一种用于3D打印的可见光固化材料及3D打印装置和制件制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的材料及采用该材料的3D打印装置和制件及其制备方法，所述材料包括以下重量份的组分：可聚合单体，为低聚物和/或稀释性单体100重量份，光引发剂0.01‑5重量份，光引发剂助剂0‑5重量份，和其他功能助剂1‑20重量份；其中，所述光引发剂为下述在可见光波段415nm‑780nm的激光或单色可见光光辐射下具有活性的化合物中的一种或多种：醌类化合物、茂钛类化合物、碘鎓盐类化合物、硫鎓盐类化合物和三嗪类化合物。本发明专利技术中所使用的光源较常用的紫外辐射光源具有安全、低成本等优点。常态下该方法所使用打印材料为液体，粘度可调节，具有打印精度高、成型速度快、打印产品机械强度高等优点。

For a visible light curing material and 3D printing 3D printing devices and parts

The invention discloses a method for 3D printing materials and 3D printing device and product and preparation method thereof with the material, the material comprises the following components by weight: polymerizable monomer, oligomer and / or monomer dilution 100 weight portions, photo initiator 0.01 5 pts.wt. Photoinitiator agent 0 5 weight portions, and other functional additives 1 20 weight parts; wherein the photoinitiator is one or more of the following compounds in visible light 415nm 780nm laser or monochromatic visible light irradiation is active in: quinone compounds, metallocene compounds iodonium salts, compounds, sulfonium salt compounds and three triazine compounds. The light source used in the invention has the advantages of safety, low cost, etc. compared with the common ultraviolet radiation light source. Under normal conditions, the printing material used in this method is liquid, and the viscosity is adjustable. It has the advantages of high printing precision, fast molding speed and high mechanical strength of printing products.

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的可见光固化材料及3D打印装置和制件
本专利技术涉及一种用于3D打印的材料及采用该材料的3D打印装置和制件，具体涉及一种用于3D打印的可见光固化材料及采用该材料的3D打印装置和制件。
技术介绍
作为一项新兴的快速成型(RapidPrototypingManufacturing)技术，3D打印(3DPrinting)凭借其独特的制造优势，受到了各领域的极大青睐，被誉为第三次工业革命的标志。3D打印基于材料离散/堆积原理，以计算机三维设计模型为蓝本，利用激光烧结、加热熔融及光照固化等方式将金属、陶瓷粉末或高分子树脂等材料，通过计算机数字软件程序控制，逐层堆积固化成型，从而制造出实体产品。此技术具有成型时间短、成本低、产品千变万化等优点，对于一些结构复杂，成型精度要求高的产品，其优势更加显现。目前3D打印技术已经得到广泛研究和推广应用，涉及产品设计、工业制造、航天航空、科学研究、建筑、汽车、医疗等众多领域。基于光固化成型原理，以光固化树脂为原料的打印技术有立体光刻(SLA)，数字光处理(DLP)和三维喷墨打印(3DSP)三种方式。随着近年来3D打印技术的风起云涌，光敏树脂的需求量大幅增加，目前国内外市场上用于3D打印的成熟光敏树脂较少，且其中绝大多数使用紫外激光作为固化光源，在安全性及制作成本上不尽如人意，限制了其应用范围。因此，开发新型光源下的光敏树脂，并将其应用在3D打印技术中，同时提高打印产品的机械性能是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的用于3D打印的材料，该材料通过可见光固化，解决了现有技术中采用紫外光而存在的安全性问题，同时所述材料的固化快，性能优异，完全适用于3D打印设备的要求。