绿色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷饰品材料的光固化3D打印成形研究

彩色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷以其丰富的色彩,金属光泽以及优良生物亲和性等特点,在装饰材料以及艺术品领域得到了广泛关注。受限于氧化锆陶瓷的高强度和高硬度,复杂结构陶瓷饰品对模具要求高,成本高周期长,不利于个性化定制。激光立体光刻(SLA)作为一种无需模具的高精度3D打印技术,在复杂结构设计的个性化陶瓷饰品制造上极具潜力。然而该技术在打印高吸光度、高折射率彩色氧化锆材料方面还存在很多挑战,主要在于深色氧化锆的紫外光吸收性以及高折射率导致的光散射,进而造成固化层厚度小,容易分层甚至难以成形。本文基于SLA技术,以绿色氧化锆为研究对象,在绿色氧化锆光固化陶瓷浆料中引入低折射率SiO_(2)作为紫外光传导介质,降低陶瓷浆料固液界面折射率差值以减少散射,增强紫外光透射,并通过流变力学、光固化动力学、物相结构、致色机理、力学性能等分析,优化打印成形工艺与脱脂烧结工艺,最终确定以15 vol.%SiO_(2)掺入的绿色氧化锆色彩与力学综合性能表现较好。综上,通过在绿色氧化锆陶瓷浆料中加入15 vol.%SiO_(2),在1450℃下烧结可以制备出色彩饱满,力学性能良好的复杂结构陶瓷饰品,满足绿色氧化锆陶瓷首饰在穿戴过程中的审美要求和实用性需求,并为彩色氧化锆陶瓷3D打印成形提供了新思路。

面向光固化3D打印陶瓷构件的光敏树脂体系研究

光敏树脂是光固化3D打印的材料基础,也是光固化3D打印陶瓷的成型媒介。光敏树脂体系影响光固化3D打印陶瓷构件成型过程的收缩率与脱脂过程的应力,本文设计了含环状结构的单官能度树脂、三官能度树脂及引入预聚物及稀释剂的多组分树脂三个树脂体系,测试了三个树脂体系的收缩率,研究表明引入预聚物及稀释剂的树脂体系具有最低的固化收缩率,有效缓解了因固化反应收缩造成的3D打印氧化铝陶瓷素坯开裂的问题。采用热失重分析和热处理实验研究了三个树脂体系的热分解行为,多组分树脂体系具有分阶段热解的特性,采用该树脂体系制备了光敏性氧化铝浆料,优化了光固化打印参数及脱脂气氛,3D打印厚壁实心(12 mm×12 mm×12 mm)样件与大尺寸(?80 mm×50 mm)的氧化铝陶瓷素坯脱脂后均无裂纹等缺陷。

光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷支架的研究进展

磷酸钙基生物陶瓷多孔支架是临床中实现骨缺损再生修复的常用骨移植物。光固化3D打印技术以其优异的打印精度和复杂结构成形特性能够精确地控制支架孔尺寸、孔形状、孔连通率,在制备生物陶瓷多孔支架领域展现出巨大的应用潜力。然而,利用光固化3D打印技术制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架仍面临亟需克服的挑战,如缺乏性能优异的磷酸钙基陶瓷打印浆料、打印及后处理工艺不成熟、制备的磷酸钙基陶瓷多孔支架的性能还有待提升。本文首先介绍了几种常用的光固化3D打印技术基本原理与特征,然后从3D打印成形工艺、力学性能、生物活性、支架结构及功能化等方面系统探讨了光固化3D打印技术在制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架领域的研究进展及存在的问题,最后展望了光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷多孔支架的发展趋势和突破点,为利用光固化3D打印技术制备成本低、综合性能优异的磷酸钙基生物陶瓷多孔支架提供参考。

光固化3D打印微针在透皮给药系统中的研究进展

微针是一种新型的透皮给药方式,因具有无痛、生物利用度高及易给药等特点而被广泛关注。介绍了微针的分类和释药机制、光固化3D打印微针技术的原理和优缺点及其应用,重点分析了光固化3D打印微针在皮肤疾病治疗、胰岛素递送、癌症治疗和美容医疗方面应用的研究进展,阐述了光固化3D打印微针具有可以显著提高药物经皮渗透率、提高给药精确性、减少全身副作用的独特优势。最后,对光固化3D打印微针当前面临的材料生物相容性差、载药量低和现行法规不完善等问题进行探讨,并对其发展前景进行了展望。

