[發(fā)明專利]一種高精度和高熱變形溫度立體光刻3D打印光敏樹脂及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811227793.5
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109438631B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃筆武;吳保林;韓琳琳
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: C08F283/10
• 分類號: C08F283/10;C08F222/14;C08F222/20;C08F2/48;B33Y70/00
• 代理公司: 南昌金軒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 劉錦霞

本發(fā)明屬于3D打印快速成型制造領(lǐng)域，具體涉及一種高精度和高熱變形溫度立體光刻3D打印光敏樹脂及其制備方法。其由以下重量百分?jǐn)?shù)的各原料組成：5～95％的二[(3?乙基?3?甲氧基氧雜環(huán)丁烷)丙基]二苯基硅烷；3～80％的丙烯酸酯類預(yù)聚物；0～40％的丙烯酸酯類稀釋劑；0.5～10％的陽離子型引發(fā)劑；0.5～10％的自由基型引發(fā)劑。本發(fā)明所制備的光敏樹脂光敏性好、成型精度高、熱變形溫度高，可以直接制造出任意復(fù)雜形狀的、具有高精度和高熱變形的零件或模具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印快速成型制造領(lǐng)域，具體涉及一種高精度和高熱變形溫度立體光刻3D打印光敏樹脂及其制備方法。

背景技術(shù)

紫外激光固化快速成型工藝，現(xiàn)被稱為立體光刻3D打印工藝，英文名稱為StereoLithography,簡稱SL,有時也被簡稱為SLA(StereoLithography Apparatus)。該工藝是由Charles Hull于1984年獲得的美國專利，是最早發(fā)展起來的3D打印技術(shù)。自從1988年美國3D Systems公司最早推出SLA商品化以來，這種3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)能簡捷、全自動地打印出各種加工方法難以制作的復(fù)雜立體形狀物體，在加工技術(shù)領(lǐng)域中具有劃時代的意義。它是利用計算機控制紫外激光在光敏樹脂液面上按二維截面的形狀逐點掃描，使樹脂固化，固化后的樹脂便形成一個二維圖形，如此逐層掃描，固化，最終即可得到完整的三維實體(俗稱：零件)。零件質(zhì)量的好壞主要取決于光敏樹脂性能的好壞。由于所用的紫外激光器的功率非常小，通常，以毫瓦計量，要求光敏樹脂對紫外光敏感(光敏性好)即較小的紫外光曝光量就能使光敏樹脂固化。因此，開發(fā)光敏性好且制作零件精度高的光敏樹脂一直是立體光刻3D打印技術(shù)研究的熱點之一。同時，由于光敏樹脂由光敏預(yù)聚物、光敏稀釋劑和引發(fā)劑等組成，光敏樹脂中存在一些小分子物的光敏稀釋劑，致使光敏樹脂制作的零件耐熱性差即易熱變形，因此，開發(fā)耐熱性好且制作零件精度高的光敏樹脂也一直是立體光刻3D打印技術(shù)研究的熱點之一。

在國內(nèi)，許多高等院校和科研院所的科研人員開展了立體光刻3D打印光敏預(yù)聚物的合成和光敏樹脂的制備研究。例如，大連理工大學(xué)精密與特種加工教育部重點實驗室趙與越，梁延德和劉利發(fā)表了“立體光刻固化快速成形用光敏樹脂”的研究論文，他們制備光敏樹脂的預(yù)聚物為丙烯酸酯和雙酚A型環(huán)氧樹脂。中北大學(xué)機械工程系楊媛麗，王永禎和王愛玲發(fā)表了“立體光造型成型材料的制備”研究論文，她們以雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51和丙烯酸為基本原料合成了一種丙烯酸酯光敏預(yù)聚物，然后，加自由基型引發(fā)劑制備了一種立體光造成型自由基型光敏樹脂，并用SiC纖維對該光敏樹脂進行了改性，使光敏樹脂固化物的綜合力學(xué)性能得到了增強。江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院劉甜，胡曉玲和方淦發(fā)表了“用于3D打印光固化樹脂的制備和性能測試”論文，他們以二縮水甘油醚和丙烯酸為主要原料合成了低黏度的二縮水甘油醚二丙烯酸酯光敏預(yù)聚物，該光敏預(yù)聚物固化物的柔韌性較雙酚A型環(huán)氧丙烯酸酯預(yù)聚物固化物的柔韌性好。廣州機械科學(xué)研究院劉海濤，鐘漢榮和薛紀(jì)東“一種立體光刻快速成型光敏樹脂及其制備方法和應(yīng)用”申報了國家專利，公開了一種用于立體光刻快速成型3D打印的自由基-陽離子混雜型光敏樹脂的制備方法，其光敏預(yù)聚物既包含有丙烯酸酯又包含有雙酚A型環(huán)氧樹脂和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。浙江大學(xué)王德海，馬國杰和孫興平“一種快速成型注塑模具用紫外光固化光敏樹脂”申報了國家專利，也公開了一種用于立體光刻3D打印的自由基-陽離子混雜型光敏樹脂的制備方法，其光敏預(yù)聚物主要為丙烯酸酯和雙酚A型環(huán)氧樹脂。需要指出的是國內(nèi)立體光刻3D打印光敏樹脂其質(zhì)量有待進一步提高，有的表現(xiàn)在光敏樹脂的光敏性較差，有的表現(xiàn)在制作零件精度差，零件易發(fā)生翹曲變形。總之，立體光刻3D打印光敏樹脂國內(nèi)還處在研究階段，還沒有形成產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)生產(chǎn)立體光刻快速成型設(shè)備的單位主要有西安交通大學(xué)先進制造技術(shù)研究所、上海聯(lián)泰公司和華中科技大學(xué)快速成型中心。盡管西安交通大學(xué)先進制造技術(shù)研究所和上海聯(lián)泰公司開發(fā)的立體光刻快速成型設(shè)備已基本達到了3D Systems公司水平，但是，直到現(xiàn)在它們的設(shè)備配套的光敏樹脂仍然需要進口美國光敏樹脂。西安交通大學(xué)先進制造技術(shù)研究所與美國Huntsman公司簽訂了合同，代銷Huntsman公司光敏樹脂。同樣，上海聯(lián)泰公司也與美國DSMSOMOS公司簽訂了合同，代銷DSM SOMOS公司光敏樹脂。在我國其它從事立體光刻快速成型工藝的公司，也基本上都是進口DSM SOMOS公司和Huntsman公司的光敏樹脂，其進口價高達每公斤800元人民幣。