2.4 光敏树脂

 作为光固化成型不可或缺的材料,光敏树脂被广泛应用于立体光刻、数字光学处理、喷射固化成型等快速成型方式中. 其性能直接影响到零件的精度、机械性能和零件的收缩变形.光敏树脂以自由基、阳离子混杂固化的树脂体系较多,前者固化速度快、黏度低、韧性好、成本低的特性与后者收缩率小的特性相结合,实现体积变化互补、性能协同的效果,有助于对成型件精度的提升.

 有研究表明,诱发光敏树脂聚合的波段可不仅限于紫外波段,在一定波长的红色激光下也可诱发,并且不会对人体的细胞造成伤害.基于该发现,日本Denken Engineering 公司和Autostrade 公司率先开发出一款以680 nm左右波长半导体激光器为光源的光固化成型设备,使得SLA设备的成本大幅降低.

 近年来传统型光敏树脂主要集中在提高成型材料的性能、降低成本、进行材料改性等方面以扩大应用范围. 如将改性后的二氧化硅分散到自由基-阳离子混杂型的光敏树脂中,可使材料的临界曝光量增大,投射深度减小,进而使得制件硬度、耐热性、弯曲强度等得到明显提升;又如为提高制件韧性和可靠性,可在树脂中加入碳化硅晶须;开发可见光固化的光敏树脂,提升固化速度,减小人体危害,由此可极大地提高制件效率,也极大地降低了制件成本和设备成本.

 随着Objet500 Connex3 的推出,Stratasys在3D打印材料上实现了变革性的突破,材料种类扩充到了1000多种.该设备所用的数字材料能够模拟出透明、柔软和坚硬的材料以及工程塑料,还可以将多种颜色和材料性质融入一个模型,甚至允许将最高强度的数字化ABS 光聚合物与类橡胶材料混合,来实现各种邵氏A 级别硬度值和高耐用性.

3 光固化快速成型应用及展望

 3D打印可以应用于各个领域,只要这些领域需要模型或原型,光固化快速成型亦是如此.在航空航天领域光固化快速成型制件可用于可装配可制造性检验,进行可制造性讨论评估,确定最合理的制作工艺,可有效地缩短周期、提高精度、提高制件成功率. 在汽车制造领域,针对汽车制造领域产品多、生产周期短等特点,可用于模型展示、模具制造、功能性和装配性检验、管路流动性分析等.在铸造行业,光固化快速成型可以快速、低成本制作压蜡模具,制作树脂熔模以替代蜡型. 在砂型铸造中用树脂模具代替木模,可有效提升复杂、薄壁、曲面等结构铸件的质量和成型效率. 光固化成型技术在铸造业的应用为快速铸造、小批量铸造、复杂件铸造等问题提供了有效的解决方法.在医学方面,可用于假体的制作、复杂外科手术的术前规划模拟、牙齿种植导板制作、肿瘤内放疗的精确定位,以及口腔颌面修复等,有力促进了医疗手段的进步.在生命科学研究前沿领域,利用光固化快速成型技术可以制作具有生物活性的人工骨支架,使用特定树脂材料制作的支架拥有良好的机械性能和生物相容性,对骨细胞在其表面的黏附和生长有很大帮助.另外,通过与冷冻干燥技术相结合,光固化成型技术制作出的复杂微结构肝组织工程支架,能保证多种肝脏细胞有序分布,可为组织工程肝脏支架材料微观结构模拟提供有力的参考.

 目前光固化技术正朝着更高精度的亚微米级发展,微光固化快速成型的实现,以及近些年来微电子领域和微机电系统的快速发展,使得光固化成型技术在微机械结构的制造和研究方面有了极大的应用前景和经济价值.

 另外,光固化成型技术在军工、建筑、电影和电视、家电、轻工、考古、文化艺术、雕塑、珠宝等领域也将得到广泛应用.