0 引言

随着“双碳”目标的提出和能源转型的需要，电力系统正逐步向低碳环保的方向发展^[1-2]。人们对环境友好型电气材料和设备的关注和研究与日俱增，如利用可回收的聚丙烯代替不可回收的交联聚乙烯制造电缆^[3-4]。另外，目前GIS、GIL和开关柜中广泛使用的热固性环氧树脂绝缘子，在退役后难以直接回收利用^[5]，将不可避免地造成大量环境污染和资源浪费。因此，研究绿色环保、可回收的绝缘子，已经成为了支撑绝缘部件发展的关键问题。

针对这一问题，现有的研究主要包括两种技术途径。一种是对传统的环氧树脂材料进行改造，通过向环氧树脂交联网络中加入动态共价键，使其能够在特殊条件下分解，从而实现环氧树脂的回收利用^[6]。如Tsai等人制造了含二硫键的环氧树脂，这种环氧树脂可以在谷胱甘肽的帮助下于室温条件回收^[7]。然而，这种方法目前仍存在制备方法复杂，成本较高，改造后的环氧树脂性能下降等问题，暂时难以实际应用。另一种方法则是直接采用热塑性材料代替环氧树脂，更易推向应用，如ABB公司和正泰电气公司都对热塑性材料在开关柜固封极柱中的应用进行了相关研究^[8-9]；本团队采用熔融沉积成形(fused deposition modeling, FDM) 3D打印技术制造了热塑性介电功能梯度圆台型绝缘子，在实现可回收目标的同时，显著提升试样的闪络电压^[10]。这些研究初步验证了热塑性材料应用于支撑绝缘的可行性，具有较大的参考价值。

值得指出的是，尽管热塑性固封极柱已经逐渐走向应用，对于热塑性支撑绝缘子的研究却仍处于起步阶段。这主要是由于开关柜固封极柱的绝缘部分为中空的外壳结构^[11]，其壁厚较薄，可以用常规的注塑工艺制造，而支撑绝缘子是实心结构且外形复杂，注塑熔体流动填充难度较大；同时其尺寸往往超出常规注塑工艺的最大壁厚要求，容易导致注塑件残余应力较高，力学性能劣化^[12-13]。相比于注塑工艺，FDM 3D打印技术具有易于制造复杂结构物体、操作简单、精度高、成型快和无需模具等诸多优点，可以便捷地实现热塑性支撑绝缘子的快速制造^[14]。但由于3D打印材料电学性能未知，且FDM 3D打印制件具有表面层状结构和难以避免的内部缺陷，这些缺陷对3D打印绝缘子电学性能的影响也有待深入研究，因此，目前关于3D打印环保型绝缘子的研究鲜见报道。

为此，本文以10 kV开关柜支撑绝缘子为例，利用3D打印制造环保型的支撑绝缘子，对其所用材料和打印成品的电气性能进行了测试和研究。根据研究结果，论证了10 kV 3D打印环保型支撑绝缘子绝缘性能的可靠性。随后，通过X射线三维扫描和电场仿真等方法，对环保型支撑绝缘子电学性能进行了分析。最终，根据分析结果，给出了进一步提升绝缘子电气性能的相关意见。

1 试样制备与实验方法 1.1 材料选择与试样制备

FDM 3D打印的原料众多，从常用的聚乳酸(PLA)到特种塑料聚醚醚酮(PEEK)，几乎所有的热塑性材料都可以用作3D打印的原料。本文在兼顾成本和性能的基础上，选择聚碳酸酯(PC)作为3D打印原料。PC是一种常用的工程塑料，具有较高的机械强度和良好的耐热性，在电子、汽车、航天、医疗器械等领域已经具有广泛的应用^[15]。本研究中所用的样品均使用上海远铸公司的PC 3D打印丝材进行打印，丝材平均直径为1.75 mm，误差小于0.03 mm，满足高精度3D打印的要求。其主要性能参数如表 1所示^[16]。

以上述丝材为成型材料进行FDM 3D打印，制备测试所需的圆片状试样。试样厚度为1 mm，根据测试需求，直径分别为40 mm和100 mm，所有试样均采用沿厚度方向切片的方式进行打印。制得的试样实物如图 1所示，经测量其厚度误差小于0.05 mm，具有较高的打印质量。

