上节我们讲了3D打印中比较常见的FDM3D打印机使用的一些主要耗材特性和FDM 3D打印主要的材料优劣势。今天我们来探讨一下光固化3D打印机使用的一些材料-光敏树脂打印耗材,以及树脂耗材的一些特性。
光敏树脂即是uv树脂,一般为液态,由聚合物单体与预聚体组成,其中加有光(紫外线)引发剂,在一定波长的紫外光照射下会立刻引起聚合反应,使得液态的光敏树脂材料快速固化成型。
我们来回顾一下上节,3D打印(增材制造) 和减材制造的不同。传统制造业中普遍应用减材制造技术,从一块原材料开始,通过切割、钻、铣削等机械工艺方式去除部分材料,从而获得一个三维物体形态,可想而知,这个过程中去除的材料全部变成废料,对材料的利用率低。而增材制造(3D打印)通过极小单位的原材料的叠加产生三维物体形态,虽然后期也可能通过再加工产生废料,但总体来说对材料的浪费是很少的。这就比如我们需要做一个陶瓷小物件,用3D打印的方式,可以用很多很小块的陶泥粘合在一起,组成一个小物件的形态;而用(减材)的方式,则是从一大块整块的陶泥开始,用工具慢慢剔除不需要的部分,最后剩下一个物件的形态。当然,我们不能仅仅通过对材料的利用这一点来判断两种制造方式的优劣。由于传统减材技术已经非常成熟,无论是材料上,在工艺精细度、自动化和效率上都具有很大优势,量产的成本也能有效控制,因此在多数领域3D打印技术还不具备取代它的优势。但3D打印技术在原型制作以及小批量生产上明显优于传统减材技术,而且基于3D打印技术的发展速度和工艺独特性,3D打印技术必将日趋成熟,在制造业中占据重要的位置。
通过上期对FDM 3D打印机材料的分析,今天我们主来探讨一下光固化3D打印机主流所用的各种树脂耗材材料的优劣。使用光敏树脂打印的3D打印机之前一般是指以SLA激光成型技术的SLA 3D打印机,近年来,针对市场需求,出现了以LCD投影面成型的LCD光固化3D打印机,还有针对珠宝设计出现的DLP 3D打印机等,我们今天主要讨论SLA和LCD常用的一些光敏树脂。光敏树脂种类总体分类没有FDM线径耗材那么丰富,其主要分为普通树脂,韧性树脂,高硬度树脂,铸造树脂,红蜡树脂等一些其他小众树脂,其大类型下按照各个厂家不同配方,又分为更多各式各样的型号,令人惋惜的是,无论哪种市场上流通的常用树脂,其硬度和韧性耐温等特性,大部分都相比于FDM打印耗材略差一筹,不过对于线径耗材,树脂其表面成型光滑度和易加工打磨程度,是线性材料不可比喻的,且总体光固化3D打印技术所制造的模型精度,亦令FDM等望尘莫及。
普通树脂
通用的一些树脂耗材一般分为SLA 3D打印机使用的波长在355nm左右和LCD使用的405nm左右的光敏树脂,其密度1.1-1.15/cm³之间(树脂基本密度范围)热变形温度在50-70℃之间,硬度在82-86邵氏D之间。其热变形温度和硬度,也决定了它只能用于简单打印验证使用,并不适合一些特殊或者耐温的工件模型打印。但这也不能阻碍它成为最畅销的一种通用树脂耗材。其打印设置简单,价格相对低廉,光滑度高,软硬度适中,不那么易翘边且比较容易进行后加工,是一种发挥非常稳定的树脂。
韧性树脂耗材
韧性树脂其热变形温度约在70℃,密度1.15左右,抗冲能力较差,其特点在于弯曲韧性,其抗弯曲能力大大加强,达到94Mpa左右,所以是一种比较适合打印需要一定韧性特定零件的耗材,其比较明显的缺点是比较容易收缩,放置久了会有一定的翘曲出现。除了抗疲劳韧性优点,其他表现一般,当然不排除一些大公司或者进口的型号表现的其他数据更为优秀。
高硬度树脂
高硬度树脂是一个比较乱的树脂类型耗材,市面上鱼龙混杂,大致上就是一些普通树脂改变配方而来,一定程度上提高了打印成型硬度,硬度可能在85-95邵氏D之间,其他参数相对应有微调整,但是基本是换汤不换药,整体效果并不看好。
铸造树脂耗材
传统制造工艺具有复杂漫长的制作流程,并且受模具限制使得首饰的设计自由度低,尤其是与3D打印蜡模相比,还多了对蜡模的模具制作工序。所以,融模铸造树脂出现了。
这种树脂的膨胀系数不高,并且在燃烧的过程中,所有的聚合物都会被烧掉,只留下完美的最终产品形状。否则,任何塑料残留物都会导致铸件的缺陷和变形。铸造树脂的出现,简直不要太好用。
耐高温树脂耗材
对个别线径耗材的较高耐温而言,无疑,高温树脂是众多树脂厂商紧盯的一个研发方向,因为我们知道对于液态树脂固化领域来说,长久以来困扰树脂走向消费级和工业级应用的是这些塑料的老化问题。个别较为优秀的耐高温树脂,热熔变型温度可以达到120℃。在高温下保持良好的强度、刚度和长期的热稳定性,适用于汽车和航空工业的模具和机械零件。
除此之外,还有透明树脂和半透明树脂以及模型动漫用的红蜡树脂,透明树脂耗材其特性和普通树脂相差无几,主要是通透性和杂质较少,其主要是通过后期加工实现全透明半透明化,所以其市场打印服务价格一直居高不下。
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