[发明专利]一种3D打印用低粘度柔性光敏树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种3D打印用低粘度柔性光敏树脂及其制备方法和应用。本发明的3D打印用低粘度柔性光敏树脂，包括如下按重量份计算的组分：丙烯酸酯30～50份；光引发剂3～5份；活性稀释剂45～60份；助剂0～1.5份；其中，所述丙烯酸酯的粘度为20～300cps；所述活性稀释剂为酯类活性稀释剂和醚类活性稀释剂按照重量比为1:0.8～2复配的混合物。本发明通过选用粘度较低的丙烯酸酯作为预聚体，搭配特定的活性稀释剂，可以有效降低光敏树脂的粘度，同时还可以提高大大提高光敏树脂的固化速率和固化后的韧性。

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，具体涉及一种3D打印用低粘度柔性光敏树脂及其制备方法和应用。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing)，又称“3D打印(3D printing)”，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末或者金属或者塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来制造物体的技术。3D打印技术在近几十年得到了快速发展和应用，目前已经形成了多种建造三维原型工艺技术。增材制造技术标准ASTM F2792-12中将增材制造技术划分为七大类：粘合剂喷射、直接能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、层压和槽光聚合。

喷墨打印技术属于材料喷射类别，定义为通过选择性沉积造型材料微滴实现的增材制造工艺。3D喷墨打印主要可以采用热致相变材料和光固化材料两类材料作为成形材料进行打印。光固化材料在热致相变材料之后进行交联聚合，普遍存在机械性能较差的问题。实践中，喷墨3D打印对于材料的要求主要有：①由于喷嘴为细孔，所以要求材料的流动性要非常好，一般粘度在50cps以下；②由于喷嘴移动的速度较快，所以要求材料固化时间要短，一般在2s以内，③由于材料在工作状态与非工作状态都放置在打印机内的料槽中，而打印机工作时伴有45～70℃的工作温度，要求材料在一定温度下长期贮存要具有稳定性。

光固化成型技术(Stereo Lithography Apparatus，SLA)，也称液态光敏树脂选择性固化，是近年来迅猛发展的一个热门方向，该技术的原理是使用一定波长和强度的紫外光辐照液态光敏树脂原材料使其迅速发生交联反应而生成固化物。

由光固化机理可知，材料在使用过程中必然有双键参与反应，双键反应时会在材料内部产生很大的收缩应力，材料缺少释放应力的效能，导致材料脆性大。目前主要通过添加橡胶成分来改善材料的脆性问题，如中国专利CN105199178A通过在3D打印材料配方中引入改性丁二烯橡胶，中国专利CN105175651A在配方中加入固体橡胶的成分，该方法虽然极大的提升了冲击强度，但是固化时间较长(15～60s)，在实际打印中应用有限。

同时，自由基聚合中双键在反应过程中产生的收缩应力还会导致打印制件的翘曲变形，严重的话会影响制件精度。中国专利CN110527030A提供了一种收缩率在1％以下3D打印光敏树脂及其制备方法，该专利通过添加二氧化硅、氧化铁黄粉以及滑石粉等填料组分来降低单体和低聚物的极性，实现降低收缩，缺点是增加了体系的粘度，应用范围有限。

另外，由SLA的原理可知，打印材料对光固化时间有很高的要求，固化不完全和一次固化程度不高均会影响打印精度，现有的3D打印光敏树脂的光固化时间均较长。

因此，需要开发一种粘度低、固化速度快且机械性能优良的SLA打印材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中3D打印材料粘度较高、固化速度慢、机械性能(如韧性)较差的缺陷，提供一种同时具有粘度低、韧性较大且固化时间短的3D打印用低粘度柔性光敏树脂。本发明的3D打印用低粘度柔性光敏树脂，在55℃时粘度为13～25cps，可在2s内完全固化，且打印得到的耗材的拉伸强度为14～20MPa，断裂伸长率为144～195％，体积收缩率在6％以内。

本发明的另一目的在于，提供上述3D打印用低粘度柔性光敏树脂的制备方法。

本发明的另一目的在于，提供上述3D打印用低粘度柔性光敏树脂在制备3D打印材料中的应用。