PEEK 是一种半晶态聚合物，具有高熔点（343°C）和优异的力学性能，生物相容性也十分出色， 是目前研究较热的3D 打印材料。纯PEEK 的杨氏模量为3.86±0.72 GPa，经碳纤维增强后可达21.1±2.3 GPa，与人骨的杨氏模量最为接近，可以有效避免植入人体后与人骨产生的应力遮挡以及松动现象，是一种理想的骨科植入物材料。采用3D 打印技术制造的PEEK 植入体（图1）能够很好地满足不同患者不同病情的个性化植入物定制需求，目前国内3D打印PEEK植入物已经在临床上取得了较好的效果。

图1 胸骨假体CAD模型及实物

水凝胶是一种具有交联三维网络的高分子结构，能够吸收并保持大量的水分（可达99%）。根据聚合物来源的不同，可分为天然水凝胶与合成水凝胶。前者如明胶、琼脂、海藻酸钠等具有较高的溶胀性，机械性能相对较差，限制了其应用范围。后者由于水凝胶的成分、结构、交联度可调，使得合成水凝胶的各项性能可以在较大范围内进行调控；同时，合成水凝胶重复性好，能够进行大规模的生产制造，因此得到国内外研究人员的广泛关注。

传统的水凝胶已经在制造隐形眼镜、创伤修复中取得了较多的应用。水凝胶作为组织工程的理想材料，在该领域的应用前景十分广阔。除此之外，水凝胶还可以作为传感器的材料，这是利用了它的膨胀行为和扩散系数随着周围环境变化的特性。传统水凝胶成形主要依靠模具，无法制造复杂结构；采用3D 打印技术成形水凝胶，不仅能够实现复杂形状的制造，还能实现复杂孔隙甚至梯度结构的制造，使得3D打印的水凝胶具有传统制造方式无法获得的性能。此外，水凝胶中可以加入活细胞，使得3D打印人体器官成为可能。

水凝胶的3D打印方法包括光固化成形及直写成形（Direct Ink Writing，DIW）。用于光固化成形的水凝胶成分与光敏树脂类似，包括溶剂、单体、交联剂、光引发剂等，可以添加无机填料以实现水凝胶性能的调控。直写成形是3D打印水凝胶更普及的一种形式。打印时将水凝胶置于注射器中，采用电脑根据设计的结构控制注射器运动及挤出，挤出的水凝胶在外界条件的刺激（温度、水分、pH、光照等）下固化。为了满足3D打印的要求，通常要求水凝胶的固化速度足够快，或者流变性能满足在打印时不发生变形，才能实现成功的打印。目前，商业化的水凝胶打印材料较少，大多数都处于实验室研制阶段。

3、3D打印用金属材料

根据2018 年的Wohlers Report 报道，金属增材制造产业有了明显发展。文中指出，2017 年售出1768 套金属3D 打印设备，相比2016 年的983 套增长了将近80%。作为3D打印中非常重要的材料，金属材料在汽车、模具、能源、航空航天、生物医疗等行业中都有广阔的应用前景。

3D 打印金属材料主要有粉末形式和丝材形式。粉末材料是最常用的材料，可用于激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）、电子束选区熔化（Electron Beam Melting，EBM）等多种3D打印工艺；丝材则适合于电弧增材制造（Wire and Arc Additive Manufacture，WAAM）等工艺。

为了满足3D 打印的工艺需求，金属粉末必须满足一定的要求。粉末的流动性是粉末的重要特性之一，所有使用金属粉末作为耗材的3D打印工艺在制造过程中均涉及粉末的流动，金属粉末的流动性直接影响到SLM、EBM 中的铺粉均匀性和LENS 中的送粉稳定性，若流动性太差会造成打印精度降低甚至打印失败。粉末的流动性受粉末粒径、粒径分布、粉末形状、所吸收的水分等多方面的影响，一般为了保证粉末的流动性，要求粉末是球形或近球形，粒径在十几微米到一百微米之间，过小的粒径容易造成粉体的团聚，而过大的粒径会导致打印精度的降低。此外，为了获得更致密的零件，一般希望粉体的松装密度越高越好，采用级配粉末比采用单一粒径分布的粉末更容易获得高的松装密度。目前3D打印所使用的金属粉末的制备方法主要是雾化法。雾化法主要包括水雾化法和气雾化法两种，气雾化制备的粉末相比于水雾化粉末纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高，是高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。

3D 打印所使用的金属丝材与传统的焊丝相同，理论上凡能在工艺条件下熔化的金属都可作为3D 打印的材料。丝材制造的工艺很成熟，材料成本相比粉材要低很多。

按照材料种类划分，3D打印金属材料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铜合金及贵金属等。

铁基合金是3D 打印金属材料中研究较早、较深入的一类合金，较常用的铁基合金有工具钢、316L 不锈钢、M2 高速钢、H13 模具钢和15-5PH 马氏体时效钢等。铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好，同时具有良好的机械加工性，特别适合于模具制造。3D打印随形水道模具是铁基合金的一大应用，传统工艺异形水道难以加工，而3D打印可以控制冷却流道的布置与型腔的几何形状基本一致（图2），能提升温度场的均匀性，有效降低产品缺陷并提高模具寿命。

图2 模具随型冷却流道示意图

钛及钛合金以其显著的比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生物相容性好等特点，成为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的理想材料。然而钛合金属于典型的难加工材料，加工时应力大、温度高，刀具磨损严重，限制了钛合金的广泛应用。而3D打印技术特别适合钛及钛合金的制造，一是3D打印时处于保护气氛环境中，钛不易与氧、氮等元素发生反应，微区局部的快速加热冷却也限制了合金元素的挥发；二是无需切削加工便能制造复杂的形状，且基于粉材或丝材材料利用率高，不会造成原材料的浪费，大大降低了制造成本。目前3D打印钛及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A14V（TC4）和Ti6A17Nb，可广泛应用于航空航天零件（图3）及人工植入体（如骨骼，牙齿等）。

图3 3D打印的C919 中央翼缘条

镍基合金是一类发展最快、应用最广的高温合金，其在650～1000°C 高温下有较高的强度和一定的抗氧化腐蚀能力，广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能源等领域。例如，镍基高温合金可以用在航空发动机的涡轮叶片与涡轮盘。常用的3D打印镍基合金牌号有Inconel 625、Inconel718及Inconel 939等。

钴基合金也可作为高温合金使用，但因资源缺乏，发展受限。由于钴基合金具有比钛合金更良好的生物相容性，目前多作为医用材料使用，用于牙科植入体和骨科植入体的制造。目前常用的3D 打印钴基合金牌号有Co 212、Co 452、Co 502和CoCr28Mo6等。