根据光固化3D打印用支撑材料的固化形式的不同,支撑材料可分为相变蜡支撑材料和光固化支撑材料两种,又根据其剥离方式的不同,又可分为水溶性支撑材料(WaterWork)以及易剥离支撑材料(BreakAwaySupportAtructure)。
相变蜡支撑材料主要是根据材料随着温度的变化发生固液转变的原理设计的,当混合蜡随着温度升高,达到熔点时,由固态转变为液态,从而从喷头喷射到工作台上,温度降低至凝固点,便由液态转变为固态。其主要的特点是原料价格低,不容易造成喷头堵塞,易清洗,不足之处在于冷却时间长,加热温度高,因此成型时间过长,另外由于混合蜡本身的物理性质会使制件的成形精度相对于光固化支撑材料差。
常见的相变材料主要有石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡、酯蜡、脂肪酸类蜡质材料、脂肪酰胺类材料、磺胺类材料、不同来源的天然树脂材料(如浮油松香和松香酯)和许多合成树脂、低聚物、聚合物和共聚物。同时将两种或两种以上的相变材料混合配成二元或多元相变材料,优缺互补可得到合适的相变温度和相变热,性能更好,更适于应用的相变材料。
2003年,3DSystems公司于开发出牌号为THERMOJET65和THERMOJET75的热喷相变蜡3DP支撑材料。此外Nguyen等研制了一种氨基甲酸酯相变蜡材料。
与实体材料一样,用于光固化3D打印的支撑材料也是一种光敏聚合物。当支撑材料从喷头喷出,可在紫外光照射下固化成型,并且光固化支撑材料喷射时的温度、粘度都和实体材料一样,因此大大简化了三维打印机喷头的设计。
相比于相变蜡支撑材料,光固化支撑材料的主要优点在于加热温度低,固化速度快,喷射稳定性好,具有低收缩,高精度等。但由于光固化支撑材料中含有光固化单体,加热容易产生自聚,因此容易造成喷头堵塞,损坏喷头,造成损失。且由于聚合后为交联聚合物,难溶于大部分溶剂,因此很难清洗。
2000年以色列Objet公司开发出了牌号为FullCure705的光固化三维打印支撑材料,并在北美正式推出了商业化。2015年,Stratasys公司推出了一款新型可溶性支撑材料SUP706。Levy等则使用温敏材料制备了一种水溶性光固化3D打印支撑材料。
我国虽然也在20世纪90年代较早地进入了这一领域,但长期以来主要停留在研发设计阶段,还未实现支撑材料的商业化生产。莫建华等根据三嵌段聚合物聚氧乙烯-2-聚氧丙烯-2-聚氧乙烯(F127)与紫外光固化单体聚乙二醇(400)二丙烯酸酯(SR344)间的协同效应,制备了一种用于紫外光固化3D打印的支撑材料。结果表明,支撑材料固化后具有一定的力学性能,成形尺寸稳定,与实体材料容易分离且不影响模型的表面精度。
黄兵等制备了一种水性紫外光固化3D打印成形支撑材料预聚物,并对其可喷射条件、成形工艺进行了研究。结果表明这种支撑材料预聚物能够持续稳定从喷头喷出,固化后与实体材料容易分离。
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