基于狼尾草纖維的3D打印復合線材制備與工藝優(yōu)化

吳慶定，唐小杰，李 佩，張嘉文，郝 颯，劉克非

（中南林業(yè)科技大學 材料成形技術研究所，湖南 長沙 410004）

狼尾草是一類多年生高大草本植物，具有生長速度快、同化CO2能力強、生物質產量高等特點，是一類不可多得的碳匯資源，對常德市等地的“海綿城市”建設、長沙縣在全國首創(chuàng)“零碳縣”做出了重要貢獻[1-4]。但這類碳匯資源如果得不到高值清潔利用或利用途徑不佳，對于CO2的吸收固化只能是暫時的，會很快以多種溫室氣體的形式重新回到大氣中，甚至給大氣、水資源、土壤帶來新的污染[5-7]。筆者根據《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》農業(yè)領域“農林生物質綜合開發(fā)利用”優(yōu)先主題，開展了狼尾草等草本植物類廉價碳匯資源的高值清潔利用研發(fā)工作，并取得系列成果[8-12]。

本研究為拓展狼尾草的高值清潔利用領域，豐富FDM 3D 打印耗材品種，以狼尾草纖維為基材，經改性后與聚乳酸復合，采用雙螺桿擠出法制備1.75 mm 規(guī)格3D 打印狼尾草/PLA 木質復合線材，并對其制備工藝進行優(yōu)化，對其組織結構形貌等進行表征，探索其在家居/辦公家具擺件、汽車駕駛室用飾條/飾件、各類機電設備操控手柄等領域的應用前景。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗基材

狼尾草纖維，由采集于常德市穿紫河流域的狼尾草加工獲得。首先將狼尾草除雜、曬干、切碎，然后粉碎制備成含水率為12%～15%的60目（＜0.25 mm）狼尾草纖維。

1.1.2 試驗輔材

聚乳酸（PLA），透明顆粒，采購于寧波環(huán)球塑料制品有限公司；氫氧化鈉（NaOH），AR 級，采購于國藥集團化學試劑有限公司；硅烷偶聯劑（KH550），AR 級，采購于上海耀華化工廠；聚乙二醇（PEG-1500），AR 級，采購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

試驗用主要儀器設備包括：粉粹機、雙輥混煉機、雙螺桿擠出機、掃描電鏡，詳情列于表1。

表1 主要試驗儀器設備Table 1 Main test instruments and equipment

1.3 試驗方法

基于單因素試驗結果，應用響應面法（Design expert）確定狼尾草纖維的最優(yōu)堿處理工藝參數，并通過加入偶聯劑KH550、聚乙二醇等對經堿處理后的狼尾草纖維進行二次改性；采用混煉法制備狼尾草纖維/PLA 復合材料，經破碎、篩分獲得可供擠壓成形制備狼尾草/PLA 木質復合線材的顆粒料；采用有限元法對狼尾草/PLA 木質復合線材擠出熔融段流場進行數值模擬，分析其初始加熱溫度、螺桿轉速以及機筒溫度等參數對線材擠出過程的影響，獲得狼尾草/PLA 木質復合線材擠出成形最優(yōu)工藝條件；借助雙螺桿擠出機制備的1.75 mm規(guī)格狼尾草/PLA 木質復合線材；通過3D 打印實踐，獲取1.75 mm 規(guī)格狼尾草/PLA 木質復合線材3D 打印工藝參數推薦值；借助掃描電子顯微鏡分析改性狼尾草纖維與狼尾草/PLA 木質復合線材的形貌與斷裂特征，綜合評價狼尾草/PLA 木質復合線材的應用前景。

1.3.1 響應面法

依據響應面法中心組合原理（Box-Benhnken），以堿處理單因素試驗結果為中心值（堿液濃度3%，堿處理溫度55℃，堿處理時間4 h），獲得的堿處理響應面試驗設計因素及水平見表2。

表2 工藝參數響應面試驗設計因素及水平Table 2 Response surface design factors and levels of process parameters

1.3.2 有限元法

1.3.2.1 流道模型

狼尾草/PLA 木質復合線材的擠出成形借助漸變式三段式螺桿實現（圖1），螺桿由右段（輸送段）、中段（熔融段）和左段（計量段）三段構成，右段為熔融段輸送物料，物料在中段實現熔融，螺桿根徑沿物料擠出方向漸變增粗，物料經由中段后進入左段實現計量，進而實現物料的定量定溫擠出。螺桿各段幾何參數見表3，本研究重點分析中段流場。

