STL格式的模型文件被导入设备系统后,软件会依据设定的切片厚度,把模型分割成好多组具有特定几何特征的二维图像。接着,通过 LED 把这些图像投影到槽里,让光敏树脂发生交联固化,变成我们想要的形状。当一层固化好后,打印平台就会往上移动一点,槽也会倾斜一个角度,这样树脂就能流平,补充之前固化时缺少树脂的地方。完成这些操作后,打印平台又会重新下降到距离槽底一个切片厚度的高度,在已经固化的部分上接着投影后面的切片图形,就这样一层一层地重复,直到把整个.STL 模型打印完。和立体光刻(SL)技术类似,DLP 技术也能让打印出来的东西有比较高的成型精度和表面质量。而且,和陶瓷浆料相比,树脂的流动性更好,不需要用刮刀去处理表面就能自己流平,这样就大大缩短了 DLP 打印所需要的时间。为了检测前驱体光敏树脂的稳定性,我们用旋转流变仪在振荡模式下进行频率扫描,以此来测量三组树脂的溶胶 - 凝胶点。在振荡过程中,产生的能量会随着角频率的增大而变多,这些能量会被树脂吸收,使得树脂体系处于高势能状态。当被吸收到内部的能量积累到一定程度时,就可能会让体系中那些比较薄弱的化学键断裂,这样树脂的状态就会发生变化。
MK 有机硅树脂上的取代基 -CH3 不太稳定,在振荡的时候吸收能量就会导致化学键断裂分解,然后主链会重新交联聚合,形成以 Si - O - Si 为骨架的胶粒空间网络,也就是流动性很差的凝胶。这是因为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)含有比较多的不饱和碳碳双键 -C=C-,所以容易发生断键。同时,聚硅氧烷 MK 骨架连接的取代基 -CH3 不稳定,容易从主链上掉下来,部分脱掉 -CH3 的有机硅分子会自己交联,还有部分有机硅分子会和断键后的不饱和键 -C=C- 发生加成反应,使得原本不稳定的亚甲基 =CH2 变成稳定的甲基 -CH3,最后交联形成以 Si - O - Si 为骨架的大分子颗粒,导致体系的流动性下降,变成了凝胶。
MK 硅源的前驱体光敏树脂在流变性能和固化性能方面都能满足打印的要求,但是经过振荡模式 - 频率扫描测试后,发现它的稳定性不太好。当存储时间超过 36 小时后,它的各种性能就会出现明显的变化,所以它不是我们这次研究中最好的树脂配方。上面提到的那些活性基团,都是来自硅源 IC836 或者反应单体/活性稀释剂 TMPTA 的主链骨架、取代基或官能团。在经过振荡模式 - 频率扫描后,这些化学键在结构和数量上都没有发生变化,从 FTIR 图谱中可以看到对应吸收波长和强度都是一样的,这就说明体系即使吸收了能量、能态提高了,也仍然保持原来的状态,这也证实了用 IC836 作为硅源的前驱体树脂的稳定性比较好。
我们选的三组结构件在烧结后,都出现了几处像气泡一样的微小凸起。我们推测原因是:在有机硅模型变成陶瓷的过程中(从无机转化为有机),因为 C、H、O 等原子被去掉了,内部会产生大量气体,这些气体没有完全排出去,就附着在样件的表面,导致成型质量下降。通过观察还发现,气泡都出现在壁厚比较厚的地方,而多孔或者薄壁的地方形状就比较好。
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