CN112029042A - 一种用于3d打印的光敏材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于3d打印的光敏材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印的光敏材料及其制备方法，由以下按照重量份数计的原材料组成：丙烯酸类树脂10‑25份，活性稀释剂60‑75份，增韧剂10‑20份，光引发剂1‑5份，助剂0.05‑0.1份，按照预设的重量份数，称取丙烯酸类树脂，活性稀释剂，增韧剂，光引发剂，助剂，放入分散机中混合并搅拌，经过20‑40分钟的分散均匀，搅拌过程中温度控制在40‑60℃，得到UV光固化光敏材料。本发明制备的光敏材料具有固化速度快，产品储存稳定性好，打印大模型不易变形，具有优良的弯曲性能，并能直接打印出来有弹性的模型，适用于DLP快速成型桌面级3D打印设备。

Description

一种用于3D打印的光敏材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光敏材料，具体地说是一种用于DLP快速成型桌面级3D打印设备的UV光固化光敏材料及其制备方法。
背景技术
使用光敏树脂作为打印材料3D打印技术主要有：立体光刻快速成型(Stereolithography，SLA)、DLP投影式三维打印工艺 (Digital Light Processing，DLP)和超薄层厚光敏树脂喷射成型技术(Connex500 ***Objet Geometries公司)。其打印过程是将三维模型在电脑中确定好，然后交付3D打印机，打印过程采用紫外线照射液态光敏树脂，一层一层堆栈成型。
3D打印用的光敏树脂需要在3D打印机的曝光条件下快速固化，另外还需要满足打印机的打印工艺，具有一定的流动性。这些是光敏树脂能够用于 3D打印机的基本要求。目前，国内用于3D打印机的光敏树脂品种单一，主要是硬度较高的树脂，但是这类树脂存在韧性不足、抗冲击性差、易碎的缺点，高韧性的 3D打印光敏树脂是3D打印材料的一个新的研发方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于3D打印的光敏材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种用于3D打印的光敏材料，由以下按照重量份数计的原材料组成：
丙烯酸类树脂10-25份，活性稀释剂60-75份，增韧剂10-20份，光引发剂1-5份，助剂0.05-0.1份。
所述丙烯酸类树脂为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯中的一种或者两种以上的混合物。
所述活性稀释剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、4-羟丁基乙烯基醚、4-乙烯基环氧环己烷、乙烯基吡咯烷酮、二乙二醇二乙烯基醚、4-乙烯基环氧环己烷、环醚(3,3'-[氧基双亚甲基]双[3-乙基] 氧杂环丁烷、3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷、3-乙基-3-[(2-乙基己氧基)甲基]氧杂环丁烷、1，4双[(3-乙基-3-氧亚甲基氧杂环丁)甲基]苯)和环内酯(丙二醇碳酸酯)中的任意一种或者任两种以上的混合物。
所述增韧剂为3-乙基-3-氧杂丁环甲醇和3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷中的一种或者两种。
所述光引发剂为苯乙酮衍生物和芳香酮类中的一种或两种，其中苯乙酮衍生物包括1-羟基环己基苯乙酮、α，α-二甲基-α-羟基苯乙酮、对异丙基苯基-2-羟基二甲基丙酮-1，芳香酮类包括二苯甲酮、氯化二苯甲酮、丙烯酸酯化二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、2-氯化硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮、二甲基硫杂蒽酮、二乙基硫杂蒽酮、二氯硫杂蒽酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
所述助剂包含TEGO Airex900、TEGO Airex910、TEGO Airex920、TEGO Airex932、TEGO Airex940、TEGO Airex945和TEGO Foamex N中的一种或两种以上的混合物。
一种用于3D打印的光敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照预设的重量份数，称取丙烯酸类树脂，活性稀释剂，增韧剂，光引发剂，助剂，放入分散机中混合并搅拌，经过20-40分钟的分散均匀，搅拌过程中温度控制在40-60℃，得到UV光固化光敏材料。
本发明制备的光敏材料具有固化速度快，产品储存稳定性好，打印大模型不易变形，具有优良的弯曲性能，并能直接打印出来有弹性的模型，适用于DLP快速成型桌面级3D打印设备。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一
一种用于3D打印的光敏材料，按重量份数计，包含以下组分：
丙烯酸类树脂 25份；
活性稀释剂 65份；
增韧剂 10份；
光引发剂 5份；
助剂 0.1份。
所述丙烯酸类树脂为改性环氧丙烯酸酯。
所述活性稀释剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯3:3:1的混合物。
所述增韧剂为3-乙基-3-氧杂丁环甲醇和3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷1:1的混合物。
所述光引发剂为4-苯基二苯甲酮。
所述助剂为TEGO Airex945。
制备本例UV光固化光敏材料，可按本领域常采用的工艺进行，按重量份称取以上材料，用分散机搅拌30分钟分散均匀，温度控制在50℃，得到UV光固化光敏材料。
实施例二
一种用于3D打印的光敏材料，按重量份数计，包含以下组分：
丙烯酸类树脂 15份；
活性稀释剂 75份；
增韧剂 10份；
光引发剂 4份；
助剂 0.1份；
所述丙烯酸类树脂为聚氨酯丙烯酸酯。
活性稀释剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物。
所述增韧剂为3-乙基-3-氧杂丁环甲醇和3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷2:1的混合物。
所述光引发剂为α-二甲基-α-羟基苯乙酮。
所述助剂为TEGO Airex910。
制备本例UV光固化光敏材料，可按本领域常采用的工艺进行，按重量份称取以上材料，用分散机搅拌35分钟分散均匀，温度控制在55℃，得到UV光固化光敏材料。