1.2 实验方法 1.2.1 3D打印样片的电学性能测量

为评估3D打印PC材料的电学性能，本文测量了打印样片的介电特性，体积电阻率以及击穿场强。作为对比，本文还利用热压成型的传统制造方式制造了PC样片，并对其进行了相同的测试。其中介电特性包括材料在不同温度下相对介电常数(ε_r)和介质损耗角正切值(tanδ)的频谱，采用高温高压宽频介电阻抗谱仪(Novocontrol Concept 43)进行测量。测量电压有效值为1 kV，不施加直流偏压，测量频率范围为0.1 Hz~10 kHz，测量温度为25~105 ℃，测量所用样品为直径40 mm的PC圆片。测量前对圆片表面进行充分打磨，并在样品表面溅射镀银使其与电极接触良好。

体积电阻率测量系统由三电极夹具、Keithley 6517b静电计和配有液氮冷却的烘箱构成。测量所用的样品为直径100 mm的PC圆片，测量前样片表面经过充分打磨处理。用此系统对25~105 ℃下3D打印PC样片的体积电阻率进行测量，测量待温度达到设定值15 min后进行，以保证测量过程中样品温度恒定。

测量击穿场强所用的样品为直径100 mm的PC圆片，实验方法参照GB/T 1408.1—2016^[17]。其中，测试电极使用直径为25 mm的球–球电极，测试时样品整体浸没于纯净的绝缘油中。

1.2.2 环保型支撑绝缘子的3D打印制造

在对3D打印PC材料的电学性能进行研究后，为实现环保型支撑绝缘子的制造，本文以前述的PC丝材为原料，以剥离型支撑材料(HIPS)作为支撑结构原料，使用3D打印机(型号FUMMAT PRO 410)制造支撑绝缘子。绝缘子的几何模型参考市场常售的ZJ–10Q 65×130型10 kV开关柜支撑绝缘子进行设计，其外形尺寸如图 2所示。为保证良好的打印质量，打印时将主体打印喷头温度设定为280 ℃，辅助喷头(打印支撑结构)温度为250 ℃，同时为防止打印件由于环境温度较低产生翘曲变形，设定打印平台温度为100 ℃，并保持恒温腔室温度为90 ℃。除打印温度外，3D打印工艺参数的选取也会对打印样品电学性能造成一定影响。如打印平面垂直于电场方向的样品相比于打印平面平行于电场方向的样品具有更高的击穿场强^[18]。本文环保型支撑绝缘子的工艺参数如表 2所示，其均为3D打印中常用的参数，从而保证了研究结果的可参考性。

除了绝缘主体的制造外，金属嵌件的加装对于绝缘子的制造也至关重要。本文将金属嵌件加热至260 ℃后，采用热压的方法实现了绝缘子金属嵌件的安装。与传统埋入式嵌件不同的是，本文嵌件的端部增加了一个直径较大的伞盖状结构，这不仅可以更好地保护绝缘子，而且可以起到类似均压罩的作用，减少绝缘子内部电场的不均匀程度。

1.2.3 环保型支撑绝缘子的电学性能测试

为评估3D打印制造的环保型支撑绝缘子的电学性能，本文测试了绝缘子的闪络电压与局部放电特性。其所用的局放/闪络测试平台如图 3所示，测量均在室温常压空气氛围中进行。闪络电压测试过程中保持升压速度约为2 kV/s，直至发生闪络。测试时环境温度为15.5 ℃，相对湿度为32%。

绝缘子的局部放电特性由局部放电测试系统测量。其中绝缘子上下加装均压环以避免线路出现局部放电，影响测试结果。绝缘子的局部放电起始电压(partial discharge inception voltage, PDIV)通过分段升压的方式进行测量，在电压接近PDIV时取0.1 kV为升压步长以保证测量的准确性。当60 s内检测到10次以上的局部放电信号时，记录此时外施电压为PDIV。随后继续升压，得到绝缘子的局部放电脉冲相位分布(phase resolved partial discharge, PRPD)谱图。

2 实验结果 2.1 3D打印聚碳酸酯样片的介电谱特性

图 4(a)为3D打印PC样片和热压PC样片在25~105 ℃的相对介电常数(ε_r)频谱曲线。由图 4可知，3D打印PC的ε_r随频率变化较小，在25 ℃下，频率从0.1 Hz变化至10 kHz时，其ε_r仅改变约0.1。随着温度的升高，3D打印PC的ε_r缓慢增大，当频率约为46 Hz，温度由25 ℃上升至105 ℃时，ε_r从3.38增大至3.52，仅变化了约4%，可见3D打印PC材料的相对介电常数数值稳定，温度依赖性较弱。热压PC的ε_r随频率和温度的变化则更小，在测量条件下其值均在3.29~3.34之间。

