深圳2022年12月6日 /美通社/ --
3D打印技術的發展
3D打印光敏樹脂的研發仍然是增材制造業重點關注的領域，一方面是為了提高打印材料的機械性能，另一方面是為了滿足齒科、航空航天和汽車等領域各種新興應用的要求。雖然新設備的發展使打印材料的選擇范圍不斷擴大，但配方師仍在尋求具備不同機械性能的材料，比方說同時達到低粘度、合適的固化速度以及長期曝露于UV和惡劣環境下具有穩定性。正確選擇低聚物主鏈結構是配制高質量3D打印樹脂的關鍵，旨在一個配方中即可滿足所有性能需求。
圖1.3D打印產品
起始配方
雖然每種應用對打印樹脂的性能需求稍有不同，但3D打印行業的樹脂通常分為三類，覆蓋行業和應用領域廣泛：剛性、韌性和柔性。這些基本類別可以讓客戶更容易地根據他們想要的材料性能來選擇配方所需的低聚物類型（表1）。Bomar®低聚物針對上述三類樹脂的主推的產品（表2）可配制出具備相關應用所需機械性能的3D打印樹脂（表3）。低聚物已通過3D打印適用性測試。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
測試結果
粘度和玻璃化溫度（表4）
低粘度是大多數應用于3D打印的光敏低聚物的關鍵參數。低聚物本身的粘度值不要求低，但是，充分混合后的產品將在打印機中流動，需要達到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很好的基本指標，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，具有很強的聚氨酯氫鍵，可以通過稀釋單體來實現配方產品低粘度。在Bomar低聚物的產品數據表中可以找到各種單體的稀釋率曲線。 低聚物的另一個關鍵參數是玻璃化溫度（Tg），它為材料硬度提供了一個良好的基本指標。配方師欲配制及生產剛性材料，應使用較高玻璃化溫度的低聚物。而針對韌性或柔性材料，配方師應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度。
拉伸強度（表5）
低聚物的拉伸強度為了解材料的機械性能提供了良好的基礎條件。同時觀察這些參數是很重要的，因為一些要求柔性好的應用可能也需要比其他應用更高的彈性模量。
吸水率（表6）
低吸濕性是一些3D打印應用的重要參數，包括齒科應用。具有高吸濕性的材料會隨著時間的推移解聚，打印部件的細節會膨脹、變形，或者其機械性能下降。吸水率的測試方法是：將8克低聚物和2% Irgacure 184樣品放置在鋁盤模具中，使用Fusion D型燈泡輸送帶進行固化，然后將其置于烘箱50°C加熱至少24小時，以確保完全干燥。干燥后，對圓盤進行稱重以獲得風干重量，然后在水中浸泡24小時并再次稱重，以確定材料中保留了多少水分。
收縮率（表7）
在研發3D打印材料配方時，收縮率是另一個非常重要的因素。高收縮率的材料可能導致打印能力差、分辨率低或成品翹曲。收縮率受幾個因素影響，包括分子量、反應基團類型和活性基團密度。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點光源固化設備進行Z向收縮的對比試驗以評估相對收縮性。該數據可能與ASTM體積或線性收縮標準不完全一致
后固化方法
在3D打印過程中，來自打印機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。因此，當打印部件從3D打印機上脫落時，通常須對其進行后固化方可達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備方可達到最佳性能。 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的樹脂。這個清洗步驟非常重要，因為它可以防止孔隙或部件被堵塞。材料的耐溶劑性和溶解度參數均影響部件在開放狀態下的異丙醇清洗效果。
其他印刷應用低聚物建議（表8）
3D噴墨
由于在40°C–50°C的打印溫度下，目標粘度為10-20 cP，噴墨配方中的低聚物含量相對較低。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，因為這些材料在噴墨系統使用時供墨不暢。然而，3D噴墨支持全彩色、高分辨率和多材料打印的優勢仍使其成為一個值得關注的發展領域，目標是解決相對高的韌性、更好的靈活性和其他獨特的需求。
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勢。這些低聚物分為三類：剛性、韌性和柔性，客戶可根據特定的應用需求選擇合適的產品。對于所有3D打印材料配方來說，除具備低粘度和快速固化速度外，有不同拉伸強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用所需的材料特性。欲了解更多信息，請訪問：https://bomar-chem.com/。
適用于后固化和返工的設備
制作3D模型后，為了充分發揮材料特性的優勢，有必要使用合適的能量進行固化。Dymax提供多種適用于后固化流程或返工的固化系統配置。
UV面光源固化系統（后固化的理想之選）Dymax面光源系統用于小面積區域固化或同時固化多個部件。系統配以高光強紫外燈（可高達225毫瓦/平方厘米），可快速固化面積達 5英寸 x 5英寸 （12.7厘米x 12.7厘米）的區域。標準的面光源固化系統由紫外光光源、手動或自動遮光簾和燈箱構成。此設備更獲得CE認證，全球供應。
BlueWave® 200 V3.0 點光源固化系統（返工或修復的理想之選，如用于通孔填充、大塊組件的組裝或破損部件的修復）BlueWave® 200 3.0是一款高光強的點光源固化系統。它可通過光譜中的UVA和可見光(300~450 nm) 固化材料，可手動操作或者并入到高速自動化裝配線中。設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到穩定性能的通用電源輸入，適合手動或自動流程。與本設備共用的光導管品類齊全，可使用各種材料和配置，具有極高的應用靈活性。此設備更獲得CE認證，全球供應。
