摘 要

快速成型（RP）技术是一项新型技术，在最近几年得到了快速的发展，光固化3D打印技术（SLA）是其中的一种，它利用紫外激光作为固化光敏树脂的能量来源，固化成型[1]。由于其形成原理，可能出现成型制品收缩率较大，精度较低，力学性能较差的现象。在目前现有的光敏树脂的通用体系中，再加入改性剂对光敏树脂体系进行改性。改性后的光敏树脂的成型制品会具有更高的表面精度，力学性能也得到提升改善，特别是收缩率也降低了。

本文首先对3D打印技术的定义、意义、研究重点、研究现状等做了介绍；然后介绍了本次实验用的成型技术——光固化3D打印技术（SLA）,包括SLA用的材料光敏树脂，及光敏树脂的组成和固化机理。然后通过介绍SLA快速成型工艺对光敏树脂的要求，引出了用无机填料滑石粉对光敏树脂进行改性以提升其加工性能的实验方案。用三种不同粒径的滑石粉以不同配比添加对光敏树脂进行改性研究，测验其粘度、体积收缩率、力学性能等方面是否改善，评价选出改善性能效果最好的滑石粉，然后用改性的滑石粉进行进一步研究，对改性和未改性的滑石粉效果进行分析比较。

研究结果表明：TAP1对光敏树脂的改性效果最好，使光敏树脂的强度、粘度、耐冲击性、体积收缩率等性能得到明显提高和改善。用硅烷偶联剂KH570改性后的TAP1对光敏树脂的性能提升效果比未改性的更好。

关键词：3D打印 UV光固化 无机填料 改性

Study on modification of 3D printing materials by inorganic filler

Abstract

Rapid prototyping (RP) technology is a new technology that has been rapidly developed in recent years. Photocuring 3D printing technology (SLA) is one of them. It uses ultraviolet laser as the energy source for curing photosensitive resin and cures it. . Due to its forming principle, there may be phenomena such as high shrinkage rate, low precision, and poor mechanical properties of molded articles. Based on the existing general-purpose photosensitive resin, on the basis of the basic formulation, the modification of the photosensitive resin by introducing a modifier can effectively reduce the curing shrinkage, improve the curing accuracy, and optimize the mechanical properties of the photosensitive resin.

This article first introduced the definition, significance, research focus, research status, etc. of 3D printing technology; then introduced the molding technology used in this experiment - light curing 3D printing technology (SLA), including materials for SLA photosensitive resin, And photosensitive resin composition and curing mechanism. Then, by introducing the requirement of photosensitive resin for SLA rapid prototyping process, an experimental scheme for modifying the photosensitive resin with inorganic filler talcum powder to improve its processing performance was introduced. The use of three different particle sizes of talc powders to modify the photosensitive resin with different proportions to test whether the viscosity, volume shrinkage, mechanical properties, etc. improve, evaluate the best effect to improve the performance of talcum powder, and then The modified talc powder was used for further study and the effects of the modified and unmodified talcum powders were analyzed and compared.

The research results show that TAP1 has the best modification effect on the photosensitive resin, and the performance, such as the strength, viscosity, impact resistance and volume shrinkage of the photosensitive resin, are obviously improved and improved. The TAP1 modified with the silane coupling agent KH570 has better performance of the photosensitive resin than the unmodified one.

Key Words: 3D printing; UV light curing; Inorganic filler; Modification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 3D打印技术概述 1

1.2.1 3D打印材料 1

1.2.2 3D打印技术的应用 3

1.3 光固化3D打印材料 3

1.3.1 光敏树脂的组成 3

1.3.2 SLA快速成型工艺对光敏树脂的要求 5

1.4 无机填料对体系的改性 5

1.4.1 滑石粉 5

1.4.2 硫酸钙晶须 6

1.4.3 纳米碳酸钙 6

1.4.4 二氧化钛 7

1.5 无机填料的表面改性 7

1.5.1 无机填料改性的必要性 7

1.5.2 无机填料的表面改性方法 8

1.6 本课题研究目的与意义 8

第二章 实验部分 10

2.1 实验原料 10

2.2 实验仪器 10

2.3 实验方法 11

2.3.1 试样的制备 11

2.3.2 拉伸性能测试 12

2.3.3 粘度 12

2.3.4 收缩率 12

2.3.5 冲击强度测试 12

2.3.6 试样断面形貌的观察 13

2.4 实验流程 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 不同粒径滑石粉改性光敏树脂的研究 14

3.1.1 不同粒径滑石粉改性光敏树脂后对体系拉伸强度的影响 14

3.1.2 不同粒径滑石粉改性光敏树脂后对体系断伸长率的影响 15

3.1.3 不同粒径滑石粉改性光敏树脂后对体系粘度的影响 16

3.1.4 不同粒径滑石粉改性光敏树脂后对体系收缩率的影响 17

3.1.5 不同粒径滑石粉改性光敏树脂后对冲击强度的影响 18

3.1.6 总结评价 19

3.2 改性与未改性滑石粉的比较 20

3.2.1 改性与未改性滑石粉力学性能的比较 20

3.2.4 改性滑石粉样条的扫描电镜图 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 25

参考文献 26

致 谢 30

第一章 文献综述

1.1 引言

快速成型技术是近几十年才刚刚发展起来的一种成型技术，是一种新兴技术[2]。当今社会的发展日新月异，特别是工业生产方面发展迅速，传统的加工和成型技术，如受迫成形（锻造）和删除形成（切割）已经很难满足发展的需要，现代CAD技术、激光技术和数控技术等的发展，使得快速成型技术应时而生[3]。

快速成型技术的基本原理是材料离散沉积原理，基本方法是分层数据处理方法。首先，用相关软件设备将物理对象转化为数字信息或三维立体模型，或者直接使用计算机设计软件（CAD）设计图形以获取相关数据和文件[4]，然后通过相关计算机软件数字三维模型进行分层切片处理，原来的三维数字模型转化为一系列的层,然后相关软件使用层为基础的数字信息指示打印机工作。塑料、尼龙、金属和其他材料均可用于印刷。快速成形的直接最终目标是直接生产功能部件。

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