一种用于光固化快速成型的树脂模原型配方及其熔模铸造工艺组成比例

技术编号:19384001 阅读:2 留言:0更新日期:2018-11-10 00:17
本发明专利技术提供一种用于光固化快速成型的树脂模原型配方及其熔模铸造工艺,所述用于光固化快速成型的树脂模按重量百分比,包括:光敏树脂:60‑95 wt%、惰性低分子量物质:5‑40 wt%;所述光敏树脂包括:活性低聚物10‑70 wt%、活性稀释剂20‑70 wt%、光引发剂0.2‑6 wt%、余量为功能助剂。和传统的蜡模铸造相比,该方法具有成本低、效率高、不易变形、且能生产更薄的铸件等优点,在产品更新换代时只需要改变CAD几何模型,就可以非常方便地获得铸造模具,可以大大节省制作模具的时间,在艺术铸件、珠宝首饰等行业可实现高效、高精度的快速铸造,并且在航空等工业领域、民用零件等有广泛的应用前景。

Prototype formulation and investment casting process of resin mold for UV curing rapid prototyping

The invention provides a resin mold prototype formulation for rapid prototyping of light curing and its investment casting process. The resin mold used for rapid prototyping of light curing includes: photosensitive resin: 60 95 wt%, inert low molecular weight material: 5 40 wt%; the photosensitive resin includes: active oligomer 10 70 wt%. The active diluent is 20, 70 wt%, photoinitiator 0.2, 6 wt%, and the remaining amount is functional assistant. Compared with traditional wax pattern casting, this method has the advantages of low cost, high efficiency, not easy to deform, and can produce thinner castings. It is very convenient to obtain casting mould by changing the geometric model of CAD when the product is renewed. It can greatly save the time of making mould. In art castings and jewellery heads, it is necessary to change the geometric model of CAD. Fast casting with high efficiency and high precision can be realized in decoration and other industries, and it has broad application prospects in aviation and other industrial fields, civil parts and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种用于光固化快速成型的树脂模原型配方及其熔模铸造工艺
本专利技术属于光固化领域,尤其涉及一种用于光固化快速成型的树脂模原型配方及其熔模铸造工艺。
技术介绍
熔模铸造或“失蜡”铸造是一种精密的铸造工艺,其中蜡模经过多步加工后转变为固体金属零件。熔模铸造可以经济地批量生产含有复杂几何形状和特征的近净成形的金属部件,包括难加工或不可机加工的合金。为了生产精密部件,铸件的近净成形可以减少加工时间和成本,使零件达到规格要求。传统的熔模铸造尽管受欢迎,但是由于生产蜡模的模具成本高昂,制造和定型周期长,因此在原型,保养,定制或专门的零部件生产中,熔模铸造的低批量生产是非常昂贵的。快速成型(RP)技术正在快速成为产品设计和制造的标准工具。凭借其颠覆性的能力,可以快速制造三维零件进行设计验证或作为功能原型和生产工具,是缩短产品设计和开发时间周期不可或缺的工具。因RP技术在降低模具成本和缩短生产周期的优势,推动了其在熔模铸造领域中的应用。