一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂制造技术

本发明专利技术提出一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，按重量百分比计，其包括15‑20%的第一预聚物，15‑20%的第二预聚物，5‑15%的韧化剂，0.5‑4%的光引发剂，50‑64.5%的ZTA粉体。上述光固化树脂采用具有较高官能度的第一预聚物和第二预聚物使得该光固化树脂具有较高反应活性，因而能提高上述光固化树脂固化后形成的薄层的交联密度，从而提升可见光波段的固化性；将各组分的用量限定在上述范围内有利于同时提高该树脂经光固化后形成的薄层的耐沾污性与耐磨性；本发明专利技术所涉及的树脂可用普通白色光源光固化，实现ZTA陶瓷的3D打印效果。

A UV curable resin for 3D printing ZTA ceramics for DLP rapid prototyping

【技术实现步骤摘要】
一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂
本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，具体而言，涉及一种利用可见光波段进行光固化的树脂，其可用于ZTA陶瓷的快速成型。
技术介绍
先进陶瓷的设计和开发最早从汽车领域开始，并逐渐向高性能领域发展。现阶段先进陶瓷在航空航天、国土防御、能源及生物医学领域都得到了发展与应用。陶瓷制品需经过原料粉体处理、坯体制备成型、固体制品烧结和最终加工处理四个主要环节。其中，陶瓷制品的成型是一个耗时且较为昂贵的过程。节约制备材料、缩短加工周期、降低制造成本及实现制品量产化是先进陶瓷所面临的问题。为解决先进陶瓷面临的问题，无模陶瓷成型制造技术应运而生。其中DLP光固化快速成型技术可用于陶瓷的立体成型，具有高效率、无模化和可复杂化等优势，相对于其他3D打印成型技术，基于DLP(数字光处理)光固化快速成型技术合成的陶瓷件在烧结后具有最接近传统烧结陶瓷的强度，在牙科和骨愈合应用的医学、微机电系统(MEMS)、传感器、压电元件和光子晶体的制备上，具有很高的实用性和性价比。ZTA陶瓷是一种氧化锆增韧的氧化铝陶瓷，是无机非金属材料，具有很强的耐磨性。天然氧化铝的莫氏硬度比立方氧化锆的硬度高，但是从工业防磨的使用角度来看，既要看硬度也要看陶瓷韧性，硬度和韧性都要高，才能说明它的耐磨性好。在高温环境下氧化锆陶瓷的晶格非常稳定，还原到常温下氧化锆陶瓷晶格就受损。因此，在常温下，纯氧化铝和纯氧化锆相比，氧化铝的硬度更高，理论上来说就是更耐磨。由于ZTA陶瓷具有强度高、熔点高、化学性质稳定、抗腐蚀性优良以及导热系数低等特点，被广泛应用于成形工具、整形模、拉丝模、切削刀具、高温挤出模具、剪刀、高尔夫球棍头、发动机推杆、连杆、轴承、汽缸内衬、活塞帽、耐火材料、浇铸口、熔炼铂和锗的坩埚以及齿科牙冠、基台、种植体、骨科关节球头和椎间融合器等，具有很大的市场空间。利用光固化3D打印的方法来成型ZTA陶瓷的报道已经有不少，如专利申请号为201710047897.7的专利技术专利申请公开了一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法，专利申请号为201710383565.6的专利技术专利申请公开了光固化3D打印牙科种植体用浆料及其制备方法和应用，专利申请号为201811289821.6的专利技术专利申请公开了一种用于光固化3D打印的陶瓷浆料及其制备工艺。但是这些现有技术中使用UV光来实现ZTA陶瓷的3D打印，由于使用UV光机或紫外激光器做为光源，成本较高，导致了目前陶瓷3D打印机价格昂贵不利于推广，因此，开发出使用可见光波段固化的树脂，提高光敏反应的速度成为解决这个问题的关键。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，以便克服现有技术中3D打印需采用UV固化陶瓷浆料的不足，实现普通DLP白光源或手机液晶屏即可做光源的3D打印。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，按重量百分比计，所述光固化树脂包括15-20％的第一预聚物，15-20％的第二预聚物，5-15％的韧化剂，0.5-4％的光引发剂，50-64.5％的ZTA粉体。优选的是，所述第一预聚物为官能度9-10的脂肪族聚氨酯丙烯酸预聚物。优选的是，所述第二预聚物为乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。优选的是，所述韧化剂为丙烯酰吗啉。优选的是，所述光引发剂为(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐和2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯的混合物，其中二者的质量百分比为：(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐：2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯＝3:1-1:4。优选的是，所述ZTA粉体采用晶粒度为200nm-5000nm的ZTA陶瓷粉末，其中质量百分比为ZrO2：Al2O3＝3:1-1:5。