实施例三
一种用于3D打印的光敏材料，按重量份数计，包含以下组分：
丙烯酸类树脂 25份；
活性稀释剂 60份；
增韧剂 15份；
光引发剂 3.5份；
助剂 0.1份；
所述丙烯酸类树脂为聚酯丙烯酸酯。
所述活性稀释剂为乙烯基吡咯烷酮、二乙二醇二乙烯基醚的混合物。
所述增韧剂为3-乙基-3-氧杂丁环甲醇和3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷3:1的混合物。
所述光引发剂为2-氯化硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮。
所述助剂为TEGO Airex920。
制备本例UV光固化光敏材料，可按本领域常采用的工艺进行，按重量份称取以上材料，用分散机搅拌38分钟分散均匀，温度控制在58℃，得到UV光固化光敏材料。
实施例四
一种用于3D打印的光敏材料，按重量份数计，包含以下组分：
丙烯酸类树脂 25份；
活性稀释剂 60份；
增韧剂 15份；
光引发剂 3.5份；
助剂 0.1份；
所述丙烯酸类树脂为聚酯丙烯酸酯。
所述活性稀释剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、4-羟丁基乙烯基醚、4-乙烯基环氧环己烷和乙烯基吡咯烷酮的混合物。
所述增韧剂为3-乙基-3-氧杂丁环甲醇和3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷3:2的混合物。
所述光引发剂为4-苯基二苯甲酮。
所述助剂为TEGO Airex945。
制备本例UV光固化光敏材料，可按本领域常采用的工艺进行，按重量份称取以上材料，用分散机搅拌38分钟分散均匀，温度控制在58℃，得到UV光固化光敏材料。
实施例五
一种用于3D打印的光敏材料，按重量份数计，包含以下组分：
丙烯酸类树脂 25份；
活性稀释剂 60份；
增韧剂 0份；
光引发剂 3.5份；
助剂 0.1份；
所述丙烯酸类树脂为聚酯丙烯酸酯。
所述活性稀释剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、4-羟丁基乙烯基醚、4-乙烯基环氧环己烷和乙烯基吡咯烷酮的混合物。
所述增韧剂为0表示此组实验不添加任何增韧剂。
所述光引发剂为4-苯基二苯甲酮。
所述助剂为TEGO Airex945。
制备本例UV光固化光敏材料，可按本领域常采用的工艺进行，按重量份称取以上材料，用分散机搅拌38分钟分散均匀，温度控制在58℃，得到UV光固化光敏材料。
[对比实验]
将实施例1-5制备的光敏树脂用同一打印设备打印成尺寸相同的测试条，同时取2种目前普遍使用的高韧性光敏树脂作为对比，将所取对比材料也用相同的打印设备打印成尺寸相同的测试条。对打印成型后的测试条进行机械测试，数据如下：
组别 屈服强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 断裂伸长率（%）
实施例1 338 533 15.1
实施例2 359 523 13.9
实施例3 341 519 14.0
实施例4 356 510 13.8
实施例5（空白） 179 286 5.5
对比1 245 390 8.5
对比2 232 423 7.5
由以上数据可以看出，用本发明的3D打印光敏树脂打印成型的成品材料具有更佳的机械强度和韧性。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于3D打印的光敏材料，其特征在于，由以下按照重量份数计的原材料组成：
丙烯酸类树脂10-25份，活性稀释剂60-75份，增韧剂10-20份，光引发剂1-5份，助剂0.05-0.1份。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的光敏材料，其特征在于，所述丙烯酸类树脂为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯中的一种或者两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的用于3D打印的光敏材料，其特征在于，所述活性稀释剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、4-羟丁基乙烯基醚、4-乙烯基环氧环己烷、乙烯基吡咯烷酮、二乙二醇二乙烯基醚、4-乙烯基环氧环己烷、环醚(3,3'-[氧基双亚甲基]双[3-乙基] 氧杂环丁烷、3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷、3-乙基-3-[(2-乙基己氧基)甲基]氧杂环丁烷、1，4双[(3-乙基-3-氧亚甲基氧杂环丁)甲基]苯)和环内酯(丙二醇碳酸酯)中的任意一种或者任两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的用于3D打印的光敏材料，其特征在于，所述增韧剂为3-乙基-3-氧杂丁环甲醇和3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷中的一种或者两种。
5.根据权利要求1所述的用于3D打印的光敏材料，其特征在于，所述光引发剂为苯乙酮衍生物和芳香酮类中的一种或两种，其中苯乙酮衍生物包括1-羟基环己基苯乙酮、α，α-二甲基-α-羟基苯乙酮、对异丙基苯基-2-羟基二甲基丙酮-1，芳香酮类包括二苯甲酮、氯化二苯甲酮、丙烯酸酯化二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、2-氯化硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮、二甲基硫杂蒽酮、二乙基硫杂蒽酮、二氯硫杂蒽酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
6.根据权利要求1所述的用于3D打印的光敏材料，其特征在于，所述助剂包含TEGOAirex900、TEGO Airex910、TEGO Airex920、TEGO Airex932、TEGO Airex940、TEGOAirex945和TEGO Foamex N中的一种或两种以上的混合物。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的用于3D打印的光敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照预设的重量份数，称取丙烯酸类树脂，活性稀释剂，增韧剂，光引发剂，助剂，放入分散机中混合并搅拌，经过20-40分钟的分散均匀，搅拌过程中温度控制在40-60℃，得到UV光固化光敏材料。
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