光固化3D打印技术在铸造领域的研究现状

光固化3D打印技术是最早出现的增材制造技术之一,同时也是最早商业化的增材制造技术。光固化3D打印技术可以大大提高传统铸造工艺的柔性,缩短制造周期,减少单件小批量铸件生产的成本。

光固化3D打印复合材料的研究进展

3D打印是一种新型的增材制造技术,在打印平台上可以逐层构建具有复杂结构的对象。在传统制造领域,开始制造器件之前需要设计和制造模具,很难满足个性化定制的所有要求。基于光敏树脂的光固化成型技术是3D打印常用的成型方法和重要的发展方向。本文综述了基于光固化3D打印的有机硅材料、水凝胶材料、纳米复合材料、生物基材料等复合材料的研究现状,归纳了光固化3D打印复合材料在柔性电子领域、生物医学领域、水处理领域的应用情况,并对其未来发展进行了展望。今后,可通过进一步改良光固化3D打印工艺,实现可见光或者低能量光线条件下的高分辨率、高速3D打印;可将植物油类材料转化为新型单体和聚合物,提升其性能以取代传统化石能源;通过添加功能性纳米纤维素,可开发更多光固化3D打印复合材料配方,进一步提升打印器件的机械性能。

核用陶瓷光固化3D打印工艺及抗热震性能研究

为提高精密铸造效率,缩短陶瓷模具制造周期,本文采用基于面曝光的光固化(DLP)3D打印技术制备了适用于铸造特种材料部件的Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)和MgO模具。光敏树脂与纳米级陶瓷粉体混合成的陶瓷浆料通过紫外光固化后形成陶瓷生坯,经过干燥、脱脂和烧结处理得到所需陶瓷样件。利用SEM对烧结前后的陶瓷进行了微观组织表征,并对光固化3D打印陶瓷样件进行了力学性能(压缩和弯曲)和抗热震性能测试。结果表明,陶瓷生坯经过适当温度烧结后,组织由多孔结构变致密。光固化3D打印陶瓷的压缩和弯曲强度均可达到等静压工艺水平。通过抗热震性能测试,光固化3D打印陶瓷展现出良好的抗热震性能,其中ZrO_(2)陶瓷在800℃和1300℃条件下的性能最优。光固化3D打印技术在制备结构功能复杂的陶瓷部件方面展现出巨大优势,可大幅减少制造周期与成本,为核能领域高精尖产品制造提供重要的技术支撑。

基于DLP技术光固化3D打印系统研究与实践

研究了基于数字光处理(DLP)技术的光固化3D打印系统的组成,进行了光固化3D打印设备机械系统、投影系统及主控系统的设计与制作,采用数字化建模及FDM三维打印技术完成了非标准零件的设计与成型。配制了用于该设备的光敏树脂进行3D打印成型测试及设备结构优化。结合快速熔模铸造进行了成型精度验证实践。

光固化3D打印成型树脂改性与性能研究

研究了改性SiO_2含量对光固化3D打印成型树脂粘度、体积收缩率、凝胶率、抗拉强度和显微形貌的影响,分析了相应作用机理。结果表明,随着改性SiO_2含量的增加,复合光固化3D打印成型树脂的粘度呈现逐渐增加的趋势,凝胶率呈现先增加而后降低的趋势,在改性SiO_2含量为1.5%时取得凝胶率最大值;当添加不同含量改性SiO_2后,失重10%时的温度基本不变或者略有降低,而700℃时的残留量却呈现逐渐增加的趋势;在改性SiO_2的含量为1.5%和3%时,复合光固化3D打印成型树脂可以取得较高的抗拉强度,这主要与复合光固化3D打印成型树脂中SiO_2颗粒的尺寸分布均匀、分散性较好等有关。

光固化3D打印及光敏树脂改性研究进展

为加深对光固化3D技术及光敏树脂的研究,简述了光固化3D技术的6种主流技术种类及最新的计算轴向光刻(CAL)打印技术,分析了各自的成型原理及优缺点,介绍了光敏树脂固化原理及最新的光敏树脂改性研究,着重分析了在增强增韧、膨胀单体、医用方面和功能化研究进展,同时对光固化3D打印的发展现状进行分析及对前景进行了展望。

