2.4 光敏樹脂
作為光固化成型不可或缺的材料,光敏樹脂被廣泛應用于立體光刻、數字光學處理、噴射固化成型等快速成型方式中. 其性能直接影響到零件的精度、機械性能和零件的收縮變形.光敏樹脂以自由基、陽離子混雜固化的樹脂體系較多,前者固化速度快、黏度低、韌性好、成本低的特性與后者收縮率小的特性相結合,實現體積變化互補、性能協同的效果,有助于對成型件精度的提升.
有研究表明,誘發光敏樹脂聚合的波段可不僅限于紫外波段,在一定波長的紅色激光下也可誘發,并且不會對人體的細胞造成傷害.基于該發現,日本Denken Engineering 公司和Autostrade 公司率先開發出一款以680 nm左右波長半導體激光器為光源的光固化成型設備,使得SLA設備的成本大幅降低.
近年來傳統型光敏樹脂主要集中在提高成型材料的性能、降低成本、進行材料改性等方面以擴大應用范圍. 如將改性后的二氧化硅分散到自由基-陽離子混雜型的光敏樹脂中,可使材料的臨界曝光量增大,投射深度減小,進而使得制件硬度、耐熱性、彎曲強度等得到明顯提升;又如為提高制件韌性和可靠性,可在樹脂中加入碳化硅晶須;開發可見光固化的光敏樹脂,提升固化速度,減小人體危害,由此可極大地提高制件效率,也極大地降低了制件成本和設備成本.
隨著Objet500 Connex3 的推出,Stratasys在3D打印材料上實現了變革性的突破,材料種類擴充到了1000多種.該設備所用的數字材料能夠模擬出透明、柔軟和堅硬的材料以及工程塑料,還可以將多種顏色和材料性質融入一個模型,甚至允許將最高強度的數字化ABS 光聚合物與類橡膠材料混合,來實現各種邵氏A 級別硬度值和高耐用性.
3 光固化快速成型應用及展望
3D打印可以應用于各個領域,只要這些領域需要模型或原型,光固化快速成型亦是如此.在航空航天領域光固化快速成型制件可用于可裝配可制造性檢驗,進行可制造性討論評估,確定最合理的制作工藝,可有效地縮短周期、提高精度、提高制件成功率. 在汽車制造領域,針對汽車制造領域產品多、生產周期短等特點,可用于模型展示、模具制造、功能性和裝配性檢驗、管路流動性分析等.在鑄造行業,光固化快速成型可以快速、低成本制作壓蠟模具,制作樹脂熔模以替代蠟型. 在砂型鑄造中用樹脂模具代替木模,可有效提升復雜、薄壁、曲面等結構鑄件的質量和成型效率. 光固化成型技術在鑄造業的應用為快速鑄造、小批量鑄造、復雜件鑄造等問題提供了有效的解決方法.在醫學方面,可用于假體的制作、復雜外科手術的術前規劃模擬、牙齒種植導板制作、腫瘤內放療的精確定位,以及口腔頜面修復等,有力促進了醫療手段的進步.在生命科學研究前沿領域,利用光固化快速成型技術可以制作具有生物活性的人工骨支架,使用特定樹脂材料制作的支架擁有良好的機械性能和生物相容性,對骨細胞在其表面的黏附和生長有很大幫助.另外,通過與冷凍干燥技術相結合,光固化成型技術制作出的復雜微結構肝組織工程支架,能保證多種肝臟細胞有序分布,可為組織工程肝臟支架材料微觀結構模擬提供有力的參考.
目前光固化技術正朝著更高精度的亞微米級發展,微光固化快速成型的實現,以及近些年來微電子領域和微機電系統的快速發展,使得光固化成型技術在微機械結構的制造和研究方面有了極大的應用前景和經濟價值.
另外,光固化成型技術在軍工、建筑、電影和電視、家電、輕工、考古、文化藝術、雕塑、珠寶等領域也將得到廣泛應用.
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