激光造型专用光固化组份制造技术

本发明专利技术涉及一种液态低粘度光敏树脂组方体系，由能够阳离子固化的物质、能够自由基固化的物质、阳离子型光引发剂、自由基型光引发剂、多元醇、氨基树脂交联剂、多元乙烯基醚等成分组成，适用于光造型（立体光学成像），特别是适用于以激光立体刻蚀的方法获取三维图形的实物，所得的立体实物具有良好的耐热性、强度、透明性以及抗水解性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液态低粘度光敏树脂组方体系，适用于光造型，特别是适用于以激光立体刻蚀的方法获取三维图形的实物，所得的立体实物具有良好的耐热性、强度、透明性以及抗水解性。
技术介绍
光敏高分子组方体系通常用于包括印刷线路板的平面蚀刻成像，然而，特定的光敏树脂体系可以用于以激光立体刻蚀的方法获取三维形状的物体。 采用激光立体刻蚀的方法获取具有任意复杂结构的三维形状的物体是一种已知的工业技术，这种技术已经出现二十多年。用这种技术立体成像的过程是通过两个步骤的交叉重复进行来完成的(l)选择性地使对光学辐照敏感的液体树脂材料的表面的特定厚度的液层的特定区域受到光线辐照，特别是指受到电脑控制的激光束的扫描辐照，感光而固化；(2)在该固化层上面再涂敷一层预定厚度的该光敏液体树脂，等待下一波辐照扫描。步骤(1)和(2)重复进行，就可以制作出三维的物体。立体图像也就是预先设计好的待制的三维物体的数据通常来自于一台电脑的CAD图档。这个过程把CAD虚拟物体转化为实物，可以沿用平面成像术语称之为立体成像，也可以根据该技术在制造方面的特征，称之为激光立体蚀刻快速成型或者快速制造，简称为立体光刻快速成型(日语称做立体光造型)或快速制造。 这种立体成像/快速成型包括以下两种情形将原创设计的CAD虚拟立体图像转变为立体实物；或者将已有的立体实物通过三维(立体)摄像等手段转化为三维数据包(即所谓数据反球工程)，然后整改为CAD立体图像，再转变为立体实物。第二种情形即所谓立体复印。 这种立体成像/快速成型方法得到的固化物材料的性能，包括力学、热学、电学等方面的性能，主要取决于所使用的光敏树脂体系的化学构成，也部分地受光照固化方式的影响。而在立体成像过程中的液体树脂材料的加工使用性能，例如表面张力、粘度、流平性和液膜展延性等，则完全是树脂液体的组成决定的。因此，综合而言，特定光敏树脂体系的化学构成对立体成型物体的性能好坏起到决定性作用。 这种立体成像/快速成型技术在工业产品设计与开发方面的用途是多样化的，包括一般工业产品的模型的制作与许多特别用途制品的模型的制作。现有的激光立体蚀刻专用的光敏树脂组方体系大都是针对一般工业产品的模型制作要求开发的，耐热性不好，温度超过五六十摄氏度就会变软变形。但有些特别用途要求所制的模型能够耐较高的温度，例如，要求制件能够耐受水蒸汽的温度，因而这一类特定用途要求刻蚀成型后的物体具有高于IO(TC的热变型温度，以及良好的机械强度。当需要观察内部流体的流动状态时，还要求成型件具备良好的透明度。当需要与水或者蒸汽接触时，还得具有满意的抗水解性。 因为这种立体成像/快速成型所得的固化物品广泛应用于工业产品的设计与开发，因而极有必要对固化物的所谓的耐热性能的含义加以严格的确定。首先，关于热塑性塑料和热固性塑料的耐热性，在工业应用中最广泛接受的实用衡量方法是测量其热变型温度，其次是软化温度(例如维卡软化温度等)。学术界常提的玻璃化温度，由于对应于高分子链的自由链段的玻璃化运动的转变温度，对于结晶性的热塑性塑料以及高无机填料填充的聚合物体系而言，往往比热变型温度低很多，而对无定形的热塑性塑料以及热固性塑料而言，则往往比热变型温度高出20-4(TC，所以它仅仅具有学术意义，在工业界不宜用玻璃化温度作为塑料制品耐热性的衡量指标。其次，由于现在大部分快速成型制品是用于系统的组装，要求不能在光照固化后再进行加热后固化，以免产生大的不能控制的收縮而造成尺寸失准，所以就要求树脂材料必须做到能够仅仅依靠光照固化便具有令人满意的耐热性。在激光立体蚀刻成型技术的前期阶段(2000年以前)，由于激光器的功率比较低以及所用光敏树脂材料的性能难以满足组装要求，树脂基本上都是用来制作作为模型目的的单个物品，业者通常会在立体光刻机器里面成型后把物品取出来放在紫外烤箱中继续辐照几十分钟到数个小时使表面得到加强固化，还往往进一步地把物品放在加热烘箱中在120-16(TC之下烘烤数个小时以便使材料固化熟透，从而提高材料的耐热性和一些机械性能。但是这种后续加热固化导致较大的不可预控的尺寸收縮，影响部件的可组装性。