圖1 螺桿結構Fig.1 Screw configuration

表3 螺桿幾何參數Table 3 Geometric parameters of screw

根據螺桿幾何參數借助FLUENT 軟件中的Geometry 模塊構建中段流體域幾何模型，并基于Mesh 模塊對流體域模型進行網格劃分，進而實現流體域的螺桿和機筒的網格構建（圖2），其節(jié)點數共計184 856，網格數量為968 330。

圖2 流體域網格模型Fig.2 Mesh model of fluid domain

1.3.2.2 試材的物理性能

以狼尾草/PLA 復合材料熔融物料為對象分析其流場時，須確定其密度和黏度。把狼尾草/PLA復合熔融物料定義為不可壓縮的非牛頓流體，因其雷諾數較低，將流動模型設置為層流模型，根據實際作業(yè)過程以及試材的物理性能在FLUENT中設定參數，結果見表4。

表4 試材的物理性能Table 4 Physical property of test materials

1.3.2.3 邊界條件

為提高數值模擬的收斂性，實現狼尾草/PLA復合材料擠出成形工程在FLUENT軟件中的仿真，設置邊界條件如下：

1）入口：選定mass flow inlet，入口物料溫度為423.15 K（150℃），物料流量為0.023 kg/s。

2）出口：選定pressure outlet，出口物料壓力為2 MPa。

3）機筒內壁面：機筒壁面設置為stationary wall，機筒溫度為443.15 K（170℃），熱流密度為27 kw/m2。

4）螺桿表面：設置為Rotate moving wall，螺桿旋轉中心為（0，0，0），螺桿旋轉方向為（0，0，-1），螺桿轉速為2 rad/s；

5）動量和能量采用一階迎風離散法，能量曲線為1e-6，殘差曲線精度為0.001。

1.3.3 3D 打印實踐

3D 打印作品質量的影響因素除材質外，主要與填充率、層高、打印速度和溫度等主要工藝參數相關，不同的打印參數組合對3D 打印作品的強度、硬度、表面粗糙度等會產生不同程度的影響。

通過ProE 軟件設計靜曲強度與沖擊韌性試件，將其轉化為stl 格式后導入Cura 分層離散軟件，在不同填充率、層高、溫度與打印速度組合條件下，應用1.75 mm 狼尾草/PLA 復合線材打印試樣，對其靜曲強度、沖擊韌性、表觀硬度和表面粗糙度進行測試分析，其打印參數設置見表5。

表5 打印參數Table 5 Print parameters

2 結果與分析

2.1 狼尾草纖維堿處理響應面試驗優(yōu)化分析

狼尾草纖維堿處理工藝優(yōu)化響應面試驗設計與分析結果見表6～8，工藝參數交互作用影響效果三維圖見圖3～4。從表6～8、圖3～4不難發(fā)現，堿處理工藝參數間的交互作用明顯，各工藝參數對試件靜曲強度和拉伸強度的影響顯著，響應面圖可見明顯穹頂極值。不論靜曲強度還是拉伸強度，其方差分析模型P項均＜0.000 1，說明其模型顯著；其復相關系數R2分別為0.999 1、0.999 4，均＞0.8，說明該分析模型擬合度好，可很好地分析預測試件靜曲強度和拉伸強度的響應值；與試件靜曲強度和拉伸強度對應的離散系數分別為1.80、0.59，均＜2，說明試驗的精度與可信度高。

表6 試驗設計與試驗結果Table 6 Experimental design and results

表7 靜曲強度方差分析Table 7 Variance analysis of bending strength

表8 拉伸強度方差分析Table 8 Variance analysis of tensile strength

圖3 堿處理工藝參數對狼尾草/PLA 木質復合線材靜曲強度的影響Fig.3 Effect of process parameters on bending strength of pennisetum-based composites

圖4 堿處理工藝參數對狼尾草/PLA 木質復合線材拉伸強度的影響Fig.4 Effect of process parameters on tensile strength of pennisetum-based composites

根據響應面試驗設計與分析結果，以靜曲強度與拉伸強度為響應值對狼尾草纖維堿處理工藝參數進行優(yōu)化，獲得的狼尾草纖維堿處理優(yōu)化工藝為：堿液濃度3.47%，堿處理溫度59.97℃，堿處理時間4.23 h?？紤]到試驗實際操作的方便和可行性，將優(yōu)化結果圓整為：堿液濃度3.5%，堿處理溫度60℃，堿處理時間4.2 h。其試驗驗證結果與試驗模型預測值基本相符（表9），說明通過響應面法確定的狼尾草纖維堿處理工藝可行、可靠。