光固化3D打印高分子材料

快速成型(RP)技术是近几十年发展起来的一项新兴技术,3D打印就是其中一种非常有前途的,被誉为推动了第三次工业革命快速发展的快速成型技术。本文就3D打印之一的光固化3D打印进行简单介绍,对光固化3D打印材料的组分、特点进行较详细的阐述,并对光固化3D打印高分子材料未来予以展望。

DLP光固化3D打印含能药柱及延期性能

以光固化液态树脂、镁粉、高氯酸铵和燃速调节剂为主要成分,设计一种含能浆料配方,利用数字光处理(DLP)光固化3D打印技术打印了具有延期功能的含能药柱,测试了含能药柱的燃烧过程、延期性能、药柱均匀性和相容性,分析了延期时间的影响因素。研究结果表明:用于DLP光固化3D打印的含能浆料最佳配方质量分数为:燃速调节剂7.53%、高氯酸铵(AP)62.37%、Mg 3.22%、光固化树脂26.88%。浆料性能测试结果为黏度325 mPa·s,固化时间3.2s,固化硬度2H,收缩率4.98%。成功打印的含能药柱为圆柱形,尺寸为Φ6 mm×11.5 mm,平均密度为1.507 g·cm^(-3),各组分均匀分布,相容性好,燃烧稳定,发出明亮的黄色火焰,燃烧残渣率为4.98%,无黑烟产生,平均延期时间为12.43 s,延期时间的标准偏差为0.0158 s,平均燃速为0.805 mm·s^(-1),燃速标准差为0.0012 mm·s^(-1),延期时间满足长秒量延期药标准,延期精度可满足秒级延期药要求。延期时间的影响主次为AP>光固化液态树脂>燃速调节剂>Mg,调整含能浆料各组分含量可控制含能药柱的延期时间,实现不同延期目的。

LCD光固化3D打印技术支撑之间添加连接杆算法研究

提出一种基于LCD光固化3D打印技术支撑之间自动添加连接杆算法。其主要步骤包括:首先,遍历所有支撑,确定与当前最新支撑的距离在预设间距范围内的支撑,作为目标支撑。然后,计算连接杆的高度和预备添加连接杆的数量。最后从当前起始点开始,按照预设的角度和直径,在当前最新支撑和目标支撑之间逐步生成连接杆,直到达到预备添加数量。本算法通过在支撑上添加连接杆,可以有效提高支撑的稳定性,提高模型打印成功率和成型效果。并且,由于无需额外增加支撑的数量和体积,极大的节省了3D打印耗材,同时在3D模型打印完成后,也有效方便用户清除支撑。

火炸药光固化3D打印成型

针对发射药、推进剂、炸药光固化3D打印技术,按照光固化3D打印技术的特点和应用方向,综述火炸药光固化3D打印技术的研究进展.概述立体光固化成型技术、数字光处理技术、连续液面制造技术的成型原理以及工艺特点,分析光固化3D打印火炸药研究存在的问题,提出光固化3D打印火炸药采用新型黏合剂的重要性,总结光固化黏合剂的发展方向和趋势,并对火炸药光固化3D打印技术发展方向进行预测.指出火炸药光固化3D打印技术应按照火炸药的应用背景,对光固化3D打印火炸药用含能黏合剂设计与制备、黏合剂与固体填料表界面作用、工艺适配性、性能精细化表征进行系统化研究,为光固化3D打印技术在火炸药中的应用提供参考.

混杂光固化3D打印树脂固化动力学性能

以环氧树脂(EPON828)和聚氨酯丙烯酸酯(RJ429)为基础树脂,采用自由基-阳离子混杂光固化体系来制备可用于3D打印的混杂光固化树脂,研究固化过程中自由基和阳离子光引发剂的种类、质量配比和加入量对光固化树脂固化动力学及其力学性能与成型精度的影响。结果表明:阳离子光引发剂Gencure 842和自由基光引发剂Doracur 1173为最佳复配引发剂,最佳质量比为0.75∶1,最优加入量为6.0%(质量分数);环氧树脂828和聚氨酯丙烯酸酯429的最佳质量比为1∶1,混杂光固化树脂的黏度为50.5Pa·s;光固化制品的拉伸强度和冲击强度分别为6.60MPa和8.28kJ·m-2,体积收缩率和翘曲度分别为-3.986%和3.62%,满足3D打印光敏树脂的成型要求。

