【摘 要】
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在聚合物加工领域,模具制造是最常用的加工方式。它具有生产效率高、成型精度好等特点。但是传统减材制造的方法制造模具工艺复杂,会耗费大量的人力与财力。将3D打印直接运用于模具的制造将会极大地节约开模的时间成本与金钱成本。目前,基于金属材料的3D打印模具精度难以达到模具所需要求,仍需繁琐的,包括线切割和砂光,等后处理过程。光固化3D打印可以满足模具的精度要求,但目前的光敏树脂的刚度与耐热性能不够。无机颗
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在聚合物加工领域,模具制造是最常用的加工方式。它具有生产效率高、成型精度好等特点。但是传统减材制造的方法制造模具工艺复杂,会耗费大量的人力与财力。将3D打印直接运用于模具的制造将会极大地节约开模的时间成本与金钱成本。目前,基于金属材料的3D打印模具精度难以达到模具所需要求,仍需繁琐的,包括线切割和砂光,等后处理过程。光固化3D打印可以满足模具的精度要求,但目前的光敏树脂的刚度与耐热性能不够。无机颗粒增强树脂的方法可以很好地解决上述问题,但同时也会导致黏度地急剧上升。针对上述问题,本论文制备了并研究了两种无机填料,以此制备了低黏度高含量无机材料增强高性能的光固化树脂并对树脂一系列性能进行了测试,最后通过SLA 3D打印机直接打印并测试了带有随形冷却通路的注塑模具与高精度牙齿吸塑模具。具体研究内容以及主要结论如下:(1)使用溶胶凝胶法和熔融法制备两种球形氧化硅,并对两种球硅进行比较分析。结果表明,溶胶凝胶法制备的球硅单分散性更好,但表面更粗糙对树脂黏度影响大;而熔融法制备的球硅表面光滑,对树脂黏度影响极低。另外还发现,高填充量条件下,树脂黏度随球硅粒径减小而增大,同时树脂的稳定性也会提高。(2)使用5μm熔融法制备的球形氧化硅对树脂按照不同的填充量进行混合并对树脂的一些列性能等进一步探究。结果表明随着填料含量的增加,树脂的黏度不断上升,60 wt%是能保证高精度的光固化3D打印的最高填充量。随填料的增加,树脂的刚度不断提高,杨氏模量最高达到9.72GPa,拉伸强度、压缩强度达到73 MPa和230 MPa,硬度达到91 HD;而断裂韧性与抗冲击强度随填料含量的提高呈现先上升后下降的趋势,在本文中与纯树脂相比高填充量树脂的断裂韧性与抗冲击强度没有下降。随填料含量的提高,材料热型变温度和玻璃化转变温度都不断上升,热型变温度最高达到92.7℃。另外材料的导热系数与纯树脂相比提高了近1倍。(3)为验证直接光固化打印模具的可行性及其性能。本研究中,测试了树脂的打印精度,并设计打印了简单的带有和没有随形冷却通路的注塑模具及牙齿吸塑模具。结果表明,该高含量填充的树脂固化收缩率比普通树脂更小,打印精度更高。随形冷却通路给注塑模具带来的更好的冷却效率,并可进行1000次以上的注塑,满足个性化批量化生产要求。对于真空吸塑牙模,由于树脂的高硬度及耐高温性,可以生产出高精度的透明牙套,有望大幅降低隐形牙齿矫正的成本。
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