软质尼龙材料3D打印与软质PUA光固化材料的研究

摘要

3D打印多以硬质材料为主，打印件在纺织服装打样等柔软性要求较高的领域的应用范围受到限制。因此，对于软质材料适用于3D打印的研究就显得很有必要。本文首先对熔融沉积成型中软质尼龙3D打印线材的制备工艺和打印工艺进行了优化;然后对光固化成型中PUA预聚物树脂的合成工艺进行了研究;最后对光固化树脂配方进行了讨论，并对树脂的光固化特性进行了研究。
　　首先，以软质材料PA12/3533为基材，通过双螺杆挤出机加工成3D打印线材，由桌面熔融沉积成型3D打印机进行打印，并对其线材制备工艺和打印工艺进行研究。结果表明:在PA12/3533材料达到分解温度之前，材料的加工温度范围较宽泛，较适合进行挤出和打印，并且加工温度和挤出速率对实验具有非常重要的影响。在PA12/3533软质3D打印线材的制备过程中，挤出温度较高，则线材受自重影响较大而自然垂落，无法牵伸;挤出温度较低，则熔体粘度较大，流动阻力较大，无法挤出;适当提高螺杆转速和喂料转速对于线材的稳定挤出是有利的。对于软质PA12/3533材料，较适合的3D打印线材挤出工艺参数为:四区段温度分别设置为180℃、185℃、190℃、195℃，螺杆转速35 r/min，喂料转速20 r/min。在PA12/3533软质线材的3D打印过程中，打印头速度移动不宜过快、层高不宜过高、打印温度也不宜过高，否则打印件的力学性能变差。对于PA12/3533软质打印线材，较合适的3D打印工艺参数为:打印头移动速度40 mm/s、层高为0.10 mm、打印温度200℃。在上述优化工艺的基础上，本文还探索了软质材料PA12/3533在纺织服装打样及工业生产中的应用，打印出的连衣裙和车轮模型具有良好的造型风格和柔韧性能。
　　其次，结合分子结构设计合成了光固化树脂的重要组成部分——PUA预聚物树脂，并对其合成工艺进行了研究。结果表明:适当提高第一步反应温度和降低第二步反应温度以及适量加入催化剂和阻聚剂有利于缩短反应时间、提高反应效率、减少双键损失。本实验所合成的PUA预聚物树脂的优化工艺为:第一步反应温度65℃，反应3h，催化剂DBTDL质量分数0.10％;第二步反应温度55℃，反应4h，催化剂质量分数0.15％，阻聚剂HQ质量分数0.20％;此条件下合成的PUA预聚物树脂生成了聚氨酯链段结构。
　　最后，制备了一种软质光固化PUA树脂，并研究了光引发剂种类和含量以及稀释剂种类和含量对固化件力学性能的影响。结果表明:实验制备的光固化树脂较柔软、机械性能较好;光引发剂的种类和含量对树脂的光固化速度影响较大;稀释剂的种类和含量主要影响光固化后树脂的力学性能。就本实验而言，当光引发剂TPO质量分数为3％时，光固化时间最短;当稀释剂2-EHA的质量分数为10％时，光固化树脂机械特性最好。按照此配方制备的光固化PUA树脂，经405 nm激光（功率为1W）扫描照射后能够快速固化，且层间粘结力较佳、固化件柔软性较好，有望进一步开发成软质光固化3D打印树脂。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究的背景

1．1．1 3D打印概述

1．1．2 软质材料3D打印的研究现状

1．2 熔融沉积成型概述

1．2．1 熔融沉积成型原理

1．2．2 熔融沉积成型3D打印材料

1．2．3 熔融沉积成型工艺

1．3 光固化成型概述

1．3．1 光固化成型原理

1．3．2 光固化成型3D打印材料

1．3．3 光固化成型工艺

1．4 论文研究的目的及意义

1．5 论文研究的主要内容及创新点

1．5．1 论文研究的主要内容

1．5．2 论文的创新点

第二章 软质尼龙3D打印材料及打印工艺

2．1 实验原料

2．2 实验仪器与设备

2．3 原料的预处理

2．4 实验方法

2．4．1 3D打印线材的制备

2．4．2 3D打印工艺的研究

2．4．3 力学测试件的制备

2．5 测试方法

2．5．1 DSC测试

2．5．2 TGA测试

2．5．3 毛细管流变测试

2．5．4 拉伸性能测试

2．5．5 回弹性能测试

2．5．6 压缩性能测试

2．5．7 顶破性能测试

2．5．8 冲击性能测试

2．6 实验结果与分析

2．6．1 PA12／3533材料的热力学性能

2．6．2 PA12／3533材料的流变性能

2．6．3 软质尼龙3D打印线材的制备工艺

2．6．4 软质尼龙线材的3D打印工艺

2．6．5 打印件和模压件的力学性能对比

2．7 在纺织服装打样及工业生产中的应用

2．8 本章小结

第三章 PUA预聚物树脂的合成

3．1 实验仪器与设备

3．2 实验原料

3．3 原料的预处理

3．4 合成过程

3．5 测试方法

3．5．1 异氰酸根含量的测定

3．5．2 碘值的测定

3．5．3 傅里叶红外测试

3．6 结果分析

3．6．1 反应温度及反应时间的影响

3．6．2 催化剂含量的影响

3．6．3 阻聚剂含量的影响

3．6．4 PUA预聚物树脂红外图谱分析

3．7 本章小结

第四章 软质光固化树脂的制备及其性能研究

4．1 实验原料

4．2 实验仪器与设备

4．3 软质光固化PUA树脂配方

4．4 实验方法

4．5 测试方法

4．5．1 紫外吸收实验

4．5．2 固化时间测试

4．5．3 拉伸性能测试

4．5．4 刚柔性测试

4．5．5 顶破性能测试

4．5．6 傅里叶红外测试

4．6 结果分析

4．6．1 光引发剂的影响

4．6．2 稀释剂的影响

4．6．3 固化膜红外分析

4．7 光固化实例

4．8 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