图 4(b)所示为3D打印PC样片和热压PC样片在25~105 ℃的介质损耗频谱曲线，由图 4可知，在25 ℃、46 Hz时，3D打印PC的tanδ约为0.005 5，介质损耗较低。随着温度的升高，其tanδ逐渐增大，当温度为105 ℃，频率约为46 Hz时，3D打印PC的tanδ增至0.009 4。可见3D打印PC在高温和频率接近工频的条件下仍能保持较低的介质损耗水平，满足应用于电气绝缘的性能要求。对于热压PC，其tanδ随着温度的升高增长较小，在测量范围内其值均小于0.006。

2.2 3D打印聚碳酸酯样片的体积电阻率

3D打印PC样片和热压PC样片在25~105 ℃时体积电阻率的测试结果如图 5所示。常温时，3D打印PC的体积电阻率约为3.8×10¹⁵ Ω·cm，随着温度的上升，其体积电阻率逐渐下降，当温度达到105 ℃时，其体积电阻率约为0.9×10¹⁵ Ω·cm。可见在高温状态下3D打印PC仍能够保持较高的体积电阻率。热压PC在常温下的体积电阻率约为3.4×10¹⁶ Ω·cm，当温度达到105 ℃时，其体积电阻率约为1.0×10¹⁵ Ω·cm。

2.3 3D打印聚碳酸酯样片的击穿场强

图 6为3D打印PC样片和热压PC样片的交流击穿场强测试结果，图中散点为每种样品的12组测量数据，直线为威布尔(Weibull)分布拟合线。可见3D打印PC和热压PC的击穿场强均符合威布尔概率分布。3D打印PC击穿场强的所有测量结果均在40 kV/mm之上，其尺度参数α约为43.5 kV/mm，热压PC的尺度参数α则约为47.7 kV/mm。

2.4 3D打印支撑绝缘子的闪络电压

与传统制造方法不同的是，FDM 3D打印是一种逐点逐层累积成型的制造方式，因此，其制件表面往往呈现层状结构，较为粗糙。为了更深入地研究3D打印环保型支撑绝缘子的沿面耐电特性，本文对同一个样品在表面抛光处理前后两种不同状态下的闪络电压进行了测试。同时，作为对比，本文也测试了开关柜用10 kV环氧支撑绝缘子的闪络电压。需要说明的是，本文采用了化学抛光的方式对3D打印环保型支撑绝缘子进行表面抛光处理，所用的化学抛光剂为二氯甲烷，通过将试样浸入抛光剂3~5 s完成抛光。其原理为3D打印PC绝缘子的表面和化学抛光溶剂接触后会发生溶解，溶解后的塑料流动将绝缘子表面粗糙的区域填平，溶剂蒸发后即达到了表面抛光的效果^[19]。由于二氯甲烷的在室温下具有很强的挥发性，因此处理后的制件表面少有化学抛光溶剂残留。相比于数控加工、表面打磨等物理抛光方式，本文采用的化学抛光方式耗时更短且操作便捷。如图 7所示为化学抛光处理前后3D打印环保型支撑绝缘子的表面对比，可见化学抛光处理后绝缘子表面粗糙度显著降低。

图 8显示了抛光前后3D打印环保型支撑绝缘子和传统环氧树脂支撑绝缘子的闪络电压测试结果，由图可知，绝缘子闪络电压均符合威布尔概率分布，其中抛光前3D打印环保型支撑绝缘子闪络电压的尺度参数α=65.9 kV，抛光后3D打印环保型支撑绝缘子的闪络电压得到一定提升，其尺度参数α=69.7 kV，传统环氧材料支撑绝缘子闪络电压的尺度参数α=78.8 kV。

2.5 3D打印支撑绝缘子的局部放电

为对3D打印环保型支撑绝缘子的局部放电特性进行评估，本文测试了抛光后3D打印环保型支撑绝缘子和传统环氧支撑绝缘子的局部放电特性，并对二者加以对比。其中抛光后3D打印环保型支撑绝缘子的PDIV约为36.1 kV，其在37.8 kV处的PRPD谱图如图 9(a)所示。可见当外施电压超过3D打印环保型支撑绝缘子的局部放电起始电压后，其局部放电量增长较快，在37.8 kV时放电量主要分布在0~96 pC。传统环氧支撑绝缘子的PDIV则约为34.2 kV。其在35.8 kV处的PRPD谱图如图 9(b)所示，此时局部放电量大多在4 pC以内，增长较少。

