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近年來(lái)3Ｄ打印技術(shù)風(fēng)起云涌，光敏樹(shù)脂也逐漸走向大眾市場(chǎng)，與此同時(shí)，對(duì)其性能要求也逐漸提高，如要求低黏度、固化后力學(xué)性能好等。國(guó)外已有不少收縮率小、力學(xué)性能好的光敏樹(shù)脂投入生產(chǎn)，如DSM公司生產(chǎn)的Somos 14120可替代傳統(tǒng)的工程塑料ABS，而國(guó)內(nèi)較少具有生產(chǎn)類(lèi)似產(chǎn)品的企業(yè)，以至于DSM等公司長(zhǎng)期以高價(jià)格（如Somos 14120售價(jià)高達(dá)2000元/kg）壟斷著我國(guó)的光敏樹(shù)脂市場(chǎng)，因此，設(shè)計(jì)研發(fā)出高性能的光敏樹(shù)脂很有必要。

下圖為采用SLA型405nm激光3D打印機(jī)成形的三維樣品，其中圖（a）的原料為自主研制的光敏樹(shù)脂，主要由環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂組成，引發(fā)體系為混合引發(fā)體系，成本約為500元/kg。圖（b）的原料為美國(guó)進(jìn)口光敏樹(shù)脂（國(guó)內(nèi)售價(jià)約為1700元/L），對(duì)比可知，國(guó)內(nèi)廠家自主研制的光敏樹(shù)脂具備替代進(jìn)口樹(shù)脂使用的潛力，該樹(shù)脂黏度低，成形精度較高，力學(xué)性能良好。

以下為廠家在研發(fā)實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)了一些3D打印光敏樹(shù)脂配方設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。

   首先，自由基固化體系和陽(yáng)離子固化體系各具特點(diǎn)，可根據(jù)使用要求來(lái)合理搭配選擇。如成形精度要求較低時(shí)，可采用環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂自由基固化體系；成形精度要求較高時(shí)需采用環(huán)氧樹(shù)脂為主和丙烯酸樹(shù)脂為輔的混合固化體系，甚至在該混合體系中添加一些不影響使用性能的填料或者膨脹性的單體來(lái)降低或者消除固化收縮率，同時(shí)，還需要合理調(diào)節(jié)自由基固化與陽(yáng)離子固化的比例，減小混合固化體系的固化收縮率，提高固化速率。

   其次，依據(jù)光敏樹(shù)脂采用的固化光的波長(zhǎng)，選擇合適的光引發(fā)劑。最理想的情況是該光引發(fā)劑的最大吸收峰波長(zhǎng)為固化光源的主要波長(zhǎng)，最大效率地利用光源使光敏樹(shù)脂固化，如果沒(méi)有合適的光引發(fā)劑，也可使用一些光敏劑和增感劑與相應(yīng)的光引發(fā)劑配伍，使光敏樹(shù)脂固化成形。自由基光引發(fā)劑分為裂解型自由基光引發(fā)劑和奪氫型自由基光引發(fā)劑兩種。奪氫型自由基光引發(fā)劑有二苯甲酮及其衍生物、硫雜蒽酮及其衍生物等。

   下表為常見(jiàn)的自由基光引發(fā)劑的種類(lèi)與特點(diǎn)。從表可知，一些自由基光引發(fā)劑為有色試劑，如安息香雙甲醚、異丙基硫雜蔥酮，不能用于無(wú)色透明的光敏樹(shù)脂，但可用于一些有色光敏樹(shù)脂體系，要根據(jù)使用要求進(jìn)行選擇。陽(yáng)離子光引發(fā)劑中以二芳基碘鎓鹽、三芳基硫鎓鹽的應(yīng)用最為廣泛；另外，碘鎓鹽和硫鎓鹽吸收光能后，可同時(shí)產(chǎn)生超強(qiáng)酸和自由基，即可同時(shí)引發(fā)陽(yáng)離子光聚合和自由基聚合，因此被廣泛應(yīng)用于自由基和陽(yáng)離子混合型的3D打印光敏樹(shù)脂。芳香硫鎓鹽和碘鎓鹽穩(wěn)定性好，其最大吸收波長(zhǎng)在遠(yuǎn)紫外波段，在近紫外波段的吸收很小，一般需要添加一定量的增感劑或光敏染料進(jìn)行增感，使其在近紫外波段也能夠引發(fā)反應(yīng)。