表9 最佳工藝參數優(yōu)化及試驗驗證結果Table 9 Process parameter optimization and test verification results

2.2 工藝參數對狼尾草/PLA 復合線材擠出過程的影響

2.2.1 熔融過程分析

借助物料熔融體分數云圖來描述狼尾草/PLA復合材料在擠壓成形過程中的狀態(tài)，擬用0、1 和0～1 分別表示狼尾草/PLA 復合材料處于固態(tài)、熔融態(tài)和糊狀[13]。從物料的輸入到輸出口正交于擠出方向的各個面熔融體分數分布云圖如圖5所示。最先熔融的為螺棱和機筒之間的物料，之后螺棱與機筒間隙間以及內壁面上的物料會隨著螺桿螺旋推進距離Z值的增加，熔融程度不斷增大，由于從機筒傳來的熱量導致螺桿的溫度升高，而螺桿的表面和螺棱的側面物料開始出現熔融，其中熔融程度與出口方向距離呈正相關。完全熔融部位順序為：螺棱和機筒間隙——機筒表面——螺桿推進面——螺桿表面——整個落槽。

圖5 熔融體分數云圖IFig.5 Melt fraction nephogram I

從各截面狼尾草/PLA 復合材料熔融體分數云圖不難發(fā)現，狼尾草/PLA 復合線材的擠壓成形過程實質是狼尾草/PLA 復合材料在螺棱面及筒壁內面從入口到出口不斷流變的過程，狼尾草/PLA 復合材料的熔融程度不斷加深，最終積累變成粘流態(tài)。

2.2.2 壓力場及溫度場分析

圖6、圖7分別為狼尾草/PLA 復合線材擠壓成形過程的壓力場和溫度場分布。Z值與面積加權平均壓力值呈負相關，說明擠壓螺桿旋轉過程受到的壓力隨著Z值的增大逐漸降低；而Z值與面積加權平均溫度值呈正相關，擠壓螺桿的溫度隨著Z 值的增大逐漸升高。

圖6 壓力場分析Fig.6 Pressure field analysis

圖7 溫度場分析Fig.7 Temperature field analysis

2.2.3 螺桿轉速與流道初始溫度對熔融的影響

將狼尾草/PLA 復合材料流道初始溫度設置為423.15 K（150℃），出口溫度設置為443.15 K（170℃），在不同螺桿轉速下獲得的狼尾草/PLA 復合材料熔融體分數云圖如圖8所示。從圖8中不難發(fā)現，當擠壓螺桿轉速從2 rad/s 上升至8 rad/s 時，出口處狼尾草/PLA 復合材料熔融體的分數增加，隨之其熔融程度增大；而當擠壓螺桿轉速達到10 rad/s 時，狼尾草/PLA 復合材料的熔融程度不再變化，擠壓螺桿轉速與狼尾草/PLA 復合材料受到的剪切力呈正相關；擠壓螺桿轉速越高，狼尾草/PLA 復合材料的黏性耗散熱越大，不僅會使其熔融加速、熔融程度增大，還會使其完全熔融區(qū)域擴大，但當擠壓螺桿轉速提升到一定值時會受到制約[14]。

圖8 熔融體分數云圖IIFig.8 Melt fraction nephogram II

將擠壓螺桿轉速設置為8 rad/s，狼尾草/PLA復合線材出口溫度設置為443.15 K（170℃），在不同初始溫度下獲得的狼尾草/PLA 復合材料熔融體分數云圖如圖9所示。從圖9可看出，當初始流道溫度從423.15 K（150℃）上升到438.15 K（165℃）時，擠壓系統同一面上的狼尾草/PLA復合材料的熔融程度隨著溫度的升高而增大；而當溫度繼續(xù)上升時，狼尾草/PLA 復合材料的熔融程度不再增大。說明擠壓系統初始流道溫度與熔融程度呈正相關，但當溫度升高到一定值時狼尾草/PLA 復合材料熔融體分數云場圖基本保持不變，據此可將擠壓系統初始流道溫度設定為438.15 K（165℃）。