由以上测试可见，3D打印环保型支撑绝缘子局放起始电压达到36.1 kV，工频闪络电压为69.7 kV，均远高于其运行时的额定电压(约5.8 kV)。此外，为进一步评估3D打印环保型绝缘子的可应用性，本文依据GB/T16927.1—2011^[20]和GB.T8287—2008^[21]标准要求对其进行了3次1 min工频耐压测试(42 kV)，实验时无明显的放电破坏发生，3次测试均安全通过。测试结果表明3D打印环保型绝缘子满足10 kV开关柜工频耐压的应用标准要求，具有一定实用潜力。

3 电学性能分析 3.1 聚碳酸酯3D打印样片的电学性能分析

为了更好地对3D打印PC材料进行分析，本文将3D打印PC和目前支撑绝缘常用的环氧树脂材料的电学性能进行了对比，其结果如表 3所示。表中环氧树脂和环氧/氧化铝复合材料的电学性能均来自相关文献^[22-26]。环氧/氧化铝复合材料的氧化铝填料体积分数约为40%，与工业制造所用的配比相符。

对比分析可知，3D打印PC的ε_r与环氧树脂几乎相同，低于环氧/氧化铝复合材料。这是由于氧化铝填料的加入使得复合材料的ε_r提升。同时，其tanδ与两种环氧树脂材料的tanδ相近，且3D打印PC和环氧树脂材料一样均具有较高的体积电阻率(达到10¹⁵ Ω·cm及以上量级)与击穿场强(均高于35 kV/mm)。可见3D打印PC具有与环氧树脂材料相当的良好电学性能。

此外，本文的测试结果表明，3D打印PC的电学性能与热压PC的电学性能具有一定差异。与热压PC相比，3D打印PC具有更大的ε_r和tanδ。这是由于：(1)为更好地适应3D打印工艺的需求，3D打印PC中往往添加了一定的增塑剂，这些增塑剂增加了分子链的可动性，从而使PC分子链段在电场作用下的极化和弛豫过程得到增强。除此之外，增塑剂分子含有的极性基团也会使材料的极化增强。(2)FDM 3D打印由线至面至体的累积成型过程使3D打印样品中存在较多界面(层–层之间和线–线之间)。这导致3D打印PC具有更强的界面极化^[27]，从而增大了3D打印PC的ε_r和tanδ。3D打印PC相比于热压PC体积电阻率有所下降，这主要是由于3D打印PC中添加的增塑剂含有的极性基团在电场作用下会对聚合物的弱束缚离子电导起到增强的作用，故3D打印PC具有更低的体积电阻率。

3D打印PC样片的击穿场强约为43.5 kV/mm，略低于热压PC的击穿场强(约47.7 kV/mm)。击穿场强的降低主要是由于FDM 3D打印件内部存在气隙缺陷，研究表明这种缺陷难以完全消除，但可以通过优化打印参数和后处理等方式减少此类缺陷。例如在保证表面质量的前提下增大挤出倍数、适当加厚打印模型的壁厚^[28]、选用45°/-45°打印的填充方式^[29]、减小打印件层厚以及对打印件进行超声处理等^[30]，从而改善其对击穿强度的影响。3D打印的气隙缺陷对击穿破坏的方式同样产生了一定影响。如图 10(a)所示为3D打印PC样片击穿处的光学放大图像，可见电击穿造成了较大范围的损伤，其中包括贯穿破坏和沿3D打印层间缺陷发展的破坏。如图 10(b)为3D打印PC样片击穿通道的X射线三维扫描图，可见其击穿通道呈现曲折发展，通道长度明显大于样片厚度。

3.2 3D打印环保型绝缘子沿面耐电强度分析

有研究表明，沿面最大电场强度(E_max)是影响绝缘子沿面闪络放电的主要因素。沿面闪络电压与E_max相关性很大，随着E_max的增加，闪络电压会逐渐降低^[31]。未经抛光处理的3D打印环保型绝缘子表面较为粗糙，在三结合点附近处局部形状的凹凸不平和3D打印件特有的层状结构容易加剧此处的场强畸变，导致E_max进一步增大，绝缘子的闪络电压降低^[32]。因此，表面抛光处理后绝缘子的闪络电压比抛光处理前绝缘子的闪络电压提升约5.8%。可见，通过表面抛光的方法，可以改善3D打印表面层状结构带来的闪络电压降低问题。