脱脂工艺对光固化3D打印堇青石陶瓷性能的影响

光固化3D打印是制造高度复杂结构陶瓷的一种有效方法。打印的样件需要经历脱脂和烧结等热处理才能成为可用的陶瓷件,脱脂工艺对打印件性能影响巨大。本工作通过研究脱脂工艺对DLP光固化3D打印制备的堇青石陶瓷性能的影响规律,建立缺陷抑制策略。比较并分析了脱脂气氛和升温速率对陶瓷样件的表面裂纹和元素分布状态的影响,还对比进一步烧结后样件显微组织、尺寸收缩率、相对密度和弯曲强度等性能。研究发现脱脂气氛对样件各性能影响最大,使用氩气脱脂可显著降低表面裂纹,提高相对密度与弯曲强度;并确定最佳升温速率为1℃/min。最终获得表面完整无裂纹且相对密度为(94.6±0.3)%,弯曲强度为(94.3±3.2) MPa的堇青石陶瓷样件。本研究为光固化3D打印堇青石陶瓷的无缺陷制造与应用提供了科学依据与技术参考。

三维编织光固化3D打印复合材料的制备及力学性能

光敏树脂固化后的低强力一直是阻碍光固化3D打印技术发展的主要因素,利用三维编织织物的结构特点弥补光固化3D打印构件强力弱的缺点,文章重点研究了在光固化3D打印技术的基础上,结合三维编织技术制备3D打印复合材料的方式方法及对该种复合材料的力学性能进行测试分析。结果表明:三维编织光固化3D打印复合材料相对于纯光敏树脂材料,其弹性模量和拉伸断裂强度显著增加;高强聚乙烯纱线的增强效果最好,玻璃纤维纱线增强效果次之,碳纤维纱线增强效果最差。

光固化3D打印与传统涂膜法制备聚酰亚胺的摩擦学性能比较研究

为研究光固化3D打印成形技术及其材料配方对光敏聚酰亚胺摩擦学性能的影响,分别采用光固化3D打印技术和传统涂膜成形对比评价了几种光敏型和热固型聚酰亚胺的摩擦学性能、热稳定性及机械性能等.研究表明:为适应光固化3D打印成形需要而加入的活性稀释剂和交联剂对光敏聚酰亚胺的机械性能具有提升作用,但削弱了减摩抗磨和耐热性能;相较于涂膜成形的热固性聚酰亚胺,3D打印样品的耐热性能降低,摩擦系数升高了0.08,磨损率增加了9×10^(−6)mm^(3)/(N·m).尽管光固化3D打印聚酰亚胺的减摩抗磨性能低于热固成形聚酰亚胺,但基于光固化3D打印技术的一体成型、高精度和自由制造等诸多优势,对实现高性能及复杂结构精密润滑器件的一体化智能制造具有重要的工程意义.

光固化3D打印及其打印材料改性的研究进展

综述了近几年国内外对常见的打印材料如环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及不饱和聚酯等树脂的改性研究。分析比较了国内外在光固化树脂方面的发展趋势,对国内发展存在的问题进行分析及对未来发展进行展望。

光固化3D打印软组织材料的性能研究进展

光固化3D打印技术具有成型速度快、精度高的特点,可以精确控制需打印软组织的大小、形状和强度等,完成所需替代软组织支架的高匹配定制,有效解决软组织替代物的巨大缺口。目前该技术的应用范围取决于光敏材料的性能,首先,需具备适当的黏度、固化时间和固化收缩率等,以执行光固化打印并能控制打印组织的精度;其次,打印组织还需满足机体使用的机械性能(如强度、硬度、韧性)和良好的生物相容性(如促细胞黏附、增殖及分化),而降解性质、孔隙率、血管化等直接影响打印组织的机械性能或生物相容性。综述软组织支架打印所需光敏材料的基本性能和特殊性能要求及目前改良材料性能的方法,并展望光敏材料的发展趋势,对软组织工程光敏打印材料的开发具有指导意义。