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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(yīng)用于立體光刻、數(shù)字光學(xué)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(jī)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(jié)合,實(shí)現(xiàn)體積變化互補(bǔ)、性能協(xié)同的效果,有助于對成型件精度的提升.

 有研究表明,誘發(fā)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(fā),并且不會對人體的細(xì)胞造成傷害.基于該發(fā)現(xiàn),日本Denken Engineering 公司和Autostrade 公司率先開發(fā)出一款以680 nm左右波長半導(dǎo)體激光器為光源的光固化成型設(shè)備,使得SLA設(shè)備的成本大幅降低.

 近年來傳統(tǒng)型光敏樹脂主要集中在提高成型材料的性能、降低成本、進(jìn)行材料改性等方面以擴(kuò)大應(yīng)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(jìn)而使得制件硬度、耐熱性、彎曲強(qiáng)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(fā)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(shè)備成本.

 隨著Objet500 Connex3 的推出,Stratasys在3D打印材料上實(shí)現(xiàn)了變革性的突破,材料種類擴(kuò)充到了1000多種.該設(shè)備所用的數(shù)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(zhì)融入一個模型,甚至允許將最高強(qiáng)度的數(shù)字化ABS 光聚合物與類橡膠材料混合,來實(shí)現(xiàn)各種邵氏A 級別硬度值和高耐用性.

3 光固化快速成型應(yīng)用及展望

 3D打印可以應(yīng)用于各個領(lǐng)域,只要這些領(lǐng)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(lǐng)域光固化快速成型制件可用于可裝配可制造性檢驗(yàn),進(jìn)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(lǐng)域,針對汽車制造領(lǐng)域產(chǎn)品多、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn),可用于模型展示、模具制造、功能性和裝配性檢驗(yàn)、管路流動性分析等.在鑄造行業(yè),光固化快速成型可以快速、低成本制作壓蠟?zāi)＞?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(fù)雜、薄壁、曲面等結(jié)構(gòu)鑄件的質(zhì)量和成型效率. 光固化成型技術(shù)在鑄造業(yè)的應(yīng)用為快速鑄造、小批量鑄造、復(fù)雜件鑄造等問題提供了有效的解決方法.在醫(yī)學(xué)方面,可用于假體的制作、復(fù)雜外科手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃模擬、牙齒種植導(dǎo)板制作、腫瘤內(nèi)放療的精確定位,以及口腔頜面修復(fù)等,有力促進(jìn)了醫(yī)療手段的進(jìn)步.在生命科學(xué)研究前沿領(lǐng)域,利用光固化快速成型技術(shù)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(jī)械性能和生物相容性,對骨細(xì)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(shù)相結(jié)合,光固化成型技術(shù)制作出的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)肝組織工程支架,能保證多種肝臟細(xì)胞有序分布,可為組織工程肝臟支架材料微觀結(jié)構(gòu)模擬提供有力的參考.

 目前光固化技術(shù)正朝著更高精度的亞微米級發(fā)展,微光固化快速成型的實(shí)現(xiàn),以及近些年來微電子領(lǐng)域和微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展,使得光固化成型技術(shù)在微機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造和研究方面有了極大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價值.

 另外,光固化成型技術(shù)在軍工、建筑、電影和電視、家電、輕工、考古、文化藝術(shù)、雕塑、珠寶等領(lǐng)域也將得到廣泛應(yīng)用.