3D打印环保型绝缘子和传统环氧绝缘子的嵌件结构有所差异，前者比后者的沿面爬电距离约短40 mm。本文以图 11中连线的长度近似作为闪络通道长度，估算两者的平均闪络场强，用于绝缘子的沿面耐电性能分析。其中，3D打印环保型绝缘子(抛光后)为0.487 kV/mm，而传统环氧绝缘子为0.431 kV/mm。可见3D打印环保型绝缘子的平均闪络场强比传统环氧绝缘子更高，即3D打印环保型绝缘子的沿面耐电性能相比于传统环氧绝缘子有所提升。这是由于绝缘子材料的ε_r不同导致的，传统环氧绝缘子采用环氧/氧化铝复合材料，其ε_r高于PC材料；绝缘子基体材料ε_r越小，则三结合点处E_max越小。

对结构相同(同为环保型支撑绝缘子的结构)，但基体材料ε_r不同的10 kV支撑绝缘子的高压电极–绝缘子–空气氛围三结合点附近区域进行有限元仿真，外施电压为10 kV。仿真结果如图 12所示，可见，当ε_r=3.38时(模拟3D打印PC)，其三结合点处E_max约为1.1 kV/mm，而ε_r=6时(模拟工业制造用环氧/氧化铝复合材料)三结合点处E_max达到约1.8 kV/mm。因此ε_r低的3D打印环保型绝缘子沿面耐电绝缘性能更好。

3.3 3D打印环保型绝缘子局部放电特性分析

由局部放电测量结果可知，3D打印环保型绝缘子的局部放电起始电压略高于传统环氧绝缘子，但电压超过局放起始电压后，局部放电量增长较快。观察图 9发现，放电多发生在电压上升沿，且正负半周图像对称性较好，这表明3D打印环保型绝缘子的PRPD谱图具有典型的气隙放电特征^[33]。为此，本文利用奥影AX2000高精度工业CT对3D打印环保型绝缘子进行扫描分析，如图 13所示，可见气隙的主要来源为嵌件与绝缘子界面处的缺陷和绝缘子内部的3D打印缺陷。其中嵌件与绝缘子界面处的缺陷以尺寸较大的孔洞为主，而绝缘子内部的3D打印缺陷则多为尺寸较小的孔隙和缝隙。

对绝缘子内部3D打印缺陷进行电场分析，由于内部缺陷以孔隙和缝隙为主，且尺寸较小，横截面孔径几乎均在30~200 μm^[34]。因此可将其简化为电偶极子模型进行分析，简化模型如图 14所示。其中孔隙缺陷可视为一个电偶极子，缝隙缺陷则可视为一列电偶极子。电偶极子在球坐标系下的电场分布可用下式表示

$ \left\{ \begin{array}{l} {E_{\rm{r}}} = \frac{p}{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{\varepsilon _0}}}\frac{{\cos \theta }}{{{r^3}}}\\ {E_{\mathtt{θ}}} = \frac{p}{{4{\rm{ \mathsf{ π} }}{\varepsilon _0}}}\frac{{\sin \theta }}{{{r^3}}}\\ {E_{\mathtt{φ}}} = 0 \end{array} \right. $

(1)

式中：E_r、E_θ和E_φ为球坐标系下的电场强度；p为电偶极矩，为电偶极子矢径l和电量q的乘积；r、θ和φ为球坐标系下的位置坐标；ε₀为真空介电常数。

由电场叠加定理知，在绝缘子内，某一缺陷(命名为缺陷a)内部的电场E₀由3部分组成：电极上自由电荷和电极–介质界面处极化电荷在缺陷a内产生的电场E₁，绝缘子体内其余缺陷表面的极化电荷在缺陷a内产生的电场E₂，缺陷a自身界面处极化电荷在缺陷a内的电场E₃。根据切片软件计算，3D打印环保型绝缘子100%填充时的理论质量约为404 g，而打印成品的实际质量约为387 g，由此可知3D打印环保型绝缘子的孔隙率仅为约4.2%，有缺陷和无缺陷时绝缘子基体材料的相对介电常数相差很小，因此带来的E₁的变化可以忽略不计。

