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3D打印光固化成型材料

  3D打印SLA技术成形速度较快,精度较 高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。
  
  1、3D打印光固化材料的应用
  
  制作各种树脂样品或功能件,用作结构验证和功能测试;
  
  制作精细零件;
  
  制作有透明效果的制件;
  
  快速模具的母模,翻制各种快速模具;
  
  代替熔模精密铸造中的消失模用来生产金属零件。
  
  2、光固化成形树脂需具备的特性
  
  粘度低,利于成型树脂较快流平,便于快速成型。
  
  固化收缩小,固化收缩导致零件变形、翘曲、开裂等,影响成型零件的精度,低收缩性树脂有利于成型出高精度零件。
  
  湿态强度高,较高的湿态强度可以保证后固化过程不产生变形、膨胀及层间剥离。
  
  溶涨小,湿态成型件在液态树脂中的溶涨造成零件尺寸偏大;
  
  杂质少,固化过程中没有气味,毒性小,有利于操作环境。
  
  3、光固化成形树脂的组成及固化机理
  
  应用于SLA技术的光敏树脂,通常由两部分组成,即光引发剂和树脂,其中树脂由预聚物、稀释剂及少量助剂组成。
  
  当光敏树脂中的光引发剂被光源(特定波长的紫外光或激光) 照射吸收能量时,会产生自由基或阳离子,自由基或阳离子使单体和活性齐聚物活化,从而发生交联反应而生成高分子固化物。
  
  4、SLA树脂的收缩变形
  
  树脂在固化过程中都会发生收缩,通常线收缩率约为3%。从高分子化学角度讲,光敏树脂的固化过程是从短的小分子体向长链大分子聚合体转变的过程,其分子结构发生很大变化,因此,固化过程中的收缩是必然的。
  
  从高分子物理学方面来解释,处于液体状态的小分子之间为范德华作用力距离,而固体态的聚合物,其结构单元之间处于共价键距离,共价键距离远小于范德华力的距离,所以液态预聚物固化变成固态聚合物时,必然会导致零件的体积收缩。
  
  5、SLA的后固化
  
  尽管树脂在激光扫描过程中已经发生聚合反应,但只是完成部分聚合作用,零件中还有部分处于液态的残余树脂未固化或未完全固化(扫描过程中完成部分固化,避免完全固化引起的变形) ,零件的部分强度也是在后固化过程中获得的,因此,后固化处理对完成零件内部树脂的聚合,提高零件最终力学强度是必不可少的。后固化时,零件内未固化树脂发生聚合反应,体积收缩产生均匀或不均匀形变。
  
  与扫描过程中变形不同的是,由于完成扫描之后的零件是由一定间距的层内扫描线相互粘结的薄层叠加而成,线与线之间、面与面之间既有未固化的树脂,相互之间又存在收缩应力和约束,以及从加工温度(一般高于室温) 冷却到室温引起的温度应力,这些因素都会产生后固化变形。但已经固化部分对后固化变形有约束作用,减缓了后固化变形。
  
  零件在后固化过程中也要产生变形,实验测得零件后固化收缩占总收缩量的30%~40%。
  
  6、SLA材料的发展
  
  (1) SLA复合材料
  
  SLA光固化树脂中加入纳米陶瓷粉末、短纤维等,可改变材料强度、耐热性能等,改变其用途,目前已经有可直接用作工具的光固化树脂;
  
  (2) SLA作为载体
  
  SLA光固化零件作为壳体,其中填加功能性材料,如生物活性物质,高温下,将SLA烧蚀,制造功能零件。
  
  (3) 其它特殊性能零件,如橡胶弹性材料。

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