[发明专利]一种用于三维打印快速成型的光固化不饱和聚酯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维打印快速成型材料及其制备方法，具体涉及光固化不饱和聚酯材料及其制备方法。

背景技术

三维(3D)打印技术又称增材制造技术，实际上是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，三维打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依赖的精细加工工艺。另外，三维打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域，为创新开拓了广阔的空间。

光固化成型(Stereolithography，简称SLA)技术是以光敏树脂为加工材料，加工从最底部开始，紫外激光器根据模型分层的截面数据在计算机的控制下在光敏树脂表面进行扫描，每次产生零件的一层。在工作的时候，有一个可以举升的平台，这个平台周围有一个液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射固化的光敏树脂，每一层固化完毕之后，工作平台向下移动一个层厚的高度，光敏树脂自动在已固化的零件表面涂敷一个工作层厚的液体树脂并进行下一层扫描固化，新的固化层与前面已固化层固化粘合为一体，如此反复直至最终成型。该技术的特点是精度高、表面质量好，制件精度可以达到±0.05mm(1000mm)，而且原材料的利用率近100％，能成形形状特别复杂(如空心零件)、特别精细(如戒指、工艺品等)的零件，而且不产生环境污染。

光固化成形所用的光敏树脂材料主要成份是不饱和聚酯，光敏树脂中的光引发剂吸收一定波长的光会分解产生自由基，自由基会引发光敏树脂中的其他组分发生聚合反应。随着光固化成形技术发展的不断完善和得到越来越多的行业认可，根据不同行业的具体要求，国际上SLA树脂的发展呈多样化趋势，如用于功能测试和注塑模具的耐高温树脂，用于结构验证与装配测试的高韧性树脂，以及用于熔模铸造的易烧蚀树脂和用于珠宝首饰制造的高分辨率树脂等。在光固化快速成型(SLA)中，光敏树脂是基础，光敏树脂的质量将决定成型件的精度以及力学性能和热性能。

国外应用最多的是DSM公司的Somos系列树脂,该树脂性能类似于ABS，具有低的粘度、较高的韧性及高精度，但是该树脂在使用时粘度会逐渐增大影响做件的效率和精度；具有高强度高温度的Nanotool树脂填充有30％的纳米陶瓷颗粒，制件表面光滑，强度极高，其弹性模量高达11000Mpa，比普通树脂高出4-5倍，可应用于钣金及风洞模型，由于高的陶瓷填充量，此树脂非常脆，断裂伸长率仅为0.8％。进口树脂的价格昂贵，增大了增材制造技术的成本。国内研究增材制造用光敏树脂起步比较晚，目前还不能完全满足增材制造技术的各个应用领域，还存在成本高、成型固化速度慢等问题。

感光不饱和聚酯树脂分子链上存在部分未反应的端羧基，端羧基耐碱性差，碱性环境中无法使用。另外单纯的不饱和聚酯固化时体积收缩率较高，不易得光滑平整的表面。这些缺陷大大地限制了光固化不饱和聚酯树脂的应用，因而，有必要开发新的不饱和聚酯材料以满足三维打印快速成型技术对材料的要求。

发明内容

本发明提供一种光固化不饱和聚酯材料，包含：

不饱和聚酯树脂：50－90重量份；

环氧树脂：10－50重量份；

增韧树脂：3－30重量份；

活性溶剂：3－30重量份；

增强剂：1－50重量份；

引发剂：0.3－3重量份；

固化促进剂：0.05－1重量份。

在一个实施方案中，所述不饱和聚酯的酸值范围为例如10～60mgKOH/g，优选20～50mgKOH/g，例如30mgKOH/g、40mgKOH/g；所述不饱和聚酯可选自例如邻苯二甲酸型不饱和聚酯、间苯二甲酸型不饱和聚酯的一种或几种。

所述环氧树脂的环氧值为0.4～0.6，例如0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59，其可选自例如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、丙烯酸环氧树脂中的一种或几种。

所述增韧树脂为不饱和树脂，其可选自例如顺丁烯二酸酐、桐油二酸酐、双马来酰亚胺中的一种或几种。

所述活性溶剂选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯中的一种。

所述增强剂可以为纳米无机物，例如纳米粘土、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米滑石粉中的一种或几种。