   再次，根據(jù)選定的體系選擇合適的基體低聚物。如要求耐候性能好，可選擇耐候性好的氫化雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂為基體樹(shù)脂；如要求耐熱性好，可選擇酚醛環(huán)氧樹(shù)脂；也可選擇兩種或者多種低聚物樹(shù)脂以提高光敏樹(shù)脂的綜合性能。在3D打印光敏樹(shù)脂中，最為常用的基體低聚物為環(huán)氧丙烯酸酯（EA），其具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)，如光固化速率快，可提高3D打印速率，從而提高生產(chǎn)效率；耐化學(xué)腐蝕性好，便于3D打印成形后的制品清洗；固化后硬度高和層間結(jié)合好，有助于提高打印制品的力學(xué)性能。環(huán)氧丙烯酸酯根據(jù)其合成原料環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)可分為雙酚A型EA、酚醛型EA、氫化EA等，其中最常用的是雙酚A型EA。環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、耐高/低溫性能，以及收縮率低、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂黏度低，反應(yīng)活性高，因此，脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用最為廣泛，如雙（（3，4－環(huán)氧環(huán)己基）甲基）己二酸酯（下圖（ａ））、3，4－環(huán)氧環(huán)已基甲酸酯（圖5（ｂ）），具有耐候性出色、固化收縮率低、固化物交聯(lián)密度大等優(yōu)點(diǎn)。總之，脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂是3D打印陽(yáng)離子光敏樹(shù)脂體系中最為重要的基體低聚物之一。

　然后，活性稀釋劑的類(lèi)型和用量要與基體低聚物相匹配、相適應(yīng)。活性稀釋劑的用量較少時(shí)，體系的黏度大，不利于3D打印成形；活性稀釋劑用量較多時(shí)，固化速率慢，成形的制品力學(xué)性能差；另外，單官能團(tuán)活性稀釋劑、雙官能團(tuán)活性稀釋劑和多官能團(tuán)活性稀釋劑的合理搭配使用也非常重要，在一定程度上影響著固化制品的力學(xué)等性能。在自由基型活性稀釋劑中，丙烯酸酯類(lèi)單體的光固化速率最快，不同官能團(tuán)活性稀釋劑如下表所示。陽(yáng)離子型活性稀釋劑主要是具有環(huán)氧基的縮水甘油醚類(lèi)和氧雜環(huán)類(lèi)單體。

   最后，可根據(jù)需要加入顏料、助劑等添加劑。如需要固化的制品具有特定的顏色，可添加一定量的顏料和潤(rùn)濕分散劑；體系的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性不好，可添加一定量的阻聚劑；體系容易產(chǎn)生氣泡，可添加一定量的消泡劑；對(duì)于3DSP成形的光敏樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，表面張力是一個(gè)很重要的參數(shù)，通常可通過(guò)流平劑、潤(rùn)濕分散劑和消泡劑等來(lái)調(diào)節(jié)。常用的白色顏料有二氧化鈦、氧化鋅等。黑色顏料中炭黑成本低，可將其作為光敏樹(shù)脂中主要的黑色顏料。除了白色和黑色顏料外，還有多種彩色顏料可供選擇。另外，體系中一般還需要添加一定量的潤(rùn)濕分散劑，提高顏料在光敏樹(shù)脂中懸浮穩(wěn)定性。下圖為添加了不同顏料的3D打印手機(jī)保護(hù)殼。填料可以提高光敏樹(shù)脂的力學(xué)性能和固化產(chǎn)品的尺寸精度，常用填料有CaCO3、BaSO4、SiO2、滑石粉等。要得到一個(gè)滿(mǎn)足3D打印使用要求的光敏樹(shù)脂配方，還需要不斷地試驗(yàn)和調(diào)整，最終才能得到一個(gè)最優(yōu)的配方。