当任意两个缺陷距离较大时，缺陷间电场的相互影响将变得较为微弱^[35]。由图 15可知，3D打印缺陷之间存在着与缺陷自身尺寸相比较长的距离。以孔隙缺陷为例，在4.2%的孔隙率下，若以体心立方模型进行估计，两对电偶极子之间的最小距离约为偶极子矢径长度的2.5倍。如图 15所示，称这两对电偶极子为电偶极子Ⅰ和电偶极子Ⅱ。照式(1)计算，此时电偶极子Ⅰ在电偶极子Ⅱ中心处产生的场强仅为电偶极子Ⅱ在自身中心产生场强的1.1%。当缺陷之间的距离更大时，此电场将以三次方衰减至更小，可以忽略不计。作为估算，以1个元胞8个顶点处电偶极子在体心电偶极子中心产生的电场作为前文所述的E₂，体心电偶极子在自身中心产生的电场作为前文所述的E₃，此时E₂约为E₃的8.8%。对于缝隙缺陷，其与孔隙缺陷相同，均可用电偶极子模型描述。因此在缺陷之间的距离较长时，同样会有E₂相比于E₃较小的结论，即E₂仅占E₀的一小部分。综上可见，可以用仅有缺陷a一个缺陷时的E₀近似代替真实3D打印模型的E₀进行分析。

以缝隙缺陷为例，如图 16所示为环保型绝缘子的3D打印缺陷内部场强E的有限元仿真结果。其中缝隙缺陷用直径0.1 mm，长20 mm的圆柱近似代替。可见外施电压为38 kV时，在电场畸变较为严重的嵌件圆弧和三结合点附近，3D打印缺陷内部场强的最大值分别约为1.68 kV/mm和1.57 kV/mm，均低于3 kV/mm的空气击穿场强。因此，此时绝缘子内部3D打印缺陷对局部放电的影响较小。

根据三维成像扫描的测试结果，以图 15中嵌件与绝缘子界面处的缺陷为例进行电场有限元仿真，其中嵌件和缺陷的外形均进行了简化近似处理，且施加电压为38 kV。如图 17所示，可见缺陷内部的场强显著增大，最大场强达到约3.56 kV/mm。缺陷在紫线区域内的场强均高于3 kV/mm的空气击穿场强，由此可判断，嵌件与绝缘子界面处缺陷对局部放电的影响较大，可能是导致绝缘子在外施电压超过局部放电起始电压时，局部放电量增长较快的主要原因。因此，在后续的研究中，应该对嵌件的几何外形进行优化，并对安装工艺进行改进(如对嵌件进行涂胶处理等)，以达到消除嵌件和绝缘子界面处缺陷的目的，从而进一步提升3D打印环保型绝缘子的电学性能。

4 结论

1）3D打印聚碳酸酯材料的电学性能优异，其介电特性、电阻特性和击穿场强均与目前支撑绝缘子常用的环氧材料相当，因此，3D打印聚碳酸酯材料可以满足支撑绝缘子材料对电学性能的要求。

2）本文制造的3D打印环保型支撑绝缘子局部放电起始电压和闪络电压分别为36.1 kV和69.7 kV，均远高于其运行额定电压(5.8 kV)，并与传统10 kV开关柜环氧树脂支撑绝缘子的性能相接近。其耐电性能满足相关标准要求，具有走向实际应用的潜力，后续将进行长期带电测试，以进一步深入研究并推动其走向应用。

3）与工程应用数十年的环氧绝缘子相比，3D打印环保型支撑绝缘子的制造工艺尚不成熟，仍需改进提升。通过电气性能分析发现，3D打印的表面层状结构、内部孔隙和嵌件安装缺陷等工艺问题制约了3D打印环保型绝缘子电气性能的进一步提升。其中表面层状结构会导致绝缘子闪络电压降低，内部孔隙会减小击穿强度，而嵌件安装缺陷则对局部放电量影响较大。

4）目前表面层状结构可以采用表面抛光处理的方式消除。在后续的研究和制造中，打印件的内部孔隙缺陷，可以尝试采用优化打印参数(如增大挤出倍率和减小层厚)、对打印件进行超声后处理等方法改善，而嵌件安装缺陷则应采用涂胶处理或利用环氧粘接等方式予以消除，从而进一步提升3D打印环保型绝缘子的电学性能。