可生物降解3D打印线材是一类以生物基或可降解高分子为原料的增材制造材料，旨在减少传统石油基塑料对环境的污染。其中，聚乳酸（PLA） 因其可再生来源（如玉米、木薯）和可完全生物降解的特性，成为当前应用最广泛的材料。其他如热塑性淀粉（TPS）、聚羟基脂肪酸酯（PHA） 及多种复合材料也在快速发展中。这类线材通过熔融沉积成型（FDM）技术制造，在特定环境（如工业堆肥）中可降解为水、二氧化碳和生物质，避免微塑料污染，契合循环经济理念。

材料类型与特性

1. PLA基线材：
   基础PLA材料具有机械强度高（抗拉强度61MPa）、打印适应性好的特点，但存在脆性大、耐热性差（长期使用温度≤50°C）的局限。通过共混改性（如添加PHB、TPS或生物质炭），可显著提升其韧性、耐热性及功能特性。例如：

• PLA/PHB混合线材（如NonOilen）：耐热温度提升至110°C，降解速度比纯PLA快3倍，且保留食品接触安全性；

• PLA/生物质炭复合线材：光热转换效率高，适用于能源相关应用；

• PLA/TPS复合线材：冷结晶温度降低至104–110°C，亲水性提升（接触角降低20°），且一步法挤出工艺降低能耗50%。

2. 其他可降解材料：

• EVA、PHA和TPU等材料也在特定领域（如医疗、鞋类）拓展应用，提供柔性或高韧性选择；

• 木塑复合线材：利用农林废弃物（秸秆、稻壳）与PLA/PETG混合，实现废物高值化利用，同时改善材料热稳定性。

技术优势与环保价值

• 环境友好性：完全生物降解特性避免白色污染，降解过程不产生微塑料；

• 资源可再生性：依赖植物资源而非石油，降低碳排放；

• 打印性能优异：低收缩率（0.3–0.5%）、不易翘曲，适合打印复杂结构；

• 经济性提升：一步法等新工艺降低生产成本，复合线材扩宽应用场景。

应用领域

• 医疗领域：手术导板、可降解植入体（如骨支架），利用其生物相容性；

• 消费品：玩具、家居用品（如花瓶、烟灰缸）、食品接触器皿；

• 工业与教育：功能原型制作、教学模型，支持快速迭代与环保理念传播；

• 特殊用途：光热转换部件（生物质炭/PLA）、电子设备外壳（高耐热PHB/PLA）。

挑战与创新方向

1. 性能平衡：克服机械强度与降解速度的矛盾，需进一步优化材料配方；

2. 规模化生产：一步法挤出等新工艺有望解决传统方法能耗高、效率低的问题；

3. 标准与认证：需建立统一的生物降解测试标准及食品安全认证体系；

4. 成本控制：通过农林废弃物回收（如果壳、秸秆）降低原料成本。

未来创新将聚焦于：多功能复合材料（如自愈合、导电性）、智能化降解控制（如时间触发降解），以及全生命周期评估以验证环境效益。

市场前景