将快速成型和熔模铸造技术相结合产生新型的熔模铸造技术,它不仅保留了快速成型的优点,而且在铸造领域也显示了其独特的一面,和传统的蜡模铸造相比它具有成本低、效率高、不易变形、且能生产更薄的铸件等优点,在产品更新换代时只需要改变CAD几何模型,就可以非常方便地获得铸造模具,可以大大节省制作模具的时间。快速成型技术的基本原理可以概括为叠层制造,可分为以下多种类型:立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积/熔丝沉积(FDM)、分层实体制造(LOM)、电子束熔丝沉积(EBFF)等多种成形工艺。基于各种条件限制,不同的技术都有各自的优缺点。用快速原型最为直接铸造模型进行精密铸造,铸件的尺寸精度主要取决于原型的精度。在上述的几种快速成型工艺方法中,SLA和DLP以光敏树脂为材料的光固化成型,由于制造原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点,得到了广泛的应用。光固化快速成型熔模铸造技术是用液态光敏树脂原型代替熔模铸造中的蜡模,即首先在光固化快速成型机上经光固化逐层打印出树脂原型,然后经过多次浇注耐火材料,如熔融石英、氧化铝和氧化镁等陶瓷浆料,形成熔模铸造的型壳,经干燥直至型壳凝固后,再焙烧脱树脂,得到的耐火陶瓷材料壳层作为铸造型壳,浇注液态金属后冷却得到金属件。目前,如CN101955625A和CN104109328A中,都是选用活性稀释剂、不饱和的丙烯酸酯和环氧树脂低聚物,紫外光引发剂组成的光敏树脂体系,激光快速成型。如CN105802257A中,选用传统的松香、石蜡等为基体,添加少量助剂等混合得到常温固态树脂,该混合物体系经加热液化后由3D打印喷嘴喷射冷却固化成型。用于光固化快速成型的树脂在光固化反应后是热固性树脂,受热后不能熔融流动,只能先软化,而后随着温度的不断上升而气化消失。在型壳焙烧脱除树脂模原型的初始阶段,原型受热膨胀可能将型壳胀裂;此外,如果树脂初始热分解温度较高,或者热分解过程集中在局部温度范围内就容易产生过多的气体使型壳开裂。在焙烧结束后,如果树脂模原型残留灰分多或形成不易去除的焦油状残渣,将导致铸件产生夹杂等缺陷。上述列举的CN105802257A,其成形的缺点在于受喷头中加热后混合物的粘度所限,加热融化后的树脂粘度太大,导致成型的精度较低。此外该专利中并未对树脂模型的焙烧性能进行研究。上述列举的CN101955625A和CN104109328A中,其体系配方为常规光固化的光敏树脂,在光固化过程中,在光引发剂引发下,双键交联成三维网络结构,逐层固化直至得到所需的模型。然后在该模型上浇注陶瓷浆料,进而进行焙烧。但是在光固化反应后是热固性的树脂材料,受热后不能熔融流动,这样导致在后续的焙烧过程中,树脂的初始分解温度较高,热分解温度集中在局部温度范围内,会产生较多的气体使型壳开裂;此外树脂的热膨胀系数比耐火型壳材料大,也会导致型壳胀裂。
技术实现思路
为了解决以上技术问题,本专利技术提供一种用于光固化快速成型的树脂模,按重量百分比,包括:光敏树脂:60-95wt%、惰性低分子量物质:5-40wt%。所述光敏树脂按重量百分比,包括:活性低聚物10-70wt%、活性稀释剂20-70wt%、光引发剂0.2-6wt%、余量为功能助剂。优选的,所述活性低聚物采用丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅烷丙烯酸酯中的至少一种。优选的,丙烯酸酯选用纯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯及聚酯丙烯酸酯中的至少一种。优选的,所述活性稀释剂采用双官能团或者多官能团的烷基丙烯酸酯、烷氧基丙烯酸酯和乙二醇类丙烯酸酯中的至少一种。所述光引发剂采用在250-440nm紫外光下有吸收的自由基型和阳离子型光引发剂。自由基型光引发剂采用苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂铁、2-异丙基硫杂蒽酮、4-苯基二苯甲酮、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮中的至少一种;阳离子光引发剂采用芳基重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐以及芳茂铁盐中的至少一种。功能助剂采用消泡剂、流平剂、附着力促进剂中的至少一种,各助剂的添加量为树脂模总重量的0.5-4%。其中消泡剂采用脂肪族酰胺、聚乙二醇、改性聚二甲基硅氧烷和不含有机硅的聚合物溶液中的至少一种;流平剂采用聚丙烯酸酯化合物、聚醚/聚酯/芳烷基改性二甲基硅氧烷溶液、以及氟碳改性聚丙烯酸酯共聚体溶液中的至少一种;附着力促进剂采用胺基硅烷、磷酸酯聚合物和环氧硅烷低聚物中的至少一种。