成功的增材制造产品取决于材料的特性和行为。流变可为安全、高效和可重现的聚合物制造提供有价值的信息。

聚合物产品无处不在，从包装薄膜、酸奶杯到复杂的汽车零件均使用聚合物产品。尽管应用广泛，但塑料产品通常均通过相同的简单步骤进行制造：

1. 制造的起始步骤是应用聚合物基材料（通常为颗粒或粉末形式）
2. 加热材料以形成自由流动的熔体
3. 通过吹膜、注塑成型、挤出或增材制造（3D 打印）等工艺实现熔化材料的成型
4. 冷却并凝固产品

终产品的特性和物理形态在很大程度上取决于其加工过程。制造商需要深入了解他们的材料和应用，以达到预期的终产品质量。在加工过程中了解材料是可能的，但这会导致更大的材料损失和更高的生产成本。

如果在加工前以实验室规模进行材料表征，则表征会更为有效并且会提高最终的生产率。然后，制造商可根据材料的测量特性设计加工条件。

制造商和研究人员都利用流变来研究材料的变形和流动。流变可提供有关液体和固体材料的关键、精确的见解，为成功的增材制造提供信息。

虽然增材制造为高效率和独特形状产品的制造提供了新机会，但在创造完美产品的过程中仍存在多种障碍。

在增材制造过程中，聚合物被熔化到熔融状态并通过 3D 打印机的管线和喷嘴挤出。因此，聚合物必须能够自由流动，并且需要具有尽可能低的黏度。同时，聚合物必须在挤出后立即保持其形状，并且在冷却过程中不能出现变形。Waters – TA Instruments 的应用专家 Lukas Schwab 指出，3D 打印中使用的材料需要在黏度（液体流动性特征）和固体弹性之间实现精确的平衡。

3D 打印涉及通过狭窄的模具压制聚合物。可能会发生一种称为“线性膨胀”的现象，即在出模后，聚合物股线直径与成型模具直径相比略有增加。可应用流变仪检测直径变化的程度。预测和测量线性膨胀有助于制造商确保其 3D 打印产品的精度。

将回收材料用于打印产品对聚合物制造商提出了另一个挑战。废旧塑料通常含有残留添加剂、颜色和填料，它们会影响熔体的质量、可加工性及其在制造过程中的行为。因此，再生塑料的加工及其终产品可能难以预测。因此，需要对生物塑料进行详细的分析。

尽管存在这些潜在的干扰和不确定性，制造商仍然可以执行强有力的预先产品控制和质量保证。其中的关键是分析性思考的两个角度：

• 产品中使用的所有材料成分的相互作用
• 必要的工艺参数，包括温度、压力和流量

Waters 的应用和支持专家 Marco Coletti 在他的网络研讨会上解释了如何借助流变研究来优化 3D 打印和增材制造工艺。

Lukas Schwab 解释说，使用相应的功能强大的高精度流变仪可确定流变特性，这是材料表征的重要组成部分。

Waters 的应用专家表示：“特别是在应用聚合物熔体等液态物质的情况下，如果没有足够的仪器，了解和预测流变特性可能会非常耗时。” 样品行为通常会根据作用于样品上的力的大小而发生变化，这意味着“样品的流动和变形行为只能通过实验模糊地预测，或通过流变进行更为精确的测量。”

Discovery 混合流变仪 (DHR) 是用于流变的多功能分析平台。该仪器配置了最新的专利技术并且极为人性化，可以很容易地测量直接张力、变形控制以及轴向力规格。

通过应用流变仪完成流变测量。流变仪测量材料（液体或固体）在受力时的变形。应力、变形和剪切行为的结合构成了流变、材料变形科学的基础。

进行旋转流变测量时，将样品放置在两个圆板之间的圆筒中并将圆板和样品压在一起。例如，之后可按规定的速度和方向旋转其中的一个圆板。Lukas Schwab 解释说：“旋转测量是确定材料黏度的合适方法，该方法可确定如在 3D 打印中的泵送和加工能力。”

相比之下，振荡测量（两个圆板中的一个以小振幅正弦方式来回移动）可提供有关样品平衡结构的更多信息，因此更多地用于确定材料的特性。振荡测量有助于解答不同产品批次的分子量或材料在较低力量作用下的行为等问题。

通常借助流变测量法来确定材料的黏度或黏弹性，Lukas Schwab 总结道：“黏度是对内部摩擦引起的流动阻力的测量，其测量值取决于系统的微观特性，如粒径。反之，黏弹性是材料对变形力所作反应的特性的测量。就纯弹性材料而言，对其施加负载后不会耗散能量；反之，黏弹性材料由于材料变形，其应力-应变行为的效应存在一定程度的差异（滞后效应）。”

Lukas Schwab 解释说：在许多生产过程中将流变测量用作质量控制的方法，因为不良的黏弹性行为会导致材料性能不佳和变脆。黏弹性也可用于确定固体的耐久性和热机械分解行为。

测量所有必要的特性（黏度、分子量、材料行为和黏弹性）可能看起来令人生畏，但 Discovery 混合流变仪具有独特的能力，能够以行业领先的准确性和易用性提供熔融或固体聚合物材料的完整图像。

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