本专利技术的另一个目的在于提供一种采用上述材料的3D打印装置。本专利技术的再一个目的在于提供一种制件，其通过所述3D打印装置制得，所述制件的各方面性能均十分优异。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于3D打印的材料，所述材料包括以下重量份的组分：其中，所述光引发剂为下述在可见光波段415nm-780nm的激光或单色可见光辐射下具有活性的化合物中的一种或多种：醌类化合物、茂钛类化合物、碘鎓盐类化合物、硫鎓盐类化合物和三嗪类化合物。根据本专利技术，所述光引发剂优选为下述在可见光波段415nm-780nm的激光或单色可见光辐射下具有活性的化合物中的一种或多种：醌类化合物、茂钛类化合物、碘鎓盐类化合物或硫鎓盐类化合物。根据本专利技术，所述醌类化合物例如为樟脑醌(CQ)。根据本专利技术，所述茂钛类化合物例如为氟化二苯基二茂钛(Irgacure784)、双(五氟化苯基)二茂钛等。根据本专利技术，所述碘鎓盐类化合物例如为三芳基碘鎓盐、二芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐等，优选二芳基碘鎓盐，更优选为4,4'-二甲基二苯基碘鎓盐六氟磷酸盐或二苯基碘鎓六氟磷酸盐等；所述硫鎓盐类化合物例如为三芳基硫鎓盐、二芳基硫鎓盐、烷基硫鎓盐等，优选三芳基硫鎓盐。根据本专利技术，例如所述光引发剂为至少一种醌类化合物(如CQ等)、至少一种茂钛类化合物(如Irgacure784等)、至少一种醌类化合物(如CQ等)与至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物、或至少一种茂钛类化合物(如Irgacure784等)和至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物。优选地，所述至少一种醌类化合物(如CQ等)和至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物中醌类化合物与碘鎓盐类化合物或硫鎓盐类化合物的重量比为1:(2～3)。优选地，至少一种茂钛类化合物(如Irgacure784等)和至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物中茂钛类化合物和碘鎓盐类化合物或硫鎓盐类化合物的重量比为1:(2～3)。根据本专利技术，所述光引发剂的含量优选为0.05-2重量份，进一步优选为0.1-0.5重量份。根据本专利技术，所述材料通过所述组分的混合得到。优选地，所述材料由所述组分混合得到。本专利技术中，所述材料能够通过可见光波段415nm-780nm的激光或单色可见光进行高效光固化，所述材料在可见光波段415nm-780nm的激光或单色可见光辐照下表固时间优选小于5秒，进一步优选小于等于2秒；其次，所述材料的可聚合单体的转化率高，大于90％；再有，所述材料的粘度低(3～800cps，优选40～700cps，常温)。优选地，所述激光或单色可见光的光源例如为热致发光光源(如白炽灯、卤素灯等)、气体放电光源(如荧光灯、金属卤化物等)或固体照明光源(如LD激光、LED激光等)等等，其发光波长为415nm-780nm。优选的，发光波长为420nm-500nm，进一步优选的发光波长为430nm-480nm，更优选的发光波长为440nm-475nm。根据本专利技术，所述低聚物为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、纯丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅低聚物中的一种或多种。更优选地，所述低聚物为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或环氧树脂中的一种或多种；进一步优选地，所述不饱和聚酯例如是甲基丙烯酸缩水甘油酯，所述环氧丙烯酸酯例如是双酚A型环氧丙烯酸酯(如E-51)，所述环氧树脂例如是酚醛型环氧树脂(如F-51)。根据本专利技术，所述稀释性单体为(甲基)丙烯酸酯类化合物(如MMA、BA、IDA、LA、EHA、TMPTA、TMPTMA、PETA等)、乙烯基类化合物(如St、VA、NVP等)、乙烯基醚类化合物、环氧类化合物(如EPOX等)中的一种或多种。更优选地，所述稀释性单体为MMA、TMPTA、TMPTMA、EPOX中的一种或多种。进一步优选地，当所述可聚合单体仅包括低聚物时，所述低聚物为不饱和聚酯，例如是甲基丙烯酸缩水甘油酯；当所述可聚合单体同时包括低聚物和稀释性单体时，所述低聚物选自环氧丙烯酸酯(如双酚A型环氧丙烯酸酯)、聚氨酯丙烯酸酯和环氧树脂(如酚醛型环氧树脂)中的一种或多种，所述稀释性单体选自(甲基)丙烯酸酯类化合物(如MMA、BA、IDA、LA、EHA、TMPTA、TMPTMA、PETA等)和环氧类化合物(如EPOX等)中的一种或多种；当所述可聚合单体仅包括稀释性单体时，所述稀释性单体为至少一种(甲基)丙烯酸酯类化合物(如MMA、BA、IDA、LA、EHA、TMPTA、TMPTMA、PETA等)与至少一种环氧类化合物(如EPOX等)的混合物，例如为EPOX与TMPTA的混合物。