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      穩定耐高溫 中科院研制新型3D打印樹脂

            在3D打印行業,相比打印技術來說耗材變得越來越重要。傳統的2D打印要求墨水材料耐光照、不褪色、防水易保存,而3D打印的實物由于用途多樣則有更多不同的物理及化學性能要求,包括耐高溫、高拉伸強度或剛度、耐磨損、耐腐蝕、可導電等等。國內外材料研究機構及企業對3D打印耗材的研發,更加重視。

         中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室表界面研究團隊在3D打印高性能墨水材料方面取得突破進展。他們發展了3D打印高性能聚酰亞胺光敏樹脂,其優異的綜合性能使高精度、高耐熱性、高強度復雜結構零部件和機構的直接3D快速成型制造成為可能。

             3D打印技術是一種快速制造具有特殊復雜結構的先進成型技術。其中,光固化3D打。ㄈ鏢LA、DLP等)因打印精度高、打印物體表面質量好,在制造形狀特別復雜(如空心)和特別精細(如工藝品、首飾等)的零部件方面均倍受國內外3D打印業關注。然而,目前用于光固化3D打印的樹脂材料主要為丙烯酸脂系或環氧樹脂系等材料,使用該類樹脂材料打印的成型件存在機械強度差、耐高溫性差、易吸濕膨脹及耐化學穩定性不佳等缺點,大多只能在100攝氏度以下環境中使用,因此其應用主要局限在模型、樣件和設計驗證及藝術產品制作,而難以突破零部件直接制造的瓶頸問題。因此,發展高性能3D打印墨水材料,從而滿足在汽車、航空航天、電子等綜合性能要求較高領域進行實際應用,已成為國內外3D打印領域面臨的重要挑戰和研究重點之一。

           聚酰亞胺作為一種特種工程材料,具有優異的機械性能、耐高溫性、抗化學腐蝕及優良介電特性等特點,已被廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域。毫無疑問,發展高性能3D打印聚酰亞胺墨水材料將在許多領域具有廣泛的應用潛能。但聚酰亞胺難溶難熔等加工問題一直是制約其應用和發展的瓶頸。因此,設計制備具有優異溶解性能的可快速光固化聚酰亞胺樹脂是發展滿足光固化3D打印墨水無溶劑等特殊要求的關鍵。

           研究人員通過聚酰亞胺分子結構設計,研制了具有優異溶解性能的可快速光固化聚酰亞胺樹脂及具有優異耐高溫等綜合性能光固化3D打印聚酰亞胺墨水(Solvent Free and Photocurable Polyimide Inks for 3D Printing, J. Mater. Chem. A DOI: 10.1039/C7TA01952A)。該3D打印聚酰亞胺材料玻璃化轉變溫度大于200攝氏度,在300攝氏度烘箱處理或熱油浸泡后不發生斷裂和彎曲變形,仍保持較好的機械強度,說明其具有優異的高溫穩定性能,可在較高溫度下長期使用。

           利用該樹脂材料打印制備的復雜結構機械零部件和模型,有望能夠在航空航天、汽車制造及微電子領域得到發展和應用,為3D打印先進制造技術在相關領域的高精度、高耐熱性、高強度的復雜結構零件和機構的直接快速成型制造提供了新的機遇。


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