光固化3D打印技术及光敏树脂的开发与应用

光固化3D打印技术因速度快、精度高、环境友好等优势,已成为一类广泛应用的快速成型工艺.光敏树脂作为光固化3D打印的主体材料,对器件的性能与应用有着决定性影响.本文先介绍了几种已普及和新开发的光固化3D打印成型原理;并对光敏树脂的组成、分子结构和器件性能间的构-效关系进行了分析;进而对光固化3D打印及树脂的应用进行分类介...     

光固化3D打印及其在齿科行业中的应用

光固化3D打印是最早出现的3D打印技术,经过30多年的发展,先后发展出液态树脂固化或光固化（stereolithography,SLA）、数字光处理（digital light processing,DLP）、液晶显示（liquid crystal display,LCD）、连续无分层液体界面提取技术（layerless continuous liquid interface production,CLIP）、双光子3D打印（two-photon polymerization,TPP）、全息3D打印技术等多种打印技术。光固化3D打印技术具有精度高、成型速度快等特点,因此在许多领域都有良好的应用,且前景广阔。在众多领域中,齿科领域个性化特征明显,对打印材料精度要求高,是目前光固化3D打印最有应用潜力和高附加值的领域。本文综述了光固化3D打印技术的种类、原理和技术的优缺点,并简述了光固化3D打印在齿科领域的应用。     

光固化3D打印聚酰亚胺研究进展

近年来,光固化3D打印技术因高精度、定制化、整体免装配以及快速制造等成形优点,用于解决聚酰亚胺(polyimide, PI)的微型精密、异形复杂及其功能结构一体化制造技术难题,受到了研究者的广泛研究和关注。基于光固化3D打印成形原理与PI的物理化学特性,发展了一系列光固化3D打印PI材料及其成形技术。本文归纳总结了光固化3D打印PI材料设计制备准则,重点介绍了立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)和紫外辅助直书写技术(UV-DIW)等光固化3D打印PI研究进展,最后通过光固化3D打印PI的应用和产业化现状提出研究发展对策。     

3D打印用光敏树脂的高性能化及功能化研究进展

3D打印,又称增材制造,是一项新兴的智能制造技术。光固化3D打印技术是增材制造的主要方向之一,具有成型精度高、打印速度快及工艺成熟等优点。处在高速发展之中的光固化3D打印技术对光敏树脂提出了越来越高的要求,3D打印用光敏树脂的高性能及功能化研究受到极大关注。本文综述了高性能光敏树脂的最新研究进展,重点讨论了其用于构筑复杂结构导电导热聚合物、形状记忆聚合物、特殊浸润性聚合物、生物医用聚合物及凝胶材料的设计思路及相应构件所展示的优异功能性,同时对光敏树脂基3D打印材料的发展趋势及应用前景进行了分析和展望。     

光固化3D打印教学实验设计与研究

光固化3D打印技术作为目前较为成熟的一类增材制造技术，在打印成型过程中包括三维建模、光敏树脂制备、打印参数调控、后处理等步骤，内容涉及机械、光学、高分子化学、软件工程学等相关知识。为提升本科生的实验兴趣和实验技能，进一步培养其科研和创新意识，我们面向本科生设计了基于光固化3D打印技术的创新实验。实验采用基于光引发自由基聚合的数字光处理(DLP)3D打印技术，通过对打印过程全流程的参与实践，达到让学生了解3D打印的原理、打印材料的合成和打印技术的过程等相关知识，从而达到可以自主操作完成光固化3D打印的实验教学目的。最后，通过对实验结果的分析，进一步培养学生分析问题和解决问题的能力。     

3D打印聚酰亚胺研究进展

聚酰亚胺(PI)是一种综合性能优异的特种工程塑料,已经被广泛应用于航天航空、汽车制造、微电子等重要技术领域;因其难溶难熔特性,PI加工成形尤其是复杂结构件的制造严重受限。然而,3D打印技术(也称“增材制造”)是一种以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方式来构造复杂物体的技术,具有控形控性的特点,为PI智能制造的发展和应用提供新的技术路径。因此,本文就近年来国内外针对PI的3D打印研究现状,综述PI材料3D打印制造的研究进展和发展趋势,重点介绍了熔融成型3D打印热塑性PI和热固性PI、光固化3D打印PI及直写挤出3D打印PI的研究进展。     

3D打印光敏树脂的研究进展

以光敏树脂为原料的立体快速成形3D打印技术,具有成本低、精度高、成型快等优点,在各个领域得到广泛的应用。但是,与之相适应的光敏树脂价格较高,并被国外的一些大公司所垄断,而国内相关研发起步较晚,能够生产和研发性能优良的3D打印光敏树脂的企业较少。简要阐述了3D打印光敏树脂的成形方式、固化原理和组成,重点讨论了配方设计的基本方法和评价指标,并对该领域进行了展望。     