根据本专利技术，所述光引发剂助剂为仲胺类化合物(如二乙胺等)、叔胺类化合物(如三乙胺、N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯等)、仲醇类化合物、叔醇类化合物中的一种。优选地，所述光引发剂助剂为叔胺类化合物(如三乙胺、N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯等)。优选地，当所述光引发剂包括醌类化合物时，所述光引发剂助剂的含量大于0重量份而小于等于5重量份，优选0.05-1重量份，更优选0.1-0.5重量份；但所述光引发剂不包括醌类化合物时，所述光引发剂助剂的含量为0-5重量份，优选0-1重量份，更优选0-0.5重量份。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印的材料，所述材料包括以下重量份的组分：

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的材料，所述材料包括以下重量份的组分：其中，所述光引发剂为下述在可见光波段415nm-780nm的激光或单色可见光辐射下具有活性的化合物中的一种或多种：醌类化合物、茂钛类化合物、碘鎓盐类化合物、硫鎓盐类化合物和三嗪类化合物。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述光引发剂优选为下述在可见光波段415nm-780nm的激光或单色可见光辐射下具有活性的化合物中的一种或多种：醌类化合物、茂钛类化合物、碘鎓盐类化合物或硫鎓盐类化合物。优选地，所述醌类化合物例如为樟脑醌(CQ)。优选地，所述茂钛类化合物例如为氟化二苯基二茂钛(Irgacure784)、双(五氟化苯基)二茂钛等。优选地，所述碘鎓盐类化合物例如为三芳基碘鎓盐、二芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐等，优选二芳基碘鎓盐，更优选为4,4'-二甲基二苯基碘鎓盐六氟磷酸盐或二苯基碘鎓六氟磷酸盐等；所述硫鎓盐类化合物例如为三芳基硫鎓盐、二芳基硫鎓盐、烷基硫鎓盐等，优选三芳基硫鎓盐。优选地，例如所述光引发剂为至少一种醌类化合物(如CQ等)、至少一种茂钛类化合物(如Irgacure784等)、至少一种醌类化合物(如CQ等)与至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物、或至少一种茂钛类化合物(如Irgacure784等)和至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物。优选地，所述至少一种醌类化合物(如CQ等)和至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物中醌类化合物与碘鎓盐类化合物或硫鎓盐类化合物的重量比为1:(2～3)。优选地，至少一种茂钛类化合物(如Irgacure784等)和至少一种碘鎓盐类化合物(如二苯基碘鎓六氟磷酸盐等)或硫鎓盐类化合物的任意比例的混合物中茂钛类化合物和碘鎓盐类化合物或硫鎓盐类化合物的重量比为1:(2～3)。优选地，所述光引发剂的含量优选为0.05-2重量份，进一步优选为0.1-0.5重量份。优选地，所述材料通过所述组分的混合得到。优选地，所述材料由所述组分混合得到。3.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述低聚物为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、纯丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅低聚物中的一种或多种。更优选地，所述低聚物为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或环氧树脂中的一种或多种；进一步优选地，所述不饱和聚酯例如是甲基丙烯酸缩水甘油酯，所述环氧丙烯酸酯例如是双酚A型环氧丙烯酸酯(如E-51)，所述环氧树脂例如是酚醛型环氧树脂(如F-51)。优选地，所述稀释性单体为(甲基)丙烯酸酯类化合物(如MMA、BA、IDA、LA、EHA、TMPTA、TMPTMA、PETA等)、乙烯基类化合物(如St、VA、NVP等)、乙烯基醚类化合物、环氧类化合物(如EPOX等)中的一种或多种。更优选地，所述稀释性单体为MMA、TMPTA、TMPTMA、EPOX中的一种或多种。进一步优选地，当所述可聚合单体仅包括低聚物时，所述低聚物为不饱和聚酯，例如是甲基丙烯酸缩水甘油酯；当所述可聚合单体同时包括低聚物和稀释性单体时，所述低聚物选自环氧丙烯酸酯(如双酚A型环氧丙烯酸酯)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔可建，李屹，张京楠，赵宁，徐坚，董金勇，李春成，符文鑫，郭洪霞，林学春，刘瑞刚，马永梅，孙文华，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11