1 中国科学院空间应用工程与技术中心, 北京 100094
2 航天材料及工艺研究所, 先进功能复合材料技术重点实验室, 北京 100076
光敏树脂是光固化3D打印的材料基础, 也是光固化3D打印陶瓷的成型媒介。光敏树脂体系影响光固化3D打印陶瓷构件成型过程的收缩率与脱脂过程的应力, 本文设计了含环状结构的单官能度树脂、三官能度树脂及引入预聚物及稀释剂的多组分树脂三个树脂体系, 测试了三个树脂体系的收缩率, 研究表明引入预聚物及稀释剂的树脂体系具有最低的固化收缩率, 有效缓解了因固化反应收缩造成的3D打印氧化铝陶瓷素坯开裂的问题。采用热失重分析和热处理实验研究了三个树脂体系的热分解行为, 多组分树脂体系具有分阶段热解的特性, 采用该树脂体系制备了光敏性氧化铝浆料, 优化了光固化打印参数及脱脂气氛, 3D打印厚壁实心(12 mm×12 mm×12 mm)样件与大尺寸(80 mm×50 mm)的氧化铝陶瓷素坯脱脂后均无裂纹等缺陷。
光固化3D打印 光敏树脂 厚壁结构 低应力脱脂 陶瓷构件 低收缩 vat-photopolymerization 3D printing photosensitive resin thick-walled structure low-stress degreasing ceramic component low shrinkage
1 华南师范大学广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室, 广东 广州510006
2 广东省工业超短脉冲激光技术企业重点实验室, 广东 深圳 518055
3 华南理工大学化学与化工学院, 广东 广州510641
4 广东省计划生育科学技术研究所(广东省计划生育专科医院), 广东 广州510600
传统的陶瓷成型工艺存在着材料利用率低、能量消耗高等问题。为此, 本文利用数字光处理(DLP)3D打印技术, 制备了精细、复杂结构氧化锆陶瓷。实验配置了固相质量分数72.5%的陶瓷-光敏树脂浆料, 以紫外光为光源, 使浆料逐层固化, 叠加成型。实验还研究了曝光时间、曝光强度等因素对固化深度的影响, 优化后的陶瓷浆料表现出良好的固化效率与成型精度。最后本文还研究了烧结温度对陶瓷器件致密度以及维氏硬度的影响。最终制造出了致密度达95%以上、维氏硬度11.3 GPa、XRD表征为四方相的氧化锆陶瓷器件, 实现了复杂陶瓷器件的快速打印制备。
陶瓷材料 光敏树脂 数字光处理 烧结 ceramic material photosensitive resin DLP sintering
南昌大学材料科学与工程学院, 江西 南昌 330031
利用红外光谱仪、紫外激光固化快速成形设备、旋转黏度计、电子拉力试验机以及热机械性能分析仪对美国Huantsman公司的SL7510型光敏树脂进行了性能研究。实验结果表明, SL7510型光敏树脂是一种环氧树脂-丙烯酸酯混杂型光敏树脂, 它在30 ℃时的黏度为335 mPa·s, 临界曝光量为10.9 mJ/cm2, 透射深度为0.14 mm, 固化体积收缩率为4.03%, 固化物拉伸强度为40.8 MPa, 拉伸弹性模量为2009.2 MPa, 断裂伸长率为13.6%, 玻璃化温度为62 ℃。同时, 根据所测定的光敏树脂临界曝光量和透射深度数值, 选定了紫外激光固化快速成形设备的加工参数, 制作了电话机外壳, 其制作效果较好。
激光技术 快速成形 光敏树脂 临界曝光量 透射深度
