹曲和層間分層，嚴重影響制件的尺寸精度和機械性能。

（二）光固化 3D 打印 PEEK 的提出與問題

• 概念提出：為避免 FDM 技術問題，提出采用光固化 3D 打印聚醚醚酮的概念。
• 面臨問題
  • 聚醚醚酮在制備光敏樹脂過程中難溶解于反應稀釋劑，難以配成所需原料。
  • 需解決如何設計聚醚醚酮分子結構以在活性稀釋劑中有良好溶解性。
  • 需探索如何使光固化 3D 打印聚醚醚酮成型。
  • 需制備具有一定力學性能的聚醚醚酮光敏樹脂。

（三）機遇

聚醚醚酮應用于 3D 打印技術，將為行業提供新應用和機會，實現其在耐高溫零件以及摩擦器件等方面的應用。因此，優化 FDM 打印參數以及開發光敏聚醚醚酮樹脂成為重要挑戰。

三、具體研究方向及成果

（一）熔融沉積 3D 打印聚醚醚酮

• 研究方法：針對 FDM 3D 打印聚醚醚酮樹脂材料研究現狀，設計并打印不同填充圖案和填充方向的聚醚醚酮試樣，研究其力學性能。
• 進一步研究：在上述參數基礎上，分析填充率對聚醚醚酮摩擦學性能的影響，并分析摩擦機理。

（二）鑲嵌式聚醚醚酮復合材料的摩擦學性能研究

• 制備方法：通過兩步法制備鑲嵌式聚醚醚酮復合材料。首先用 FDM 打印不同填充率的聚醚醚酮基材，根據填充率變化內部孔排列也相應變化；然后嵌入固體潤滑劑，用環氧樹脂粘結劑使基體與固體潤滑劑結合成整體。
• 研究內容：分別研究粘結劑、填充率和潤滑劑含量對鑲嵌式聚醚醚酮復合材料摩擦學性能的影響，并分析摩擦機理。

（三）光固化聚醚醚酮低聚物的制備及其性能研究

• 分子結構設計：針對 FDM 3D 打印 PEEK 問題，設計具有光敏基團的聚醚醚酮分子結構。選用帶 -CF? - 以及雙鍵基團的單體與 4,4 二氟二苯甲酮通過親核取代得到聚醚醚酮衍生物，對聚合物長鏈封端，獲得有一定溶解性和光敏性的聚醚醚酮低聚物，并進行結構表征和性能測試。
• 樹脂墨水研究：利用制備的光敏聚醚醚酮低聚物配置光固化所需樹脂墨水，研究其力學性能和熱性能。

四、3D 打印技術的發展現狀

與傳統加工制造方法（如車削、銑削、磨削等）相比，3D 打印技術在航空航天、自動化、電子設備、生物醫療領域發展迅猛。

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