论文总字数：22755字

摘 要

目前很多现有打印树脂普遍收缩较大，制件多少都会出现翘曲变形的状况，这就限制了其打印精度。所以以后3D打印材料的发展方向就是低收缩、高精度、低粘度，然后同时还要有不错的力学性能。高分子填料与树脂具有很好的相容性，可以一定程度的溶胀高分子类颗粒，使得两者的结合更加紧密。本文通过对3D打印材料添加固态和液态的饱和高分子填料，研究了不同高分子填料含量对两种体系3D打印材料的粘度、体积收缩率、拉伸强度和断裂伸长率的影响，并讨论了其增强增韧改性的机理，结果表明：固态高分子填料的添加使体系的体积收缩率最高降低了12.9%，而粘度上升较多，但仍适用于3D打印成形工艺，液态高分子填料的添加使体系的体积收缩率最高降低了26.42%，且粘度上升较为缓慢，适用于3D打印成形工艺。

关键词：光固化3D打印 力学性能 体积收缩率

Effect of saturated Polymer compounds on shrinkage of 3D Printing Materials

Abstract

At present, a lot of existing printing resins generally shrink, and the warping deformation will occur in some parts, which limits the printing accuracy. Therefore, the development direction of 3D printing materials is low shrinkage, high accuracy, low viscosity, and then at the same time has to have good mechanical properties. Polymer fillers and resins have a good compatibility, can swelling polymer particles to a certain extent, making the combination of the two more closely. In this paper, the effects of different content of polymer fillers on viscosity, volume shrinkage, tensile strength and elongation at break of 3D printing materials were studied by adding solid and liquid saturated polymer fillers. The mechanism of strengthening and toughening modification was also discussed. The addition of solid polymer fillers reduced the volume shrinkage of the system by 12.9% and increased the viscosity of the system by 12.9%, but it is still suitable for the 3D printing process. The addition of liquid polymer filler reduces the volume shrinkage of the system by 26.42%, and the viscosity increases slowly, which is suitable for 3D printing process.

Key Words: Photocuring 3D printing；Mechanical properties；Volume shrinkage rate

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 3D打印材料 1

1.2.1 预聚体 2

1.2.2 单体 2

1.2.3 光引发剂 2

1.2.4 助剂 3

1.3 光敏树脂填料改性 3

1.3.1高分子填料改性 3

1.3.2 纤维填料 4

1.3.3 无机纳米粒子 5

1.4 光固化树脂的收缩率 5

1.4.1 产生体积收缩的机理 5

1.4.2 稀释剂对收缩率的影响 5

1.4.3 填料对收缩率的影响 6

1.5 光固化树脂的现状及其发展趋势 6

1.6 课题研究意义 6

第二章 实验部分 9

2.1 实验主要仪器和药品 9

2.2 实验方案 10

2.2.1 3D打印材料的制备 10

2.2.2 3D打印材料固化成型 10

2.2.3性能测试方法 10

第三章 实验结果分析与讨论 12

3.1 加入固态高分子填料对光固化体系的影响 12

3.1.1 对粘度的影响 12

3.1.2 对体积收缩率的影响 13

3.1.3对固化物的力学性能的影响 14

3.1.4 显微分析 16

3.1.5小结 16

3.2 加入液态高分子填料对光固化体系的影响 17

3.2.1对粘度的影响 17

3.2.2对体积收缩率的影响 18

3.2.3对固化物的力学性能的影响 19

3.2.4 显微分析 22

3.2.5 小结 22

第四章 实验结论 24

参考文献 25

致 谢 29

第一章 文献综述

1.1 引言

3D打印技术是快速成型技术的一种，完整的将设计模型转换成具体的工业样品，从而大大缩短产品开发周期。在转换成工业样品之后，实现快速测试，根据测试结果来调整设计模型，大大提高研发效率。3D打印该技术广泛适用于各个领域，部分领域已经投入使用，前景十分广阔^[1]。相比传统制造技术，其较低的生产成本，较短的制造周期均说明了具有重要的研究意义。

1.2 3D打印材料

紫外光固化3D打印材料，是预聚物、单体、引发剂和其他助剂的混合物，在紫外光的作用下由液态直接转变为固态^[2]。

国外对光固化树脂的很早就进行了研究，因此一些国家在3D打印光固化树脂的研究方面达到了较高水平，起步早，发展较为迅速，有许多值得参考和借鉴的地方^[3-5]。

在在光固化立体成形（SLA）方法中，使用光敏热固性液体材料，如环氧树脂，在激光扫描的作用下固化。当激光点在液体环氧树脂层上移动时，环氧树脂通过光化学反应固化。在形成实心的横截面后，平台向下移动，另一层液态环氧树脂填充进去，直到3D打印固化零件打印完成，通过该种技术可以制作结构和形状相对繁杂的零件，且制作精度相对较高；但是此种工艺也存在着部分问题，比如：材料条件要求较高，制造成本较高，由于其较多的优点，广泛应用于生活和生产的各个领域，并在这些领域发挥着不可替代的作用^[6]。

SLA光固化立体成形技术是一种新型的技术，具有相当多的优点，它主要优点是不需要较大的作业场地，较快的生产速度和较低的工艺成本，同时对工作环境要求较低，其生产方式是一种增材制造的方式，相比传统的切削式材料加工方式能够极大的节省原材料^[7-9]。同时，3D打印机是全程处于计算机的控制下，从而能够实现自我控制，降低了人工成本，修改细节更加方便。当需要修改模型时，3D打印机可以通过计算机的精准控制来修改局部信息，而不需要对整体进行重新打印，从而降低打印成本^[10]。

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