光敏树脂3D打印材料的应用研究

3D打印是一种添加剂制造方法。与传统的机械加工减料制造技术相比,它是制造领域的技术革命,展示了新时期个性化创造的活力和潜力。3D打印技术起源于美国。这项新技术的出现不仅给了创新主体一个全新的视角,也吸引了公众的关注。3D打印技术在20世纪末逐渐普及,也被称为第三次工业革命的重要标志之一。该技术可应用于生产加工、建筑工程等领域。利用该技术制造材料,不需要加工模具和大型机械设备,甚至不需要在大型工厂生产。3D打印技术将改变社会发展方向,极大地丰富人类社会的生活方式。3D打印材料的制备技术、生产材料的设备结构和获得材料的具体性能都与材料有关。材料不仅决定了3D打印的应用趋势,也决定了3D打印的发展方向。目前,3D打印材料包括聚合物、金属和陶瓷,近年来出现了一些新材料—-光敏树脂材料。

光敏树脂材料

光敏树脂材料是一种常见的3D打印材料,常见的UV树脂是一种可用于3D打印的光敏树脂材料。

光敏树脂材料一般为液体,是由光引发剂和单体或预聚合物组成的材料,主要由共聚物、添加剂和稀释剂组成。添加光引发剂,通过一定波长的紫外线照射,可以引起共聚物的聚合反应,固化液态光敏树脂材料。这个过程被称为液态光固化树脂过程,常用于立体光固化3D打印技术。光敏树脂材料的性能类似于ABS树脂,具有机械强度高、无挥发性气味、适用范围广、易于储存等特点。而且光敏树脂材料制备工艺短,易于固化,成型精度高,表面效果好,适用于光固化(SLA)快速成型设备。在250~300nm的激光或紫外线照射下,光敏树脂材料中存在的光引发剂吸收紫外线,形成激发分子,然后迅速分解,触发光敏树脂中的聚合物发生聚合反应。整个过程时间短,光敏树脂材料可以在短时间内固化。为了改善固化,可以使用3D打印设备对光敏树脂材料进行逐层扫描和堆叠,从而获得预期的3D打印产品,实现设计模型的现实化。利用该技术获得的光敏树脂材料,可以生产出成型精度高的3D打印产品。从上面可以看出,UV树脂材料有很多优点,是一种非常适合3D打印的光敏树脂材料。该材料获得的产品表面精度高,可以展示更好的3D打印产品细节,获得的产品表面细腻,适用于精密材料加工,尤其是精密零件和铸模制造行业。然而,它也有缺点。例如,与大多数聚合物相比,UV树脂的生产成本更高,是聚合物领域的贵族。因此,高昂的制备成本在一定程度上限制了UV树脂材料在3D打印领域的发展。

目前,光敏树脂材料在3D打印材料领域的应用研究很多,但商业领域大规模应用的报道很少。可见光敏树脂3D打印材料的商业化还有很长的路要走。除UV树脂外,酸酐、PUA、乙烯基酯树脂等也是广泛使用的光敏树脂材料。特别是酸酐,由于酸酐粘度适中,有利于3D打印过程中的成型过程,因此受到研究者的青睐。但酸酐材料机械强度低,基材打印的3D打印材料成型度低,硬度高,易收缩,不利于获得理想尺寸的模型;相比之下,PUA材料表现出良好的光学性能,耐磨性和韧性也较好。但PUA材料在某些方面也表现出劣势,聚合过程难以控制,着色度难以控制和调节;乙烯基酯树脂材料化学稳定性好,机械强度高,成型材料不易收缩,是较好的光敏树脂3D打印材料。但乙烯基酯树脂材料粘度高,流动性差,聚合时间长,不利于成型,给3D打印过程带来一定困难,影响产品成型加工。由此可见,酸酐、PUA、乙烯基酯树脂材料都有自己的特点,既有优点也有缺点。因此,在3D打印材料的选择过程中,为了获得适合应用的光敏树脂材料,扬长避短,充分发挥材料的优势,将不同的材料按一定比例混合使用。