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东莞谢岗3D打印与改性光敏树脂简介

来源网络2021-08-09 19:32:25行业资讯人已围观

简介3D打印是近几十年来发展的一项新技术，已被越来越多的人所接受。光固化快速成型技术（SLA）是3D打印领域中发展最早，最成熟的技术。受国外技术垄断的制约，国内无法自主生产高性能的

3D打印是近几十年来发展的一项新技术，已被越来越多的人所接受。光固化快速成型技术（SLA）是3D打印领域中发展最早，最成熟的技术。受国外技术垄断的制约，国内无法自主生产高性能的光敏树脂，这导致了光固化快速成型技术在国内发展缓慢。光敏树脂的短缺已成为限制我国光固化快速成型技术的瓶颈，光敏树脂国产化显得尤为重要。为制备高性能的光敏树脂，进行了如下工作：（1）对混杂型光敏树脂体系进行了详尽的研究，确定了不同组分对树脂粘度，收缩率，力学性能，凝胶含量及固化厚度的影响。通过对比不同种类的引发剂、稀释剂和低聚物确定了混杂型光敏树脂各组分的种类和含量。（2）对光敏树脂进行了优化。通过对光敏树脂后固化现象的研究发现当后固化温度为70℃，后固化时间为8小时时，凝胶含量可提升20%左右。光敏剂蒽的加入可以提高凝胶含量。经红外表明当添加量为0.07%时效果最好。二氧化硅可有效降低树脂收缩率。当添加1%二氧化硅后，树脂的收缩率下降至5.45%，拉伸强度升高了约20%。二氧化钛可以提高光敏树脂的临界曝光量，提高树脂的储存稳定性。（3）为解决光敏树脂收缩率大的问题，通过两步法合成一种3,9二羟甲基-3’,9’二乙基-1,5,7,11-四氧螺杂[5,5]十一烷的膨胀单体。对合成产物进行了红外和核磁的表征确定了产物的结构。通过测定树脂的收缩率和拉伸强度等性能，确定膨胀单体的添加量为10%。

3D打印简介广义的3D打印又称增材制造技术或快速成型技术（RP），是一种以数字文件为基础，使用微米级粉末状金属、热塑性塑料或液体光敏树脂等可粘合材料，通过逐层打印成型的方式来构造立体物体的技术。1986年美国人CharelsW.Hull.Chareles设计出了一款能够自动制造零件的系统，人们称之为Stereolithography，这正是3D打印的雏形。此后各种成型方式被相继开发出来。与受迫成形（锻造成形）和去除成形（切削成形）相比，3D打印是基于材料离散/堆积原理和数据模型分层处理方法进行成型，首先将实物转变为计算机所能识别的数字三维立体信息模型，然后利用电脑软件对输入进来的数字三维立体模型进行分层切片处理，将三维立体数字模型分割成为若干具有一定厚度的近似平面模型，即把原来的立体三维数字模型变成一系列的薄层片，计算机控制相关软件以片层数字信息为依据指导打印机进行工作，通过层层叠加的方式制造样件。与传统制造技术相比，3D打印有许多突出的优点：由数据模型可直接得到样件，中间不需要进行额外的处理，样件制造周期短；可制作传统成型方法所不能制造的复杂结构样件；材料浪费少，基本无边角料，未使用的材料可以多次重复使用等。正是由于拥有众多独特的优点，3D打印在世界范围内发展迅速，成为各国的研究热点。 3D打印的应用

机械制造：3D打印技术可直接制造能应用于飞机上的零件、高强度自行车、步枪、赛车用零件等。

医疗行业：在医学领域，3D打印在医疗器材方面发挥独特优势，其中假牙，股骨头、膝盖等打印技术被广泛应用，技术也日臻成熟。

建筑行业：3D打印的建筑模型以其速度快，成本低廉，效率高等优点被建筑设计者们所接受，其打印的模型不仅完全合乎设计者的要求还能使设计者发现潜在的设计风险。

汽车制造行业：在国外3D打印技术已经开始为汽车制造前期试验用的自动变速箱上的实验壳体。汽车会将实验样品的变速箱置于不同条件下进行测试，从而得出设计的不足。在汽车试验阶段还有很多零件可以用3D打印技术制作。等测试合格后模型定型，制造模具，然后按照传统制造方法进行批量规范化生产。这样研发周期缩短，研发成本降低。

光敏树脂的组成光敏树脂是指在紫外光的激发下能表现出特殊功能的树脂材料。本文中所说的光敏树脂指的是光固化快速成型技术所用的液体原材料。一般情况下，反应性低聚物（又称齐聚物）、活性稀释剂（又称反应性单体）、光引发剂以及填料颜料等助剂等共同组成光敏树脂。
光引发剂光引发剂（photoinitiator，PI）是光敏树脂重要的组成部分，它对光敏树脂的反应速度起决定作用。通常光引发剂的添加量为光敏树脂基体质量（低聚物与稀释剂质量之和）的3%-8%。根据光引发剂吸收辐射能的不同，光引发剂分为两种类型，一种为紫外光引发剂（吸收波长为250nm-420nm）另一种为可见光引发剂（吸收波长为400nm-700nm）；根据引发剂受光照射后产生的活性中间体的不同，可将光引发剂分为自由基型光引发剂和阳离子型光引发剂两大类，其中自由基型光引发剂又可根据产生活性自由基的机理不同分为裂解型自由基光引发剂和夺氢型自由基光引发剂两种。下面为几种常见的自由基型光引发剂和阳离子型光引发剂。（1）2-甲基-1-（4-甲巯基苯基）-2-吗啉-1-丙酮（907）907为白色到浅褐色的粉末，在常见的稀释剂中可以迅速溶解，经紫外光照射后可分解产生对甲巯基苯甲酰自由基与吗啉异丙基自由基。两者都有较高的引发活性。907耐黄变性差，在无色光敏树脂中的应用受到限制，但与硫杂蒽酮类（IT）光引发剂共用于有色的固化体系中可以取得很好的配合效果。907分解产物为含硫化合物，固化产物中有较明显的异味，限制了在光敏树脂中的应用。（2）α，α-二甲氧基苯偶酰缩酮（1065或651、BDK）1065为白色粉末，熔点为64℃-67℃，在常见的稀释剂中有较好的溶解性。1065吸收紫外光后会裂解生成引发活性高的苯甲酰自由基和活性较低的二甲氧苯基自由基，其中二甲氧苯基自由基不稳定可以继续裂解成甲基自由基和苯甲酸甲酯，甲基自由基又可以引发反应。1065具有很高的反应活性被广泛应用，但是因产物中有醌式结构使固化物易变黄。（3）1-羟基环基苯甲酮（184）184为白色到月白色的结晶性粉末，有良好的溶解性。184经紫外光照射后会生成苯甲酰自由基与羟基环己基自由基两种活性体，两者都是高反应活性的自由基。由于在1-羟基环己基苯甲酮分子结构中苯甲酰基的邻位没有α-H，因此184具有优异的热稳定性。因分子结构中没有取代苄基结构，使得184具有良好的耐黄变性，被大量应用在光固化清漆中。（4）2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦（TPO）2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦（TPO）为淡黄色的粉末，在活性稀释剂中有优异的的溶解性。见光可分解为二苯基膦酰活性自由基与三甲基苯甲酰基活性自由基两种。

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