[发明专利]一种用于立体光刻成型的光敏树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种特殊配方的光敏树脂，尤其涉及一种可安全用于家庭环境的，可由可见光引发的三维打印（立体光刻成型）光敏树脂及其制备方法。

背景技术

三维打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代在军用领域得以发展和推广，又叫做快速成型技术。目前我们所应用的三维打印技术其实是快速成型技术的演变。所谓三维打印就是在三维平面上制造物体模型，具体是以计算机三维模型设计为蓝本，通过软件将模型分层离散，制作机器从软件中获取虚拟蓝图将他们书序的排列好作为打印的依据，而打印的材料被沉淀在生成平台上直到材料粘合剂分层完成，最终直到三维模型被打印成型。

立体光刻是最成熟的三维打印技术，具有成型速度快、精度高等优点，其本质是一种叠加型先进制造技术，主要原理是将所需成型的物体通过数字模型离散化，再通过材料的有序堆积制成所需的成型件。首先将需建造的物品的三维模型通过计算机辅助设计(CAD)转化为数字模型并储存为STL等通用三维标准文件格式，用分层软件将三维模型在高度Z方向离散，形成一系列有一定厚度的薄片，利用激光束在计算机控制下有选择的固化或粘结某一区域，从而形成构成零件实体的一个层面，这样逐层堆积形成一个三维原型实体。

光固化树脂是实现立体光刻的核心技术，迄今为止，国内外已成功开发了众多性能各异的用于立体光刻的光固化树脂。目前商品化的立体光刻光敏树脂都是以环氧丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯等作为预聚物的自由基型光敏树脂，如Ciba-Geigy Cibatool公司研发的5091、5131、5149以及Dupont公司的2100、2110、3100、3110，Huntsman SL5530HT、DSM Somos ProtoTherm14120、DSM Somos19120、SPR9000、SPR9100等。目前市场上的三维打印机的定位一直是研发设备，应用在新产品开发的前端，用来做手板模型。因此，现在市场上超过90%的装机客户都是工业（商用）客户。民用客户（个人三维打印机客户、家庭三维打印机客户）的数量虽然在递增，但是装机量还是非常少。这些商品化的三维打印机所使用的立体光刻光敏树脂的预聚物主要以环氧树脂为主，丙烯酸酯为辅，属于自由基或阳离子引发聚合型光敏树脂，价格昂贵，预聚物有较大毒性，主要用于工业快速原型，操作人员需配备专门的劳动保障装备。并且，由于预聚物中通常含有危害环境的化工原料，在清理成型件以及处理未用掉的树脂时需要专门的化学废料处理流程与设备，完全不能在家中使用。

发明内容

针对现有立体光刻光敏树脂高毒性、危害环境、不可家用的缺点，本发明的目的在于提供一种可供家用的无毒、环保、安全的立体光刻光敏树脂的配方及制备方法，上述树脂可在高精度三维打印进入家用市场起到关键材料作用，是实现家用立体光刻三维打印机的关键技术，可满足现有光敏树脂无法达到的环保与安全性要求。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种安全环保的三维打印光敏树脂，以所述光敏树脂总质量为100%计，其中各组分及其质量百分含量如下：

其中自交联丙烯酸酯单体优选

聚乙二醇（200）二丙烯酸酯

聚乙二醇（400）二丙烯酸酯

聚乙二醇（600）二丙烯酸酯

其中丙烯酸酯共聚物优选

甲基丙烯酸羟乙酯

1,6-己二醇二丙烯酸酯

自由基型光聚合引发剂优选

（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化膦

苯基双（2,4,6-三甲基苯甲酰）氧化膦

所述光敏树脂的制备方法步骤如下：

（1）按质量比为1-4：60-80：10-30的自由基型光聚合引发剂、自交联丙烯酸酯单体、丙烯酸酯共聚物均匀混合；

（2）在步骤（1）得到的混合物中加入使其质量分数为0-10%的聚乙烯吡咯烷酮增稠剂，匀质搅拌1～45分钟，使所述增稠剂充分溶解，避光保存，即得到本发明所述的光敏树脂。

所述步骤一中自由基型光聚合引发剂为（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化膦或苯基双（2,4,6-三甲基苯甲酰）氧化膦；自交联丙烯酸酯单体为聚乙二醇（200）二丙烯酸酯、聚乙二醇（400）二丙烯酸酯或聚乙二醇（600）二丙烯酸酯；丙烯酸酯共聚物为甲基丙烯酸羟乙酯或1,6-己二醇二丙烯酸酯；

所述步骤二中匀质搅拌采用匀质搅拌机。

本发明的基本原理如下：