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　　3D打印技術(shù)的發(fā)展

　　3D打印光敏樹脂的研發(fā)仍然是增材制造業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，一方面是為了提高打印材料的機(jī)械性能，另一方面是為了滿足齒科、航空航天和汽車等領(lǐng)域各種新興應(yīng)用的要求。雖然新設(shè)備的發(fā)展使打印材料的選擇范圍不斷擴(kuò)大，但配方師仍在尋求具備不同機(jī)械性能的材料，比方說同時(shí)達(dá)到低粘度、合適的固化速度以及長期曝露于UV和惡劣環(huán)境下具有穩(wěn)定性。正確選擇低聚物主鏈結(jié)構(gòu)是配制高質(zhì)量3D打印樹脂的關(guān)鍵，旨在一個(gè)配方中即可滿足所有性能需求。　　

　　圖1.3D打印產(chǎn)品

　　起始配方

　　雖然每種應(yīng)用對打印樹脂的性能需求稍有不同，但3D打印行業(yè)的樹脂通常分為三類，覆蓋行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：剛性、韌性和柔性。這些基本類別可以讓客戶更容易地根據(jù)他們想要的材料性能來選擇配方所需的低聚物類型(表1)。Bomar®低聚物針對上述三類樹脂的主推的產(chǎn)品(表2)可配制出具備相關(guān)應(yīng)用所需機(jī)械性能的3D打印樹脂(表3)。低聚物已通過3D打印適用性測試。下面是每種樹脂類型的推薦起始配方�！　�

　　圖2.用BOMAR低聚物配制3D打印光敏樹脂的起始配方和其基本性能

　　測試結(jié)果

　　粘度和玻璃化溫度(表4)

　　低粘度是大多數(shù)應(yīng)用于3D打印的光敏低聚物的關(guān)鍵參數(shù)。低聚物本身的粘度值不要求低，但是，充分混合后的產(chǎn)品將在打印機(jī)中流動，需要達(dá)到3D打印部件的分辨率良好且打印速度適中的效果。雖然初始低聚物粘度通常是最終粘度的一個(gè)很好的基本指標(biāo)，但一些低聚物在稀釋后粘度急速下降。例如，一些低分子量的聚氨酯丙烯酸酯，如BR-371MS和BR-741，具有很強(qiáng)的聚氨酯氫鍵，可以通過稀釋單體來實(shí)現(xiàn)配方產(chǎn)品低粘度。在Bomar低聚物的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中可以找到各種單體的稀釋率曲線。 低聚物的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是玻璃化溫度(Tg)，它為材料硬度提供了一個(gè)良好的基本指標(biāo)。配方師欲配制及生產(chǎn)剛性材料，應(yīng)使用較高玻璃化溫度的低聚物。而針對韌性或柔性材料，配方師應(yīng)使用具有較低玻璃化溫度的低聚物。然而，將低Tg材料(如BR-7432GB)與高Tg材料(如BR-952)混合可有助于提高配方的整體抗沖擊強(qiáng)度。

　　拉伸強(qiáng)度(表5)

　　低聚物的拉伸強(qiáng)度為了解材料的機(jī)械性能提供了良好的基礎(chǔ)條件。同時(shí)觀察這些參數(shù)是很重要的，因?yàn)橐恍┮�求柔性好的�?yīng)用可能也需要比其他應(yīng)用更高的彈性模量。

　　吸水率(表6)

　　低吸濕性是一些3D打印應(yīng)用的重要參數(shù)，包括齒科應(yīng)用。具有高吸濕性的材料會隨著時(shí)間的推移解聚，打印部件的細(xì)節(jié)會膨脹、變形，或者其機(jī)械性能下降。吸水率的測試方法是：將8克低聚物和2% Irgacure 184樣品放置在鋁盤模具中，使用Fusion D型燈泡輸送帶進(jìn)行固化，然后將其置于烘箱50°C加熱至少24小時(shí)，以確保完全干燥。干燥后，對圓盤進(jìn)行稱重以獲得風(fēng)干重量，然后在水中浸泡24小時(shí)并再次稱重，以確定材料中保留了多少水分。

　　收縮率(表7)

　　在研發(fā)3D打印材料配方時(shí)，收縮率是另一個(gè)非常重要的因素。高收縮率的材料可能導(dǎo)致打印能力差、分辨率低或成品翹曲。收縮率受幾個(gè)因素影響，包括分子量、反應(yīng)基團(tuán)類型和活性基團(tuán)密度。在本次研究中，使用TA儀器Discovery系列HR-2流變儀搭配Dymax MX-150 405 nm LED點(diǎn)光源固化設(shè)備進(jìn)行Z向收縮的對比試驗(yàn)以評估相對收縮性。該數(shù)據(jù)可能與ASTM體積或線性收縮標(biāo)準(zhǔn)不完全一致

　　后固化方法

　　在3D打印過程中，來自打印機(jī)的激光或光源通常不能完全固化打印部件，使模型處于開放狀態(tài)。因此，當(dāng)打印部件從3D打印機(jī)上脫落時(shí)，通常須對其進(jìn)行后固化方可達(dá)到完全固化并形成最終的材料性能。這種后固化過程可以用傳送帶或LED光源照射完成，盡管樹脂配方通常使用特定類型的后固化設(shè)備方可達(dá)到最佳性能。 在后固化部件之前，必須用異丙醇等溶劑沖洗部件，以去除表面上未反應(yīng)的樹脂。這個(gè)清洗步驟非常重要，因?yàn)樗�可以防止孔隙或部件被堵塞。材料的耐溶劑性和溶解度參�?shù)均影響部件在開放狀態(tài)下的異丙醇清洗效果。

　　其他印刷應(yīng)用低聚物建議(表8)

　　3D噴墨

　　由于在40°C–50°C的打印溫度下，目標(biāo)粘度為10-20 cP，噴墨配方中的低聚物含量相對較低。除了粘度限制外，晶體材料或高分子材料不適用于噴墨工藝，因?yàn)檫@些材料在噴墨系統(tǒng)使用時(shí)供墨不暢。然而，3D噴墨支持全彩色、高分辨率和多材料打印的優(yōu)勢仍使其成為一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展領(lǐng)域，目標(biāo)是解決相對高的韌性、更好的靈活性和其他獨(dú)特的需求�！　�

　　圖3.用BOMAR低聚物配制的3D打印光敏樹脂的其他性能