惰性低分子量物质采用合适的适中沸点的物质,其沸点范围优选在120-250℃;且其分子量范围为50-5000,优选为200-1000;惰性低分子量物质采用惰性低聚物和惰性小分子稀释剂中的至少一种。当为两者的混合物时,其重量比为1:0.2至1:5,所述惰性低聚物可采用聚己内酯多元醇、聚丙二醇、乙烯类聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一种;惰性小分子稀释剂可为乙二醇、丙三醇、碳酸丙烯酯、丁氧基甲基丙烯酰胺、二乙二醇二甲醚中的至少一种。惰性低分子量物质为不参与光固化聚合反应的,且与光敏体系中的组分中的官能团不发生反应、在光敏树脂体系中有较好的溶解性,并且在焙烧过程中,在较低的温度下软化并气化/分解,使得在三维模型中留下空隙,在进一步升高温度的过程中模型向该空隙处膨胀,可防止型壳的开裂。一种光固化体系的制备方法:将活性低聚物、活性稀释剂、光引发剂、功能助剂以及惰性低分子量物质按一定配比中速搅拌5-15h,得到均匀的光固化体系。其中,该体系的粘度范围在100-3000cp,优选的粘度为100-1500cp。熔模铸造或“失蜡”铸造是一种精密的铸造工艺,其中树脂模经过多步加工后转变为固体金属零件。本专利技术将快速成型技术与熔模铸造技术结合起来,采用快速原型来制备直接铸造模型。和传统的蜡模铸造相比该方法具有成本低、效率高、不易变形、且能生产更精密的铸件等优点,只需要改变CAD几何模型,就可以非常方便地获得铸造模具,可以大大节省制作模具的时间,在艺术铸件、珠宝首饰等行业可实现高效、高精度的快速铸造,并且在航空等工业领域、民用零件等有广泛的应用前景。本专利技术采用以上技术方本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于光固化快速成型的树脂模,其特征在于,按重量百分比,包括:光敏树脂:60‑95 wt%、惰性低分子量物质:5‑40 wt%;所述光敏树脂包括 :活性低聚物 10‑70 wt%、活性稀释剂 20‑70 wt %、光引发剂 0.2‑6 wt%、余量为功能助剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于光固化快速成型的树脂模,其特征在于,按重量百分比,包括:光敏树脂:60-95wt%、惰性低分子量物质:5-40wt%;所述光敏树脂包括:活性低聚物10-70wt%、活性稀释剂20-70wt%、光引发剂0.2-6wt%、余量为功能助剂。2.如权利要求1所述的用于光固化快速成型的树脂模,其特征在于,所述活性低聚物采用丙烯酸酯、丙烯酰胺和硅烷丙烯酸酯中的至少一种;所述活性稀释剂采用双官能团或者多官能团的烷基丙烯酸酯、烷氧基丙烯酸酯和乙二醇类丙烯酸酯中的至少一种;所述光引发剂采用在250-440nm紫外光下有吸收的自由基型和阳离子型光引发剂;功能助剂采用消泡剂、流平剂、附着力促进剂中的至少一种,各助剂的添加量为0.5-4%。3.如权利要求2所述的用于光固化快速成型的树脂模,其特征在于,丙烯酸酯采用纯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯中的至少一种;自由基型光引发剂采用苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂铁、2-异丙基硫杂蒽酮、4-苯基二苯甲酮、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮中的至少一种;阳离子光引发剂采用芳基重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐以及芳茂铁盐中的至少一种。4.如权利要求2所述的用于光固化快速成型的树脂模,其特征在于,消泡剂采用脂肪族酰胺、聚乙二醇、改性聚二甲基硅氧烷和不含有机硅的聚合物溶液;流平剂采用聚丙烯酸酯化合物、聚醚/聚酯/芳烷基改性二甲基硅氧烷溶液、以及氟碳改性聚丙烯酸酯共聚体溶液中的至少一种;附着力促进剂采用胺基硅烷、磷酸酯聚合物和环氧硅烷低聚物中的至少一种。5.如权利要求1所述的用于光固化快速成型的树脂模,其特征在于,惰性低分子量...

【专利技术属性】
技术研发人员:张丽黄立赵卓贺晓宁方绚莱
申请(专利权)人:深圳摩方新材科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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