四川大学高分子学科是在1953年6月建立的我国高校中最早的高分子化合物专业（1954年更名为塑料工学专业）的基础上发展起来的，以先进高分子为特色的材料科学与工程学科进入世界一流学科建设名单，2024年1月ESI排名全球第35位，相对位次0.255‰，是全国高分子材料与工程专业人才培养的重要基地。

早在2014年，四川大学高分子研究所便引入全国第一台高温高分子3D打印设备——华曙高科HT251P；2015年，四川大学高分子科学与工程学院再度购置第二台HT251P设备。基于其开源、高温等优势，川大在新型3D打印材料的研发、传统3D打印材料改性以及高温材料等研发项目上，取得了一系列卓有成效的科研成果。

在华曙高科高温高分子增材制造解决方案的助力下，四川大学高分子科学与工程学院李光宪教授/黄亚江教授团队瞄准高分子粉末床熔融加工技术领域的关键需求，结合团队在多组分高分子形态控制、老化降解稳定性等领域开展的长期基础研究，2024年两度在增材制造领域著名期刊《Additive Manufacturing》发表重要创新成果——

针对自研PA1012粉末用于PBF-LB/P技术时，面临的加工窗口窄、成型温度高等关键挑战，李光宪教授/黄亚江教授团队创新性地利用金属离子-高分子络合相互作用，优化了PA1012粉末的加工行为和烧结制件的机械性能，其拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别提高了51%、67%和43%，达到甚至超过PA12和PA11粉末烧结制品的力学性能水平。

针对共聚PP粉末PBF-LB工艺性不佳的突出问题，李光宪/黄亚江教授团队提出新颖的“熔融挤出-共混物退火”策略。相比未经历退火PP粉末，利用“共混物退火”处理后的PP粉末烧结打印的制件翘曲量大幅降低了82%，而力学性能几乎不变。

创新成果一：
通过络合作用优化聚酰胺粉末的增材制造加工性能和力学性能

PA1012是一种我国可自主生产的半生物来源的长碳链聚酰胺，其力学性能可与PA12和PA11相媲美。然而，将PA1012用于PBF-LB/P技术主要面临加工窗口窄（对设备控温要求较高）、成型温度高（导致后缩聚老化严重）等关键挑战。

受聚酰胺纺丝工艺启发，李光宪教授/黄亚江教授团队创新性地利用金属离子-高分子络合相互作用优化了自研PA1012粉末的加工行为和烧结制件的机械性能。

研究发现，廉价的金属卤化物（CaCl2）显著改善了PA1012粉末的表面形貌和粉体流变行为、延缓/抑制了熔体结晶、大幅拓宽了粉末的烧结成型窗口。对PA1012粉末用3 wt%的CaCl2改性后，烧结制件成型精度得到明显改善，拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别提高了51%、67%和43%，达到甚至超过了商品PA12和PA11粉末烧结制品的力学性能水平。同时，改性PA1012粉末在加工中的后缩聚老化反应得到了明显抑制，复用率得到改善。

该研究从多价金属离子“交联点”破坏分子间氢键、限制高分子链运动性等微观角度，首次阐明了金属离子-高分子络合作用在优化粉末的成型性能和烧结制件的结构-性能关系中的巨大潜力，为拓宽PBF-LB/P加工技术的材料来源提供了新的思路。

相关工作以“Optimization of polyamide 1012 powder for laser powder bed fusion via complexation with metal ions”为题，发表在增材制造领域著名期刊《Additive Manufacturing》上。

近年来，研究团队瞄准高分子粉末床熔融加工技术领域的关键需求，结合团队在多组分高分子形态控制、老化降解稳定性等领域开展的长期基础研究，相继突破了聚酰胺球形粉末的溶液法制备、聚烯烃球形粉末的熔体法制备、工程塑料粉末球形化等高分子球形粉末规模化制备的关键技术（Powder Technol., 2023, 415, 118189；Powder Technol., 2023, 426, 118605；中国发明专利2023109461642、2023111467736、202311371441.8），研究成果具有良好的应用前景。

论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423005304

创新成果二：
通过共混物退火策略改善聚丙烯球形粉末的增材制造加工性能

高流动性、宽烧结窗口（SW）的高分子粉末是激光粉末床熔融（PBF-LB）增材制造技术中急需的关键原料。聚丙烯（PP）是目前使用量最大、最廉价的通用高分子之一，具有较低的密度和加工温度、较好的耐溶剂性及阻水性，在汽车等行业中应用广泛。

针对共聚PP粉末PBF-LB工艺性不佳的突出问题，李光宪/黄亚江教授团队提出了一种新颖的“熔融挤出-共混物退火”策略。

该策略首先将共聚PP熔融分散在水溶性高分子基体中，然后在接近共聚PP熔点的温度下将共混物退火一定时间，在去除基体后得到了SW显著拓宽的共聚PP球形粉末。热分析、XRD等结果证实，共混物退火给PP粉末带来了两个有利于拓宽SW的效应：第一个是由于晶体完善（片晶等温增厚）而导致的起始熔融温度（Tm-onset）的升高；另一个是由于异相成核物质迁徙出部分熔融的PP颗粒而导致的起始结晶温度（Tc-onset）的下降（类似分级结晶）。其中，第二个效应对SW拓宽的贡献更大。发现过高的退火温度和过长的退火时间会导致不利的粉末尺寸增长，并诱发粉末的降解、削弱SW拓宽效应。相比原始PP树脂，在最佳的退火温度和时间下获得的PP粉末的SW拓宽了24 ºC，达到了30 ºC。

并且，这种退火导致的SW拓宽效应不受流动改性剂、吸光剂等助剂影响。相比未经历退火PP粉末，利用“共混物退火”处理后的PP粉末烧结打印的制件翘曲量大幅降低了82%，而力学性能几乎不变。

该研究提出的新策略为基于通用聚烯烃等结晶性材料制备增材制造领域急需的关键高分子粉末、实现这些材料的高值化利用提供了新的思路。

相关工作以“Developing polypropylene copolymer powder with a wide sintering window for laser powder bed fusion via extrusion and in-blend annealing”为题，发表在增材制造领域著名期刊《Additive Manufacturing》上。

论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860424002343

目前，华曙高科已与众多高校、科研院所建立了深度合作关系，为科研领域客户提供金属、高分子3D打印技术、设备支持，帮助客户开展印新工艺、新材料、前沿应用的科学研究工作。