3D打印技术的发展

　　3D打印光敏树脂的研发仍然是增材制造业重点关注的领域，一方面是为了提高打印材料的机械性能，另一方面是为了满足齿科、航空航天和汽车等领域各种新兴应用的要求。虽然新设备的发展使打印材料的选择范围不断扩大，但配方师仍在寻求具备不同机械性能的材料，比方说同时达到低粘度、合适的固化速度以及长期曝露于UV和恶劣环境下具有稳定性。正确选择低聚物主链结构是配制高质量3D打印树脂的关键，旨在一个配方中即可满足所有性能需求。　　

　　图1.3D打印产品

　　起始配方

　　虽然每种应用对打印树脂的性能需求稍有不同，但3D打印行业的树脂通常分为三类，覆盖行业和应用领域广泛：刚性、韧性和柔性。这些基本类别可以让客户更容易地根据他们想要的材料性能来选择配方所需的低聚物类型(表1)。Bomar®低聚物针对上述三类树脂的主推的产品(表2)可配制出具备相关应用所需机械性能的3D打印树脂(表3)。低聚物已通过3D打印适用性测试。下面是每种树脂类型的推荐起始配方。　　

　　图2.用BOMAR低聚物配制3D打印光敏树脂的起始配方和其基本性能

　　测试结果

　　粘度和玻璃化温度(表4)

　　低粘度是大多数应用于3D打印的光敏低聚物的关键参数。低聚物本身的粘度值不要求低，但是，充分混合后的产品将在打印机中流动，需要达到3D打印部件的分辨率良好且打印速度适中的效果。虽然初始低聚物粘度通常是最终粘度的一个很好的基本指标，但一些低聚物在稀释后粘度急速下降。例如，一些低分子量的聚氨酯丙烯酸酯，如BR-371MS和BR-741，具有很强的聚氨酯氢键，可以通过稀释单体来实现配方产品低粘度。在Bomar低聚物的产品数据表中可以找到各种单体的稀释率曲线。 低聚物的另一个关键参数是玻璃化温度(Tg)，它为材料硬度提供了一个良好的基本指标。配方师欲配制及生产刚性材料，应使用较高玻璃化温度的低聚物。而针对韧性或柔性材料，配方师应使用具有较低玻璃化温度的低聚物。然而，将低Tg材料(如BR-7432GB)与高Tg材料(如BR-952)混合可有助于提高配方的整体抗冲击强度。

　　拉伸强度(表5)

　　低聚物的拉伸强度为了解材料的机械性能提供了良好的基础条件。同时观察这些参数是很重要的，因为一些要求柔性好的应用可能也需要比其他应用更高的弹性模量。

　　吸水率(表6)

　　低吸湿性是一些3D打印应用的重要参数，包括齿科应用。具有高吸湿性的材料会随着时间的推移解聚，打印部件的细节会膨胀、变形，或者其机械性能下降。吸水率的测试方法是：将8克低聚物和2% Irgacure 184样品放置在铝盘模具中，使用Fusion D型灯泡输送带进行固化，然后将其置于烘箱50°C加热至少24小时，以确保完全干燥。干燥后，对圆盘进行称重以获得风干重量，然后在水中浸泡24小时并再次称重，以确定材料中保留了多少水分。

　　收缩率(表7)

　　在研发3D打印材料配方时，收缩率是另一个非常重要的因素。高收缩率的材料可能导致打印能力差、分辨率低或成品翘曲。收缩率受几个因素影响，包括分子量、反应基团类型和活性基团密度。在本次研究中，使用TA仪器Discovery系列HR-2流变仪搭配Dymax MX-150 405 nm LED点光源固化设备进行Z向收缩的对比试验以评估相对收缩性。该数据可能与ASTM体积或线性收缩标准不完全一致

　　后固化方法

　　在3D打印过程中，来自打印机的激光或光源通常不能完全固化打印部件，使模型处于开放状态。因此，当打印部件从3D打印机上脱落时，通常须对其进行后固化方可达到完全固化并形成最终的材料性能。这种后固化过程可以用传送带或LED光源照射完成，尽管树脂配方通常使用特定类型的后固化设备方可达到最佳性能。 在后固化部件之前，必须用异丙醇等溶剂冲洗部件，以去除表面上未反应的树脂。这个清洗步骤非常重要，因为它可以防止孔隙或部件被堵塞。材料的耐溶剂性和溶解度参数均影响部件在开放状态下的异丙醇清洗效果。

　　其他印刷应用低聚物建议(表8)

　　3D喷墨

　　由于在40°C–50°C的打印温度下，目标粘度为10-20 cP，喷墨配方中的低聚物含量相对较低。除了粘度限制外，晶体材料或高分子材料不适用于喷墨工艺，因为这些材料在喷墨系统使用时供墨不畅。然而，3D喷墨支持全彩色、高分辨率和多材料打印的优势仍使其成为一个值得关注的发展领域，目标是解决相对高的韧性、更好的灵活性和其他独特的需求。　　

　　图3.用BOMAR低聚物配制的3D打印光敏树脂的其他性能