本专利技术的该方案的有益效果在于上述用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂采用的光引发剂为(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐和2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯的混合物，使树脂固化波长在200-480nm，避免了使用365nm或405nm的UV光来进行光固化的问题，使普通DLP投影机或手机光源作为3D打印机光源成为可能。所述光固化树脂使用具有较高官能度的第一预聚物和第二预聚物使得该光固化树脂具有较高反应活性，因而能够提高上述光固化树脂固化后形成的薄层的交联密度，从而提升可见光波段的固化性；所述丙烯酰吗啉与脂肪族聚氨酯丙烯酸预聚物具有较高的反应活性和粘合力，因而该组分的加入有利于增强固化后树脂的柔韧性、耐磨性和使用寿命；此外，将各组分的用量限定在上述范围内有利于同时提高该树脂经光固化后形成的薄层的耐沾污性与耐磨性。综合以上因素使得本专利技术所涉及的树脂不同于其他已报道的树脂，本专利技术所涉及的树脂可用普通白光光源光固化，实现ZTA陶瓷的3D打印效果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的主要目的是解决目前光固化ZTA陶瓷的3D打印中，使用365nm或405nm的UV光来进行光固化的问题，上述光固化方式导致了目前陶瓷3D打印机价格昂贵不利于推广。本专利技术所涉及的光固化树脂使用可见光波段进行固化，固化波长在200-480nm，提高光敏反应的速度，使普通DLP投影机或手机光源作为3D打印机光源成为可能。实施例1本专利技术所涉及的用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，按重量百分比计，包括15％的第一预聚物，15％的第二预聚物，6％的韧化剂，4％的光引发剂，60％的ZTA粉体。其中所述第一预聚物为官能度9-10的脂肪族聚氨酯丙烯酸预聚物；所述第二预聚物为乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述韧化剂为丙烯酰吗啉；所述光引发剂为(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐和2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯的混合物，其中二者的质量百分比为：(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐：2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯＝3:7；所述ZTA粉体采用晶粒度为1000nm的ZTA陶瓷粉末，其中质量百分比为ZrO2：Al2O3＝1:1。该光固化树脂可使用普通DLP投影作为光源的3D打印机固化成型，打印所得产品为树脂/ZTA陶瓷复合材料构件，5s可实现120um的固化层厚，所得浆料均匀性好，放置120小时不发生沉降分层，打印表面粗糙度0.45um，密度1.9g/cm3，该光固化树脂3D打印的ZTA陶瓷胚体具有固含量高，成型速度快，精度高的优点。实施例2本专利技术所涉及的用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，按重量百分比计，包括18％的第一预聚物，18％的第二预聚物，10％的韧化剂，4％的光引发剂，50％的ZTA粉体。其中所述第一预聚物为官能度9-10的脂肪族聚氨酯丙烯酸预聚物；所述第二预聚物为乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述韧化剂为丙烯酰吗啉；所述光引发剂为(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐和2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯的混合物，其中二者的质量百分比为：(4-羟基苯基)甲基苄基硫鎓六氟锑酸盐：2-重氮-1-萘酚-5-磺酰氯＝1:4；所述ZTA粉体采用晶粒度为2000nm的ZTA陶瓷粉末，其中质量百分比为Zr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，其特征在于：按重量百分比计，所述光固化树脂包括15‑20％的第一预聚物，15‑20％的第二预聚物，5‑15％的韧化剂，0.5‑4％的光引发剂，50‑64.5％的ZTA粉体。

【技术特征摘要】
1.一种用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，其特征在于：按重量百分比计，所述光固化树脂包括15-20％的第一预聚物，15-20％的第二预聚物，5-15％的韧化剂，0.5-4％的光引发剂，50-64.5％的ZTA粉体。2.根据权利要求1所述的用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，其特征在于：所述第一预聚物为官能度9-10的脂肪族聚氨酯丙烯酸预聚物。3.根据权利要求1所述的用于DLP快速成型的3D打印ZTA陶瓷的光固化树脂，其特征在于：所述第二预聚物为乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。4.根据权利要求1所述的用于DLP快速成型的3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃春林，覃芫，林玲，田序元，
申请(专利权)人：威海市济合材料工程研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37