光敏樹脂材料：一定有你不知道的應(yīng)用

光固化材料早在4000多年前就被古埃及人應(yīng)用在木乃伊的制作上。據(jù)記載,，古埃及人用浸涂上瀝青的亞麻布條包封木乃伊,，由于瀝青中含有不飽和化合物,，置于陽光下便可以固化,。我國民間使用桐油浸涂木制器具并置于太陽光下固化，也能在木器表面形成防水防漏的耐磨保護(hù)層,，實際上這也是光固化技術(shù)的應(yīng)用,。在20世紀(jì)40年代，第一個被授權(quán)的紫外光固化涂料專利是由不飽和聚酯和苯乙烯組成,。1968年,，德國的一家公司首先利用不飽和樹脂與安息香醚的紫外光固化系統(tǒng)制成了商品化的產(chǎn)品，開發(fā)了第一代紫外光固化涂料,。20世紀(jì)70年代初,，美國的兩家化學(xué)公司先后研制出紫外光固化油墨。隨后他們很快開發(fā)了丙烯酸系光固化涂料,，在美國形成了光固化涂料的熱潮,，僅1972年一年內(nèi)就裝配了16條大型流水線，線速度達(dá)120米/分鐘,，在涂料干燥史上創(chuàng)造了前所未有的高速度,，引起了涂料界的極大關(guān)注。這被稱為第二代光固化涂料,。

樹脂是生產(chǎn)塑料制品的一種原材料,，種類很多，包括天然樹脂和人造樹脂,。如果限制在對紫外光敏感的樹脂（光敏樹脂）,，樹脂的選擇性就不多了。光敏樹脂材料適用于光聚合成型3D打印技術(shù),，主要包括光固化成型（SLA）,、數(shù)字光處理（DLP）、聚合物噴射（PolyJet），以及新興的連續(xù)液界制造技術(shù)（CLIP）,、雙光子3D打�,。═PP）。

光敏樹脂也稱為UV樹脂,，是一種具有多方面優(yōu)越性的特殊樹脂,，由光敏預(yù)聚體、活性稀釋劑和光敏劑組成,。光敏樹脂一般為液態(tài),，它在一定波長的紫外光（250 nm～400 nm）照射下立刻引起聚合反應(yīng)，完成固化,。光敏樹脂用途非常廣泛,，可用于制作高強(qiáng)度、耐高溫,、防水材料，具有節(jié)約能源,、污染小,、固化速度快、生產(chǎn)效率高等特點,。

合格的適用于3D打印的光敏樹脂需要滿足以下幾點要求,。

1．對特定波長光源的高敏感性。3D打印大多使用特定波長的光源作為引發(fā)反應(yīng)的光源,，這就需要光敏樹脂材料對光源具有高敏感性,。

2．合適的光固化速度。3D打印光敏樹脂必須要有高的固化速度,，以確保下一層樹脂和上層樹脂能夠快速實現(xiàn)固化,，但也不能固化速度過快。作為黏結(jié)劑使用的光敏樹脂必須保證固化速度低于樹脂滲透速度,，以避免樹脂尚未滲透到位就被固化而導(dǎo)致樹脂無法繼續(xù)流動,，造成黏結(jié)性能欠佳。

目前常見的光敏樹脂分為兩大類,，丙烯酸酯類和環(huán)氧樹脂類,。

1 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin，簡稱EP）是3D打印最常見的一種光敏樹脂,。1930年,，環(huán)氧樹脂首先由瑞士的Pierre Castan和美國的S.Q. Greenlee合成，屬于熱固性塑料,。我國自1958年開始對環(huán)氧樹脂進(jìn)行研究,，并以很快的速度投入工業(yè)生產(chǎn)，這些樹脂可廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟(jì)各部門,，作澆注,、浸漬、層壓料,、粘結(jié)劑,、涂料等用途。

環(huán)氧樹脂作為3D打印的材料,，可利用納米粘土薄片來增強(qiáng)黏性,，此外還有碳化硅和碳纖維作為填充物。通過改變這些填充物的組合,，科學(xué)家可以自由控制材料的強(qiáng)度來滿足各種需求,。這個新材料可以用來制造更輕的汽車或飛機(jī)，或者作為建筑結(jié)構(gòu)件用在輕質(zhì)建筑中,，可謂是一種十分理想的材料,。

環(huán)氧樹脂加約1%體積的碳纖維復(fù)合材料3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)

環(huán)氧樹脂在3D打印中的另一個重要用途就是作為黏結(jié)劑使用。環(huán)氧樹脂與無機(jī),、金屬粉末材料有良好的相容性,，能夠迅速浸潤無機(jī)或金屬粉末表面。環(huán)氧樹脂作為光敏涂料在人們?nèi)粘Ｉ�活中已得到了廣泛的研究和應(yīng)用,，產(chǎn)品種類繁多,，適用面廣，在不同體系中均可找到相對應(yīng)的環(huán)氧樹脂光敏材料使用,。

設(shè)計公司Kol/Mac利用環(huán)氧樹脂打印的“樹根座椅”,，耗時一個半月（圖片來源：IT時報）

利用環(huán)氧樹脂打印的普京頭像（圖片來源：南極熊）

環(huán)氧樹脂材料打印的模型（圖片來源：ejdyin.com）

2 丙烯酸酯

丙烯酸酯具有色淺、耐光耐熱,、耐化學(xué)腐蝕等特點,，因此，用丙烯酸酯制造的涂料,，用途廣泛,、種類繁多。3D打印技術(shù)在與丙烯酸酯單體聯(lián)用時,，丙烯酸酯單體可與光引發(fā)劑混合,，而光引發(fā)劑在紫外光區(qū)吸收一定波長的能量，該引發(fā)劑產(chǎn)生自由基,。自由基聚合反應(yīng)的優(yōu)勢在于其反應(yīng)速度快,，所需的固化時間較短。但是自由基聚合反應(yīng)受到氧氣的影響：自由基會與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),，從而被消耗,，導(dǎo)致聚合反應(yīng)受阻。宏觀表現(xiàn)為，光敏樹脂固化后的表層沒有完全固化,，手感粘黏,。

此外，陶瓷和金屬也可作為打印材料,。將陶瓷粉以1:1的比例與丙烯酸酯混合后,，樹脂可起到黏合劑的作用。加入了陶瓷粉的樹脂會在一定程度上實現(xiàn)固化,，其硬度正好足以保持實物的形狀,。之后，再通過熔爐對加入了陶瓷粉的成品進(jìn)行燒制,，以除掉其中的聚合物,，并將陶瓷成分黏合到一起，使最終成品中的陶瓷含量高達(dá)99%,。這種方法也同樣適用于含有金屬粉的丙烯酸酯類樹脂,。

用丙烯酸酯材料制作的3D打印物品

利用丙烯酸酯打印的城市模型（圖片來源：Shapeways）

Somos 19120是一種鑄造專用材料，成型后可用于蠟?zāi)Ｔ���,，擁有低留灰燼和高精度的特點,。

利用丙烯酸酯打印的火車（圖片來源：Shapeways）

世界首例丙烯酸3D打印椎骨植入物，用來替換第五節(jié)椎骨（圖片來源：3ders.com）

利用丙烯酸酯打印的透明制品（圖片來源：3ders.com）

如果你想了解更多的3D打印知識,，請關(guān)注創(chuàng)克加科技【南極熊連載】