文 献 综 述

1 光敏树脂的介绍

三维打印作为前沿性、先导性的新兴制造技术之一,正引领全球工业经历第三次工业革命,深刻地改变着传统的生产方式和生产工艺^［１］。近年来,国内外无论是新闻媒体界、金融界,还是科技界都掀起了关注3D打印技术的热潮,各国政府部门已开始关并制订3D打印技术的发展规划。

光固化成型是最早的3D打印成型技术,也是目前较为成熟的3D打印技术。1986年,美国人Chales Hull发明了第一台基于光固化技术的3D打印机,并成立了3D Systems公司,其后许多关于快速成型的概念和技术迅速发展^［２］。该技术的基本原理是利用材料的累加成型,将一个立体的目标零件的形状分为若干个平面层,以一定波长的光束扫描液态光敏树脂,使每层液态光敏树脂被扫描到的部分固化成型,而未被光束照射的地方仍为液态,最终各个层面累积成所需的目标零件,材料利用率可接近100%。材料是3D打印技术的基础和制约因素,光固化成型技术的核心问题之一是光敏树脂的开发。

1.1 光敏树脂的组成

光敏树脂主要由反应性预聚物、活性稀释剂、光引发剂等组成,其中预聚物和稀释剂占光敏树脂总量的90%以上。

反应性预聚物（齐聚物）是含有不饱和官能团的低分子聚合物,齐聚物的分子末端具有进行光固化反应的活性基团,主要是不饱和双键和环氧基团等,一经引发聚合,分子量就会快速增大,迅速固化为固体^[3]。常用的齐聚物包括聚丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂以及聚氨酯丙烯酸树脂等。

环氧丙烯酸酯是紫外光固化领域中用量最大的一类光敏树脂预聚物,具有硬度高、固化速度快、光泽度高和耐化学性好等优点,但是其黏度高、冲击强度低、耐黄变和耐老化性差,因而不能作为光敏树脂的单一预聚物^[4]。根据环氧丙烯酸酯结构的不同,可将其分为双酚A环氧丙烯酸酯、脂肪族环氧丙烯酸脂和改性环氧丙烯酸酯,三者确立了环氧丙烯酸酯在光敏树脂界的王者地位。

活性稀释剂一般为含有可聚合官能团的小分子,具有黏度低、韧性好、降黏能力强等特性,可用于稀释高黏度的预聚物,其添加量仅次于预聚物^[5]。常用的光敏树脂活性稀释剂有单官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸酯,双官能团二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPCGA)等。

光引发剂是起引发聚合作用的化合物,对材料光固化反应的速率与光固化材料的质量起到决定作用,是光敏树脂配方体系中最关键的组分。其引发机制为：光引发剂吸收适当能量的光子,或光敏剂吸收光能后将能量转移给光引发剂,光引发剂吸收能量后由基态被激发至某一激发态,若该激发态能量大于光引发剂中弱键断裂的键能,则弱键断裂产生初级活性种^［6］。