丝素蛋白3D打印在生物医学领域中的应用

增材制造,也称为三维(3D)打印,正推动制造、工程、医学等领域的全面创新升级。3D打印技术由于能够个性化定制生物的复杂3D微结构,构建仿生的功能化活组织或人工器官,近十年来在生物医学领域中取得了长足的发展。丝素蛋白(SF)是一种来源丰富、生物可降解、力学性能优良、细胞相容性极佳的天然有机高分子,为3D打印墨水的设计提供了一种有前景的选择。然而,作为结构蛋白,单一组分的SF具有的生理功能有限,且其经过打印后的稳定性较差,限制了SF在3D打印以及生物医药领域中的进一步发展。为此,研究人员通过化学改性技术和先进3D打印技术相结合,使得改性后的SF能够更适用于3D打印,并发展成为一种具有应用价值的生物材料。本文综述了SF的结构特征、SF的化学修饰策略、打印墨水的制备策略以及3D打印SF材料在生物医学领域的最新应用进展,并展望了3D打印SF生物材料的未来发展趋势,为其在更广阔领域的应用提供一定的借鉴。     

3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

3D打印技术能够根据不同患者需要,快速精确制备适合不同患者的个性化生物医用高分子材料,并能同时对材料的微观结构进行精确控制.因此,这种新兴的医用高分子材料制备技术在未来生物医学应用(尤其是组织工程应用)中具有独特的优势.近年来,对于3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究开发受到了越来越多的关注.不同的生物相容高分子原料被应用于3D打印技术,而这些3D成型高分子材料被用于体外细胞培养,或动物模型的软组织或硬组织修复中.本文主要介绍了近年来3D打印技术在生物医用高分子材料制备中的研究进展,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望.     

新型三官能团脂环族环氧化合物的合成、表征及其阳离子引发光固化活性研究

以双环戊二烯等为原料合成一种新型三官能团液体脂环族环氧树脂. 通过红外光谱、 核磁共振氢谱及质谱等对其中间体及环氧树脂的结构进行了表征. 所得脂环族环氧树脂采用阳离子引发 剂二甲苯基碘鎓六氟磷酸盐引发进行紫外光固化, 对其光固化活性进行了研究, 同时讨论了氧化剂过氧化苯甲酰对该光固化体系的增感作用. 研究结果表明, 新合成的脂环族环氧树脂采用二甲苯基碘鎓六氟磷酸盐引发可以进行光固化, 过氧化苯甲酰明显地加快了其光固化速度, 固化膜具有较好的热稳定性.     

3D打印生物医用材料研究进展

3D打印(亦称增材制造)技术因其独特的材料成型优势,在组织工程、航空航天、汽车制造、以及电子工业等众多领域显示出巨大的应用潜力。然而,在实际生物医学应用中,3D打印生物器件和组织器官除了要求具有复杂的结构和优异的生物学性能外,其打印结构的表面性质也需满足某些特定的要求,如3D打印组织骨架和器官必须具有生物相容性、抗菌性及细胞粘附性等。因此,将3D打印与传统表面修饰技术相结合,在不改变材料三维结构的基础上调控其表面生物化学性质,从而赋予3D打印生物骨架器官多功能化,可实现更为广泛的应用。本文以3D打印生物骨架及器官的表面修饰为主要内容对就近年来3D打印生物医用材料的最新研究进展进行了综述。     

光敏树脂合成及3D打印的综合实验教学设计与实践

针对综合实验的特点,结合创新性、趣味性等特性,设计了光敏树脂合成及3D打印综合实验。实验用1,6-己二异氰酸酯(HDI)三聚体和丙烯酸羟乙酯反应,以丙烯酰吗啉(ACMO)为活性溶剂,合成可紫外光固化的预聚体树脂。通过对预聚体树脂的—NCO测定、红外光谱、核磁共振,分析了HDI三聚体和丙烯酸羟乙酯的反应程度,表征预聚体树脂的结构及评价光固化性能,并与其他光固化单体和光引发剂配合制备黏度适宜的光敏树脂。用405 nm波长的桌面级3D打印机打印出测试样条和展示样品,通过对样条性能测试,表明该光敏树脂打印的样条具有较好的力学性能。本实验开设在本科四年级的综合教学实验中,其可以使本科生学到光固化树脂的制备方法,了解化学材料与数字模型及3D打印技术的结合,体会聚合物结构与性能的关系,增强本科生对数据的分析处理能力以及拓展本科生对其他学科的知识水平。     

混杂光固化体系的原理及应用

混杂光固化或双重固化是指在同一体系中采用两种或两种以上不同类型的聚合反应来使体系固化的方法,它是原位改性高分子的一种新方法.混杂光固化体系包括自由基-阳离子混杂光固化体系、自由基-缩聚混杂体系和自由基-自由基混杂体系等.本文综述了混杂光固化体系的原理及其应用.     

