一种3D打印立体光刻快速成型光敏树脂的制备及性能研究.pdf

24100
2014年第24期(45)卷
文章编号:1001-9731(2014)24-24100-05
种3D打印立体光刻快速成型光敏树脂的制备及性能研究
黄笔武,谢王付,杨志宏
(南昌大学材料科学与工程学院,南昌330031)
摘要;报道了一种应用于3D打印立体光刻快速基型光树脂,它的光预聚物是内烯酸酯预聚物,它
成型的3DPSL-1型光敏树脂制备方法,并对该光敏树的引发剂是自由基型引发剂。自由基型引发剂在紫外
脂性能进行了研究。研究结果表明,该光歙树脂透射深光的作用下分解出自由基,自由基引发丙烯酸酯的π
度(D,)为0.14mm,临界曝光量(Ec)为1.1mJ/cm2键(也称为双键)断裂,分子间一个接一个的互相聚合,
30℃时,黏度为359mPa?s。在25℃,3DPSL-1型成为分子量较大的高分子化合物。自由基型光敏附脂
光敘树脂密度为1.17g/cm3,固化后的密度为的主要优点是光敏性好,但聚合时收缩率较大,制造
1.21g/em3,固化体积收缩率为3.31%。该光敏树脂的零件精度差,易翘曲变形,精度难于满足要求,最终
固化物样条拉伸强度为21.0MPa,弹性模量为还是逐渐被自由基阳离子混杂型光敏树脂所取代
1108.2MPa,断裂仲长率为10.6%,该固化物的玻璃1995年以后的商品化的3D打印立体光刻快速成型光
化温度为47℃。把该光敏树脂作为打印材料应用于敏树脂,它的光敏预聚物既含有丙烯酸酯乂含有环氧
3D打印立体光刻快速成型设备上制作了活动钳子这树脂,它的光放引发剂既含有自由基型引发剂又含有
个零件,其制作效果較好。该光敏树脂的研制将对推阳离子型引发剂,自由基型引发剂在紫外光的作用下
动国内3D打印立体光刻快速成型技术的进一步发展分解出自由基引发丙烯酸酯聚合,阳离子型引发剂在
起到较好的积极作用
紫外光的作用下分解出质子酸,质子酸引发环氧树脂
关键词:3D打印;立体光刻快速成型;光敏树脂;性进行开环聚合,它的收缩率较丙烯酸酯的双键断裂聚
能;紫外激光
合的收缩小,因此,这类自由基-阳离子混杂型光放树
中图分类号:TN249
文献标识码:A脂制造的零件精度明显较自由基型光放树脂好。现
DOI:10.3969/j.isn.1001-9731.2014.24.02
在,美国 Huntsman公司和 DSM SOMOS公司生产的
光放树脂即为自由基-阳离子混杂型光敏树脂4的
紫外光器}
3D打印也可称为增材制造技术13,3D打印的出
升降合
现使制造复杂零件变得简单和快捷。目前,比较成熟
刮板
的3D打印工艺6主要有“熔丝沉积快速成型”,“纸叠
工作平面
层快速成型”,“选择性激光烧结快速成型”和“立体光
琴件
刻快速成型”。最早、最广泛用于工业上的3D打印工
树脂
艺是立体光刻快速成型8,它是利用计算机控制紫外
图1立体光刻快速成形工艺原理图
激光在光敏树脂液面上按二维截而的形状逐点扫描,
使树脂固化,固化后的树脂便形成一个二维图形,如此
Fig 1 Stereolithography process scheme
逐层扫描,固化,最終即可得到完整的三维实体(俗称:
在国内,生产3D打印立体光刻快速成型设备的
单位主要有西安交通大学先进制造技术研究所、上海
零件),其工艺原理见图1。零件质量的好坏主要取
决于光敏树脂性能的好坏,开发性能好的光敏树脂是联泰公司和华中科技大学快速成型中心。这几个单位
3D打印立体光刻快速成型技术研究热点。3D打并发的立体光刻快速成型设备性价比已达到了美国
印立体光刻快速成型技术的光敏树脂实际上是紫外光3 D Systems公司的设备水平。但是,直到现在,和它
固化树脂应用的进一步延伸,紫外光固化树脂的制备们设备配套的光敏树脂仍然大部分需要进口美国公司
的光敏树脂。在我国其它从事3D打印立体光刻快速
和性能国内外研究报道颇多。
成型工艺的公司,现在也基本上都是进口美国DSM
在国外应用于3D打印立体光刻快速成型的光敏
树脂发展到现在大致可分为两种类型,早期即1988
SOMOS公司和 Huntsman公司的光敏树脂,其进口
1995年商品化的立体光刻快速成型光敏树脂是自由价高达每公斤1400元人民币。因此,对于3D打印立
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项口(2002AA6Z3083):南昌市科技局基金资助项日(2013HZC(007)
收到初稿日期:2014-05-13
收到修改稿日期:2014-07-24
通讯作者:黄笔武,E-mail: hbwixnc( a sina,com
作者简介:黄笔武(1964-),男,湖南岳阳人,教授,博士,主要从事高分子功能材料研究