圖9 熔融體分數云圖IIIFig.9 Melt fraction nephogram III

2.2.4 機筒溫度對狼尾草/PLA 復合材料熔融的影響

將擠壓成形系統流道初始溫度設置為438.15 K（165℃），螺桿轉速設置為8 rad/s，獲得的不同機筒溫度下熔融體分數云圖與溫度云圖見圖10～11。從圖10～11可知，隨著機筒溫度即出口溫度從443.15 K（170℃）上升至453.15 K（180℃）時，出口處的熔融物料增加。當溫度升至453.15 K（180℃）時，影響熱傳導的主要因素為機筒溫度，溫度升高，物料溫度相差大，則熱傳導加快。物料達到完全熔融狀態(tài)后再繼續(xù)提高溫度意義不大，因此可將機筒溫度定為453.15 K（180℃）。

圖10 熔融體分數云圖IVFig.10 Melt fraction nephogram IV

圖11 熔融體分數云圖VFig.11 Melt fraction nephogram V

上述分析表明，狼尾草/PLA 木質復合線材擠出成形最優(yōu)工藝條件可認定為：流道初始溫度為438.15 K（165℃），螺桿轉速為8 rad/s，機筒溫度為453.15 K（180℃）。

2.3 狼尾草/PLA 復合線材3D 打印工藝參數分析

3D 打印主要工藝參數包括填充率、層高、打印速度與溫度，不同的打印參數組合對3D 打印作品的強度、硬度、精度與表面質量等會產生不同程度的影響。以1.75 mm 狼尾草/PLA 復合線材為耗材，獲得的3D 打印試件性能隨工藝參數變化趨勢如圖12～15所示。

2.3.1 填充率對試件性能的影響

填充率是指3D 打印過程中耗材體積占打印試件總體積的百分比。從圖12可看出，將層高、打印速度和打印溫度分別設為定值0.3 mm、20 mm/s和200℃的條件下，當填充率從20%增至100%時，試件的靜曲強度與沖擊韌性均有明顯提高，靜曲強度的最低值與最高值分別達到了45.2、82.1 MPa，而沖擊韌性的最低值與最高值分別達到了11.5、18.3 kJ·m-2，增幅分別高達82%、60%；試件的肖氏硬度隨著填充率的增大雖呈增長趨勢，但增幅不足5%，最低值與最高值分別為76.9、80.5 HS；試件的粗糙度隨著填充率的增大呈微弱先增后降的趨勢，在填充率為60%時獲得最高值7.3 μm，與填充率100%時的粗糙度最佳值6.1 μm 僅相差1.2 μm，影響甚微。為確保層高、速度、溫度試件的表面質量與足夠高的強度及硬度，同時也基于試驗成本考慮，后續(xù)試驗宜將試件打印填充率設定為60%，這與相關文獻研究結論不謀而合[15]。

圖12 填充率對試件性能的影響Fig.12 Effect of filling rate on specimen performance

2.3.2 層高對試件性能的影響

層高是指3D 打印機熱熔噴頭完整的走完一層實現的試件高度。圖13表明，將填充率、打印速度和打印溫度分別設為定值60%、20 mm/s和200℃的條件下，隨著打印層高的增厚，試件的靜曲強度與沖擊韌性呈先降后增的趨勢，當層高從0.1 mm 加厚至0.2 mm 時，試件的靜曲強度與沖擊韌性均明顯降低；然后隨著層高的增厚，試件的靜曲強度與沖擊韌性不降反升，增幅達到了15%～16%。打印層高對試件的硬度影響不大，波動幅度不足5.3%；打印層高低于0.3 mm 時，對試件粗糙度的影響規(guī)律與硬度相似，僅在5.5～7.3 mm 范圍波動，試件精度與表面質量較高；但當層高厚于0.3 mm 時，試件的粗糙度會隨層高的加厚大幅攀升，增幅達115%，導致試件精度與表面質量明顯降低（圖13）。

圖13 層高對試件性能的影響Fig.13 Effect of layer height on specimen performance

相關文獻指出，打印層高加厚會導致材料堆積層高加大，試件打印層數減少，層與層之間的薄弱面數量減少；但當打印層高進一步加厚時，打印難度會明顯增大，試件容易出現分層，最終會導致成品率降低[16]。為獲得表面質量佳、強度及硬度較高的打印速度與溫度試件，同時也為提高試件成品率，后續(xù)試驗宜將試件打印層高設定為0.3 mm。

