深圳2022年12月6日 /美通社/ --
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(zhǎng)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(duì)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(lái)選擇配方所需的低聚物類型（表1）。Bomar®低聚物針對(duì)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(cè)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(cè)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(dòng)，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(lái)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(duì)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┮笕嵝院玫膽?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(huì)隨著時(shí)間的推移解聚，打印部件的細(xì)節(jié)會(huì)膨脹、變形，或者其機(jī)械性能下降。吸水率的測(cè)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(duì)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(duì)比試驗(yàn)以評(píng)估相對(duì)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(lái)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(duì)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)樗梢苑乐箍紫痘虿考欢氯２牧系哪腿軇┬院腿芙舛葏?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(duì)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(shì)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(duì)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
結(jié)論
本研究中討論的Bomar®低聚物具備許多3D打印樹脂配制所需的優(yōu)勢(shì)。這些低聚物分為三類：剛性、韌性和柔性，客戶可根據(jù)特定的應(yīng)用需求選擇合適的產(chǎn)品。對(duì)于所有3D打印材料配方來(lái)說，除具備低粘度和快速固化速度外，有不同拉伸強(qiáng)度和柔軟性供選擇也是很重要的。選用Bomar®低聚物可幫助配方師配置出應(yīng)用所需的材料特性。欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問：https://bomar-chem.com/。
適用于后固化和返工的設(shè)備
制作3D模型后，為了充分發(fā)揮材料特性的優(yōu)勢(shì)，有必要使用合適的能量進(jìn)行固化。Dymax提供多種適用于后固化流程或返工的固化系統(tǒng)配置。
UV面光源固化系統(tǒng)（后固化的理想之選）Dymax面光源系統(tǒng)用于小面積區(qū)域固化或同時(shí)固化多個(gè)部件。系統(tǒng)配以高光強(qiáng)紫外燈（可高達(dá)225毫瓦/平方厘米），可快速固化面積達(dá) 5英寸 x 5英寸 （12.7厘米x 12.7厘米）的區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)的面光源固化系統(tǒng)由紫外光光源、手動(dòng)或自動(dòng)遮光簾和燈箱構(gòu)成。此設(shè)備更獲得CE認(rèn)證，全球供應(yīng)。
BlueWave® 200 V3.0 點(diǎn)光源固化系統(tǒng)（返工或修復(fù)的理想之選，如用于通孔填充、大塊組件的組裝或破損部件的修復(fù)）BlueWave® 200 3.0是一款高光強(qiáng)的點(diǎn)光源固化系統(tǒng)。它可通過光譜中的UVA和可見光(300~450 nm) 固化材料，可手動(dòng)操作或者并入到高速自動(dòng)化裝配線中。設(shè)備包含可通過踏板或PLC控制的一體式光閘以及在任何電壓下都可達(dá)到穩(wěn)定性能的通用電源輸入，適合手動(dòng)或自動(dòng)流程。與本設(shè)備共用的光導(dǎo)管品類齊全，可使用各種材料和配置，具有極高的應(yīng)用靈活性。此設(shè)備更獲得CE認(rèn)證，全球供應(yīng)。