紫外光固化超支化聚硅氧烷的合成及其光固化动力学研究

利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅氧烷的受控水解反应即A2-B3单体对法来制备超支化聚硅氧烷,并对合成出的聚合物通过FT-IR、1H-NMR和多角度激光光散射技术(MALLS)进行了表征.结果表明,所得聚合物具有超支化结构且分子中含有大量活性官能团,从而可以实现紫外光引发固化.通过等温差示光量热实验(DPC)研究了聚合物结构、引发剂用量、光强度和聚合温度对聚合物光固化行为的影响规律,并得到了其中一种聚合物的光固化动力学参数,光固化反应总级数约为3,表观活化能为16.9kJ/mol.     

水性光引发剂研究进展及其在生物医学中的应用

近年来,水性光固化技术被越来越多地应用于生物医学领域,如牙科材料、3D生物打印、体外聚合、细胞封装等。水溶性好、细胞毒性低、引发效率高的水性光引发剂是光固化技术在生物医学领域广泛发展应用的关键物质。为此,研究人员做了大量的工作,设计开发了一系列性能优良的水性光引发剂,并研究了其在药物控释、生物仿生解毒器、细胞传感器、软骨修复、断层扫描体积生物打印、生物组织粘合剂、光动力肿瘤治疗等方面的应用效果。本文概述了水性光引发剂的种类、作用机制以及在生物医学中的一些应用研究,并对水性光引发剂的发展方向进行了展望,希望能为水性光引发剂的发展以及应用带来一些启发。     

紫外光固化水性油墨及墨膜耐磨性能

传统紫外光固化(UV)油墨具有粘度低、固化速度快、应用范围广等优点。 但存在使用少量有机溶剂、交联程度低等缺陷。 本文通过自由基聚合制备的苯乙烯丙烯酸共聚物与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)反应制备水性预聚物。 通过甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和乙二胺反应制备了含有四丙烯酸官能团的活性稀释剂。 最后,通过水性预聚物、活性稀释剂、光引发剂以及少量溶剂制备了UV光固化水性油墨。 探讨了光引发剂的种类和质量分数、预聚物的相对分子质量和质量分数、活性稀释剂的结构和质量分数对UV油墨的光固化速度以及耐磨度的影响。 当预聚物的数均相对分子质量为1.98×10⁵且质量分数为30%、光引发剂质量分数为4%、活性稀释剂的官能团数目为4且质量分数为40%的UV水性油墨的光固化速率为1 s,经50次磨损质量损失为9%。 该方法所制得的UV水性油墨可用于柔版印刷、凹印、数字印刷等。     

低氧阻聚巯基-烯烃光聚合体系在近红外墨水直写3D打印中的应用

上转换粒子辅助近红外光聚合在3D打印领域展现出良好的应用前景。然而,上转化粒子的荧光效率较低,使得打印材料的表面容易遭受严重的氧阻聚作用,降低了打印速度与打印精度。本文在3D打印墨水的设计中引入巯基-烯烃光聚合单体克服了这一困难。通过优化打印墨水配方,发现以二级硫醇和烯丙基单体为光固化基质,添加4%触变剂的墨水表现出最佳的热稳定性和打印性能。利用最佳墨水配方进行近红外3D打印,成功实现了黑色晶格结构和无支撑螺旋结构25 mm/s (1 mm直径喷嘴)的快速打印。打印材料的力学性能与模具成型材料的力学性能相当,拉伸强度可达55 MPa。     

光固化三维打印成形材料的研究进展

光固化三维打印技术类似于喷墨打印,是一种集液滴喷射技术和分层制造技术为一体,以光敏树脂为原材料进行光固化成形的快速成形技术,具有成形精度高、成形速度快、成形温度较低、设备操作和维护简单、运行成本低等优势,这使其具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。本文简单介绍了光固化三维打印成形技术的工作原理和发展现状,评价了该技术的优势,重点综述了光固化三维打印成形材料的特点及研究进展,并展望了未来材料的发展趋势。     

光固化阳离子活性稀释剂研究进展

随着光固化技术的发展,当前广泛使用的自由基光固化逐渐显示出一些弊端,与自由基光固化相比,阳离子光固化逐渐显示出其固有的优势,如体积收缩小、附着力强、无氧阻聚等。活性稀释剂作为阳离子光固化配方中的重要组成,对配方的固化及最终产品的机械物理性能具有显著影响,因此开发可快速固化的活性稀释剂具有重要的意义。本文介绍了阳离子活性稀释剂的作用原理及特点,并对其发展前景和方向进行了展望。     

3D打印海藻酸钠基功能材料的研究进展

海藻酸钠优良的生物相容性和生物可降解性赋予其在生物医药领域广阔的应用前景,如何实现利用海藻酸钠制造生物医用材料、组织、器官成为推动其优良性能在生物医学上应用的重要挑战之一.3D打印技术拥有对结构的可控设计和材料的高利用率的优点,在生物材料的个性化定制加工方面具有独特的优势.本文介绍了海藻酸钠的性质特点,并综述了3D打印...