2.3.3 打印速度對試件性能的影響

打印速度是指3D 打印機熱熔噴頭在打印過程中的移動速度。圖14表明，將填充率、打印層高和打印溫度分別設為定值60%、0.3 mm 和200℃的條件下，當打印速度從20 mm·s-1增加到60 mm·s-1時，對試件的靜曲強度與硬度影響甚微，而試件的沖擊韌性與粗糙度則呈先降后增的趨勢。打印速度為40 mm·s-1時，試件的沖擊韌性獲得最低值，但也達到了打印速度為20 mm·s-1時的最大值（15.2 kJ·m-2）的90%；打印速度為40 mm·s-1時，試件的粗糙度最小，約為打印速度為20 mm·s-1時的95%，處于同一水平。雖然打印速度對試件的性能影響不大，但打印速度過快會導致熔融態(tài)材料鋪展不均勻，出現拉絲等現象，影響試件打印的質量[16]。綜合考慮，后續(xù)試驗宜將試件打印速度設定為30 mm·s-1。

圖14 打印速度對試件性能的影響Fig.14 Effect of printing speed on specimen performance

2.3.4 打印溫度對試件性能的影響

3D 打印過程涉及的溫度包括噴嘴溫度、平臺溫度、夾具溫度和環(huán)境溫度等眾多參數。這些參數均會不同程度地影響打印耗材的流變性能、冷卻進程與打印作品尺寸收縮及表面質量。本研究中打印溫度特指噴嘴溫度，其他溫度參數遵循3D打印設備與軟件建議適配。

圖15表明，將填充率、打印層高和打印速度分別設為定值60%、0.3 mm 和30 mm·s-1的條件下，試件的靜曲強度隨著打印溫度的升高呈波動下降的趨勢；當打印溫度從190℃升高到200℃時，試件的靜曲強度降幅達15%；當打印溫度從200℃升高到210℃時，試件的靜曲強度出現明顯反彈，達到71.5 MPa，接近190℃時的水平；但當打印溫度從210℃繼續(xù)升高到230℃時，試件的靜曲強度又出現明顯下降，降幅接近30%。

圖15 打印溫度對試件性能的影響Fig.15 Effect of printing temperature on specimen performance

從圖15可發(fā)現，試件的沖擊韌性隨著打印溫度的升高呈小幅近線性增長，增幅約10%；試件的硬度隨著打印溫度的升高呈先增后降的趨勢，在210℃時獲得極大值；試件的粗糙度隨打印溫度的升高其變化趨勢與硬度相反，呈小幅先降后增的趨勢，在210℃時獲得最小粗糙度（6.7 μm）。

打印溫度過低，會導致打印耗材因熔融不充分，從而使噴料不暢阻塞噴頭；而打印溫度過高，會導致熔融耗材粘度過低，甚至降解，進而影響作品的性能與外觀質量，甚至導致打印故障。因此，狼尾草/PLA 復合線材的打印溫度建議設定為210℃。

綜上所述，1.75 mm 規(guī)格狼尾草/PLA 復合線材應用于3D 打印實踐時，工藝參數推薦值為：填充率60%，層高0.3 mm，打印速度30 mm/s，打印溫度210℃，其他參數按3D 打印設備使用說明及軟件系統推薦值勾選。

2.4 狼尾草/PLA 復合線材斷口形貌分析

圖16為狼尾草/PLA 復合線材及其基材（狼尾草原纖維和狼尾草改性纖維）的10 000 倍SEM斷口形貌照片。從圖16可看出，未經堿處理的狼尾草原纖維斷口碎裂嚴重；經堿處理過的狼尾草改性纖維斷口柔而不碎，有網狀組織，表明經堿處理去除部分半纖維素、灰分等組分后的狼尾草纖維，其紋孔得以打開，與PLA的親和力得以增強，變得柔韌、蓬松，為后續(xù)復合打造強韌化狼尾草/PLA 復合處理奠定了基礎；而狼尾草/PLA 復合線材斷口塑化明顯，組織均勻，具有韌性斷裂特征，這就很好地解釋了1.75 mm 規(guī)格狼尾草/PLA 復合線材具有較高沖擊韌性的成因。

圖16 狼尾草纖維及其復合材料斷口形貌（SEM×10 000）Fig.16 SEM fracture morphology of pennisetum fiber and its composite

