[發明專利]一種立體光刻快速成形光敏樹脂及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 200910040526.1
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號: CN101592859A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 劉海濤;鐘漢榮;薛紀東
• 申請（專利權）人: 廣州機械科學研究院
• 主分類號: G03F7/004
• 分類號: G03F7/004
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊曉松;裘 暉

技術領域

本發明屬于快速成形制造領域，具體涉及到一種立體光刻快速成形光敏樹 脂及其制備方法和應用。

背景技術

快速成形技術的基本工作原理是離散/堆積。首先，將零件的物理模型通 過CAD造型或三維數字化儀轉化為計算機模型，然后，將CAD模型轉化為 STL(Stereolithography)文件格式，用分層軟件將計算機三維實體模型在Z向 離散，形成一系列具有一定厚度的薄片，激光束(或其它能量流)在計算機的 控制下有選擇性地固化或粘結某一區域，從而形成構成零件實體的一個層面， 這樣逐層堆積形成一個原型件(三維實體零件)。

迄今為止，國內外已成功開發了10多種成熟的快速成形工藝，其中應用 最廣泛的快速成形方法是立體光刻快速成形工藝。它是以光敏樹脂為成形材 料，在計算機的控制下，紫外激光根據零件各分層截面數據對液態光敏樹脂表 面逐點掃描，使被掃描區域的樹脂薄層產生光聚合反應而固化，形成零件的一 個薄層；一層固化完畢后，工作臺下降，在原先固化好的樹脂表面再涂覆一層 新的液態樹脂以便進行下一層掃描固化；新固化的一層又牢固地粘結在前一層 上；如此重復，直到整個零件原型制作完畢。立體光刻快速成形方法與其它快 速成形方法相比，具有成形精度高、成形件表面質量好、成形件力學性能優異、 成形速度快等優點。

在國外，應用于立體光刻快速成形的光固化材料發展到現在，大致可分為 三代。早期商品化的立體光刻光敏樹脂，即二十世紀八十年代至二十世紀九十 年代初的成形材料，都是以環氧丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯等作為預聚物的自 由基型光敏樹脂，如Ciba-Geigy?Cibatool公司研發的5081、5131、5149以及 Dupont公司的2100、2110、3100、3110等。雖然這類光敏樹脂具有價格低廉， 固化速率快等優勢，但由于固化收縮嚴重，制件翹曲明顯，精度難以滿足要求， 已經被淘汰。第二代商品化的立體光刻光敏樹脂的預聚物主要以環氧樹脂為 主，丙烯酸酯為輔，它屬于自由基-陽離子型引發聚合的光敏樹脂。與第一代 丙烯酸酯類光敏樹脂相比，它具有粘度低、精度高等特點。隨著立體光刻技術 的發展與推廣，人們對成形材料的要求也越來越高，尤其是隨著快速成形技術 向直接制造零件和模具的方向發展，立體光刻材料面臨了更大的挑戰。這樣， 便誕生了第三代立體光刻光敏樹脂。而精度高、耐熱性極好能直接作為功能件 使用的光敏樹脂便是其中一類，例如，美國Huntsman公司(其前身為 Ciba-Geigy?Cibatool公司)的SL5530HT光敏樹脂，用它制造的零件在高溫條 件下使用仍具有較好的抗力，使用溫度可超過200℃。

在國內，近幾年研究立體光刻快速成形材料的單位主要有華中科技大學、 西安交通大學、清華大學。清華大學化學系的郁金香、劉國文、孟懷東、洪嘯 吟在1998年《輻射研究與輻射工藝學報》的第3期發表了“用于立體光刻的自 由基光敏樹脂研究與應用”論文，他們對用于立體光刻技術中的自由基型光敏 樹脂進行了研究。研究了齊聚物和稀釋單體的分子結構、分子量大小、反應性 官能團密度對固化物硬度、柔韌性的影響規律，得到了兩種價格低，性能優良 的自由基型光敏樹脂材料。因為這兩種光敏樹脂是以丙烯酸酯為預聚物，其固 化時收縮較大，其制件翹曲較大，同時制件的精度較差，而作者研究的主要目 標是增加光敏樹脂所制造零件的柔韌性而非耐熱性。西安交通大學機械工程學 院的段玉崗、王素琴、李滌塵、盧秉恒以及河南機電高等專科學校機械工程系 王學禮在2001年《西安交通大學學報》第11期發表了“一種用于激光固化快 速成形的低翹曲光敏樹脂的研究”論文。該論文報道了一種自由基-陽離子混雜 型光敏樹脂的制備方法，所用的原料為雙酚A環氧樹脂(DA)、1，4-羥甲基 環己烷二乙烯基醚(VE)、二芳基六氟砷酸硫鎓鹽和安息香二甲醚。文中指出 用該光敏樹脂制作零件其精度較高，基本上消除了零件的翹曲變形現象，但是 用該光敏樹脂制作的零件其耐熱性有限。目前，國內還沒有高精度、高耐熱性 立體光刻快速成形材料的制備方法報道。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處，提供一種高精度、高耐 熱性立體光刻快速成形光敏樹脂。采用本發明制備的光敏樹脂可以直接制造出 任意復雜形狀的、具有高精度和高耐熱性的零件。

本發明的目的還在于提供上述光敏樹脂的制造方法。

本發明的另一目的是提供上述光敏樹脂的應用。