聚醚醚酮（PEEK）凭借其优异的耐热性、机械性能、摩擦学性能，以及低的摩擦系数、磨损率、比重，高的拉伸强度和杨氏模量，成为极具潜力的材料，甚至可成为钢的替代品。近年来，3D 打印技术兴起，通过 FDM 对 PEEK 进行 3D 打印受到广泛关注，但该技术面临诸多挑战，同时也蕴含着新的机遇。

一、不同纤维增强 PEEK 复合材料性能研究

（一）FDM 打印参数对 CF/PEEK 和 GF/PEEK 复合材料机械性能的影响（Wang 等人）

• 抗拉与弯曲强度与温度关系：复合材料的抗拉强度和弯曲强度随喷嘴温度和平台温度的增加而增加。
• 打印速度和层厚对力学性能影响：增加打印速度和打印层厚会降低复合材料的力学性能。
• 纤维增强与纯 PEEK 性能对比：与纯 PEEK 相比，纤维增强复合材料具有较高的抗拉强度和弯曲强度，但冲击性能降低。

（二）碳纤维和不锈钢纤维增强 PEEK 复合材料的摩擦磨损特性（Fu 等人）

• 基本摩擦磨损特性：材料表现出稳定的摩擦系数和较低的磨损率，磨粒磨损和粘着磨损发生在 200 - 350℃范围内，可在高温下长期使用。
• 转移膜作用：在摩擦过程中形成的转移膜对增强 PEEK 的摩擦特性至关重要。
• 纤维对摩擦系数稳定性的影响：不锈钢纤维和碳纤维增强了聚合物 PEEK 基体摩擦系数的稳定性。

（三）CF 增强 PEEK 复合材料的摩擦学性能（Gao 等人）

• 性能对比：CF 增强的 PEEK 的摩擦磨损性能比 GF 增强的 PEEK 有很大提高。
• 耐磨性能倍数差异：CF 增强 PEEK 的耐磨性能比 GF 增强 5 倍。

（四）纳米粒子对 PEEK 复合材料摩擦学性能的改善（Lin 等人）

Lin 等人在 PEEK/SCF 中加入纳米 ZrO₂粒子（80nm），显著改善了复合材料的摩擦学性能。

二、3D 打印 PEEK 的挑战与机遇

（一）FDM 3D 打印 PEEK 的挑战

• 各向异性机械性能：与传统加工方法生产的零件相比，3D 打印聚醚醚酮存在各向异性的机械性能问题，了解不同工艺参数对制件最终性能的影响并找到最佳参数组合是获得最佳性能的关键。
• FDM 固有问题的阻碍：热梯度和 PEEK 的特定物理性能导致残余应力累积，引发翘曲和层间分层，严重影响制件的尺寸精度和机械性能。

（二）光固化 3D 打印 PEEK 的提出与问题

• 概念提出：为避免 FDM 技术问题，提出采用光固化 3D 打印聚醚醚酮的概念。
• 面临问题
  • 聚醚醚酮在制备光敏树脂过程中难溶解于反应稀释剂，难以配成所需原料。
  • 需解决如何设计聚醚醚酮分子结构以在活性稀释剂中有良好溶解性。
  • 需探索如何使光固化 3D 打印聚醚醚酮成型。
  • 需制备具有一定力学性能的聚醚醚酮光敏树脂。

（三）机遇

聚醚醚酮应用于 3D 打印技术，将为行业提供新应用和机会，实现其在耐高温零件以及摩擦器件等方面的应用。因此，优化 FDM 打印参数以及开发光敏聚醚醚酮树脂成为重要挑战。

三、具体研究方向及成果

（一）熔融沉积 3D 打印聚醚醚酮

• 研究方法：针对 FDM 3D 打印聚醚醚酮树脂材料研究现状，设计并打印不同填充图案和填充方向的聚醚醚酮试样，研究其力学性能。
• 进一步研究：在上述参数基础上，分析填充率对聚醚醚酮摩擦学性能的影响，并分析摩擦机理。

（二）镶嵌式聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能研究

• 制备方法：通过两步法制备镶嵌式聚醚醚酮复合材料。首先用 FDM 打印不同填充率的聚醚醚酮基材，根据填充率变化内部孔排列也相应变化；然后嵌入固体润滑剂，用环氧树脂粘结剂使基体与固体润滑剂结合成整体。
• 研究内容：分别研究粘结剂、填充率和润滑剂含量对镶嵌式聚醚醚酮复合材料摩擦学性能的影响，并分析摩擦机理。

（三）光固化聚醚醚酮低聚物的制备及其性能研究

• 分子结构设计：针对 FDM 3D 打印 PEEK 问题，设计具有光敏基团的聚醚醚酮分子结构。选用带 -CF₃ - 以及双键基团的单体与 4,4 二氟二苯甲酮通过亲核取代得到聚醚醚酮衍生物，对聚合物长链封端，获得有一定溶解性和光敏性的聚醚醚酮低聚物，并进行结构表征和性能测试。
• 树脂墨水研究：利用制备的光敏聚醚醚酮低聚物配置光固化所需树脂墨水，研究其力学性能和热性能。

四、3D 打印技术的发展现状

与传统加工制造方法（如车削、铣削、磨削等）相比，3D 打印技术在航空航天、自动化、电子设备、生物医疗领域发展迅猛。

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