3 結論與討論

3.1 結 論

為拓展狼尾草的高值清潔利用領域，豐富FDM 3D 打印耗材品種，制備具有木質感的3D 打印復合線材及其3D 打印作品，以狼尾草纖維為基材，經改性后與聚乳酸復合，采用擠出法制備1.75 mm 規(guī)格3D 打印狼尾草/PLA 復合線材，并通過3D 打印實踐優(yōu)化3D 打印工藝參數；借助Design Expert 軟件優(yōu)化狼尾草纖維改性堿處理工藝；利用ANSYS FLUENT 軟件對狼尾草/PLA 復合線材擠出熔融段流場進行數值模擬，分析其初始加熱溫度、螺桿轉速和機筒溫度等工藝參數對線材擠出過程的影響，進而優(yōu)化線材擠出工藝；借助掃描電子顯微鏡分析狼尾草/PLA 復合材料斷口形貌特征，解析其強韌化成因。主要結論如下：

1）狼尾草纖維最優(yōu)堿處理堿液濃度、處理溫度、處理時間分別為：3.5%、60℃、4.2 h；

2）狼尾草/PLA 復合線材擠出成形最優(yōu)流道初始溫度、螺桿轉速、機筒溫度分別為165℃、8 rad/s、180℃；

3）狼尾草/PLA 復合材料的SEM 斷口形貌具有韌性斷裂特征，得益于堿處理奠定的基礎。堿處理后的狼尾草纖維隨著部分半纖維素、灰分等組分的去除，其紋孔得以打開，與PLA 的親和力得以增強，進而賦予狼尾草/PLA 復合線材良好的沖擊韌性；

4）制備的1.75 mm 規(guī)格狼尾草/PLA 復合線材應用于3D 打印實踐時，打印工藝參數推薦值為：填充率60%，層高0.3 mm，打印速度30 mm/s，打印溫度210℃，其他參數按3D 打印設備說明及軟件系統推薦值勾選；

5）1.75 mm 規(guī)格狼尾草/PLA 復合線材及其3D 打印試件強度高，韌性好，木質感強，可用于各種家居及辦公家具擺件、汽車駕駛室用飾條與飾件、各類機電設備操控手柄等產品的生產，應用前景廣闊。

3.2 討 論

近年來，從事生物質3D 打印復合線材研究的國內外學者很多。例如：畢永豹[17]制備出了環(huán)保型3D 打印麥秸粉末/PLA 復合線材，在獲得最佳成分配比與工藝參數的同時分析了紫外線吸收劑對復合材料性能的影響，并對打印方式與技術參數對復合材料的依存作用進行了研究；Tao 等[18]在PLA 中添加5%的改性木粉制備FDM 3D 打印耗材，收到了良好的力學性能效果。劉曉帥[19]基于竹粉與聚乳酸，通過增塑混煉制備出了3D 打印拉伸強度和沖擊韌性較好的新型耗材并進行了3D打印測試；楊兆哲[20]借助接枝改性與增韌，系統研究了楊木粉/PLA 復合材料的制備、增韌機理，制備出了符合使用要求的楊木粉/PLA 3D 打印材料。寇林峰[21]為降低制造成本，用能源草代替楊木粉等制備FDM 3D 打印線材，這一舉措在提升能源草工業(yè)價值的同時，使得線材的價值和3D 打印作品的質感都得到了提升。解光強[22]結合3D打印方式探討木塑復合材料的制備過程，研發(fā)出了3D 打印木粉/PLA 復合線材，并對其增塑劑種類、擠出螺桿參數、擠出溫度、耐候性等進行了研究；劉凌霄[23]以各類紙漿纖維、木粉、木質素和PLA 為原料，以KH550 硅烷偶聯劑、PLA-g-MAH 馬來酸醉接枝聚乳酸為助劑制備出了3D 打印復合材料，并對其3D 打印工藝參數進行了優(yōu)化；董倩倩等[24]以PLA 為基材，制備出了打印效果良好的含15%松木粉、含5%二氧化硅的3D 打印木塑復合材料。

生物質3D 打印復合線材的研究主要基于綠色制造與可降解理念，集中在成分配比、制備工藝、強韌化機理與應用技術等方面。本研究基于拓展狼尾草的高值清潔利用領域，主要針對狼尾草/PLA 復合線材的制備工藝與應用技術開展研究，收到了添磚加瓦的效果。今后的努力方向應專注于生物質3D 打印復合線材的生物質組分的形態(tài)（如液化木材）與添加份額。