中国科学家为SLA&DLP 3D打印开发新“墨水”——耐高温聚酰亚胺

作者:中航复材科技 时间:2017/11/24

  SLA和DLP是3D打印技术发展最早的成型技术,是一种光固化辅助成型技术,具有成型速度快、精度高等优点,主要采用液态光固化树脂材料。光固化3D打印的核心问题在于光敏树脂的开发。

  3D打印用光敏树脂必须挥发性小、粘度低、稳定性好、固化快、收缩率低,固化后有较好的力学性能及热稳定性;此外,打印过程及其成型制品应该无毒、无刺激性气味等。

  目前用于3D打印的光敏树脂主要是丙烯酸树脂、环氧树脂及聚酯树脂等系列的光固化树脂材料,可以成型出航天航空用叶片、齿轮等结构零件,然而该系列材料不具有耐高温特性,使得此系列树脂打印成型零件及制品只能作为模具或模型而不能满足实际需求,从而大大限制了其应用和发展。因此,如何寻找和制备并打印出高温下使用的航天航空零件的耐高温墨水迫在眉睫。

  幸运的是,作为21世纪最有前途的材料之一——聚酰亚胺,具有优异的机械性能、耐高温性、抗化学腐蚀及优良介电特性等特点,已被广泛应用于航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。

  但受制于难溶解、难熔融等加工问题,国内外在3D打印聚酰亚胺材料研发方面进展缓慢,市场上目前尚无此类产品。中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室表界面研究团队近日的研发成果填补了此项空白,他们研发了适用于DLP、SLA等光固化3D打印的高性能聚酰亚胺光敏树脂材料,相关论文 SolventFree and Photocurable Polyimide Inks for 3D Printing 在线发表在 Journalof Materials Chemistry A 杂志上(DOI: 10.1039/C7TA01952A)。

  研究人员从聚酰亚胺分子结构设计出发,采用端基封端和侧基修饰等方法既控制了聚酰亚胺分子量赋予了其优异的溶解性能,同时又引入了活性基团使其具有可快速光固化能力,从而发展了适用于SLA、DLP等光固化3D打印技术的聚酰亚胺墨水材料。

  该3D打印聚酰亚胺墨水材料成型精度高、表面质量好,且具有优异的耐热性能,在300oC烘箱处理或热油浸泡后不会发生断裂和弯曲变形,可有效解决现有市售光固化3D打印的树脂材料机械强度差、耐高温性差、易吸湿膨胀、耐化学稳定性不佳,以及大多只能在100 oC以下环境中使用等问题,从而突破了采用3D打印技术可直接使用零部件制造的瓶颈问题。

  兰州化物所材料表界面研究团队持续推出的系列高性能3D打印聚酰亚胺墨水材料为3D打印先进制造技术在相关领域的高精度、高耐热性、高强度的复杂结构零件和机构的直接快速成型制造提供了新的机遇。

  在前期表面功能化3D打印以及高性能3D打印材料的基础上,该研究团队正与国内著名高校和科研院所合作进行抗辐照机构、惯性仪器仪表陀螺仪和核武器开关部件微系统传动机构3D打印快速成型制造研究。

高性能3D打印聚酰亚胺墨水材料及DLP打印制作的耐高温零部件

(来源:3D打印世界)