在后来激光功率提高以及满足组装目的要求的新型光敏树脂材料出现以后，业者通常会要求任何新出现的树脂品种都不需要再进行后加热固化。因此，树脂材料就被要求能够仅仅依靠(在立体光刻机器里面加上紫外烤箱中的)光照固化即具有很好的耐热性。 除了终端用途对光造型后的材料的上述性能要求外，由于这种光敏组份体系主要是在立体光刻快速成型机之上使用，还要求这样的组方体系必须是粘度不太高的稳定的均匀的液体，因为，目前的立体光刻快速成型机无法使用粘稠的糊状物光敏材料。当树脂的3(TC时的布氏粘度超过1500mPas时，在目前的立体光刻成型机上面很难使用。 商业出售的用于此种立体成像/快速造型目的的光敏树脂体系以及专利公开的和申请专利公开说明的光敏树脂体系，还没有任何一个单一产品或组方树脂同时满足这些要求。目前商业出售的所谓耐热型的纯有机成分的光敏树脂产品若只靠光固化，热变型温度全都不超过8(TC。有一款牌号为Somos NanoTool的商售树脂宣称在光固化之后热变型温度可达225t:，但粘度高达2500mPas，还具有无机填充物在有机介质中的沉降问题，普通业者难以使用，而且固化物不透明。目前公开专利以及申请公开专利中披露的尚未见于商品出售的树脂体系，也全都不能做到同时满足光固化耐热10(TC以上、3(TC布氏粘度不超过1500mPas、树脂必须长期均匀稳定的要求以及固化物具有较高透明性和较好抗水解性的附属要求，例如，美国专利US6100007中透露不含无机填充物的耐热型光敏树脂体系，固化后透明度较高，但光固化后的热变型温度不超过80°C ，必须在16(TC之下加热后固化2个小时之后才能达到20(TC以上的热变型温度。美国专利申请公开说明书US 6203966Bl透露采用往光敏树脂体系中添加氧化铝微纳米填料的办法提高光造型后的热变型温度，在光造型之后，再经高温加热，能够使热变型温度提高到300°C以上。但是这种体系不但粘度实在太高，而且氧化铝在树脂介质中很快沉降，造成树脂几乎根本无法在立体光刻机里使用。美国专利申请公开说明书US 2006/0267252A1透露采用往光敏树脂体系中添加纳米级与微米级石英填料的办法提高光造型后的软化温度，能够使软化温度提高到200°C 。但是这种体系同样具有粘度太高和填料沉降的问题。美国专利US 6054250报道了使用改性乙烯基醚的液态低粘度组方体系，光固化后具有较高的玻璃化转变温度(高于IO(TC )，但是热变型温6度却达不到这么高，而且掺有乙烯基醚的树脂体系在固化后呈黑褐色不透明。 有必要为目前的立体光刻造型工艺提供一种稳定的均质的低粘度的光敏树脂材料，具有良好的立体光刻加工性能(3(TC布氏粘度不超过800mPas、树脂必须长期均匀稳定)，同时还做到光造型之后不需要再进行加热处理就达到热变型温度超过IO(TC (最好超过120°C )、具备良好的机械性能、而且还尽量具有较好的透明性和抗水解性。而这是本专利技术所能做到的新颖性创造。 对本专利技术的概述 基于上述，本专利技术的一个方面是适用于以激光立体刻蚀(光造型)的方法获取三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态感光树脂的化学组方体系，此体系含有：（Ａ）至少一种可以进行阳离子聚合的有机物质，取自：ａ）含有至少两个环状氧乙撑基团的脂族（包括脂环族）化合物；或ｂ）含有至少两个氧杂环丁烷基团的芳族化合物：或ｃ）含有至少两个缩水甘油醚基团的脂族化合物、芳族化合物或者杂环化合物；（Ｂ）至少一种可以进行自由基聚合的有机物质，取自：ａ）含有至少一个丙烯酰氧或者甲基丙烯酰氧基团的脂族化合物；或ｂ）含有至少两个丙烯酰氧或者甲基丙烯酰氧基团的未扩链的芳族化合物；或ｃ）含有至少两个丙烯酰氧或者甲基丙烯酰氧基团又含有烷氧撑链段、烷基／芳基酰氧链段、烷基／芳基氨酯基链段的（即经过扩链的）脂族或者芳族化合物（Ｃ）至少一种阳离子型光引发剂；（Ｄ）至少一种自由基型光引发剂；（Ｅ）根据需要可选择使用的，脂肪族或芳香族多元醇，或者氨基树脂多元醇；（Ｆ）根据需要可选择使用的，在酸性条件下使环氧树脂交联固化的氨基树脂交联剂；（Ｇ）根据需要可选择使用的，脂肪族或芳香族多元乙烯基醚；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李孝三，余坤平，
申请(专利权)人：北京光创物成材料科技有限公司，日照森海高分子材料研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]