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膨胀单体对3D打印光敏树脂的粘度及收缩率的影响

更新时间: 2019-10-21 16:48:39  查看次数: 435    
激光快速成型技术对光敏树脂的粘度有特定的要求,树脂的粘度较低时,树脂的流平性好,树脂在成型过程中等待时间可以相应的减少,这样可以大大提高制件的效率,用旋转粘度计测定膨胀单体的加入对光敏树脂粘度的影响,测量结果如图。


树脂的粘度随膨胀单体的增加而增加,原因是膨胀单体为固体,加入到光敏树脂中会溶解到光敏树脂中,增加了光敏树脂分子间的相互作用,从而使粘度上升。当膨胀单体的添加量为12.5%时树脂粘度超过800cp,粘度已经较大。


光敏树脂在成型的过程中,翘曲是影响成型的首要因素,当光敏树脂翘曲过大后,会使制件与金属托板分离,刮板无法刮平,不能继续下一层的操作,从而使成型失败,引起树脂翘曲有两个原因:一是紫外光在透过光敏树脂的过程中遵循Beer-Lambert定律,由定律可知,在紫外线透过光敏树脂的过程中,树脂表层生成的自由基比其他区域高,自由基浓度随着树脂的透射深度下降。树脂中自由基浓度高会使交联密度也相对较高。同一层树脂中交联密度的不同引起树脂翘曲,由于同一层树脂中表层的交联密度最高而底层交联密度最低,因此单层固化的过程中树脂向上翘曲。二是光敏树脂的固化过程中树脂的单层固化厚度大于层厚,这样在固化一层的过程中,其下一层也会部分或全部再次固化,这样加重同层中交联密度的不均;同层中扫描过程存在部分重合也会导致同一水平方向交联密度的不同,其固化过程如下图所示。


解决光敏树脂的翘曲一方面是降低树脂的收缩率,减少同层树脂中表层与底层收缩率的差,另一方面减少光敏树脂的单层固化厚度,增大树脂的临界曝光能量。膨胀单体的加入可以降低收缩率,减少翘曲的发生。


分别测定不同含量的膨胀单体对光敏树脂收缩率的影响,其测量结果如下图。


由上图可以看出随着膨胀单体含量的增加,树脂的收缩率下降,光敏树脂收缩率下降是两方面共同作用的的结果:一方面是膨胀单体在聚合的过程发生体积膨胀降低了光敏树脂的收缩率;另一方面膨胀单体是一种双六元环结构的物质,其键角大,环张力比三元环小,开环反应活性比环氧树脂小,膨胀单体的加入会使树脂的临界曝光量升高,凝胶含量下降导致光敏树脂收缩率下降。两方面作用在不同时期表现不同,当膨胀单体含量较低时以膨胀单体的聚合为主;膨胀单体含量较高时以凝胶含量的下降为主