[发明专利]激光造型专用光固化组份

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态低粘度光敏树脂组方体系，适用于光造型，特别是适用于以激光立体刻蚀的方法获取三维图形的实物，所得的立体实物具有良好的耐热性、强度、透明性以及抗水解性。 

背景技术

光敏高分子组方体系通常用于包括印刷线路板的平面蚀刻成像，然而，特定的光敏树脂体系可以用于以激光立体刻蚀的方法获取三维形状的物体。 

采用激光立体刻蚀的方法获取具有任意复杂结构的三维形状的物体是一种已知的工业技术，这种技术已经出现二十多年。用这种技术立体成像的过程是通过两个步骤的交叉重复进行来完成的：(1)选择性地使对光学辐照敏感的液体树脂材料的表面的特定厚度的液层的特定区域受到光线辐照，特别是指受到电脑控制的激光束的扫描辐照，感光而固化；(2)在该固化层上面再涂敷一层预定厚度的该光敏液体树脂，等待下一波辐照扫描。步骤(1)和(2)重复进行，就可以制作出三维的物体。立体图像也就是预先设计好的待制的三维物体的数据通常来自于一台电脑的CAD图档。这个过程把CAD虚拟物体转化为实物，可以沿用平面成像术语称之为立体成像，也可以根据该技术在制造方面的特征，称之为激光立体蚀刻快速成型或者快速制造，简称为立体光刻快速成型(日语称做立体光造型)或快速制造。 

这种立体成像/快速成型包括以下两种情形：将原创设计的CAD虚拟立体图像转变为立体实物；或者将已有的立体实物通过三维(立体)摄像等手段转化为三维数据包(即所谓数据反球工程)，然后整改为CAD立体图像，再转变为立体实物。第二种情形即所谓立体复印。 

这种立体成像/快速成型方法得到的固化物材料的性能，包括力学、热学、电学等方面的性能，主要取决于所使用的光敏树脂体系的化学构成，也部分地受光照固化方式的影响。而在立体成像过程中的液体树脂材料的加工使用性能，例如表面张力、粘度、流平性和液膜展延性等，则完全是树脂液体的组成决定的。因此，综合而言，特定光敏树脂体系的化学构成对立体成型物体的性能好坏起到决定性作用。 

这种立体成像/快速成型技术在工业产品设计与开发方面的用途是多样化的，包括一般工业产品的模型的制作与许多特别用途制品的模型的制作。现有的激光立体蚀刻专用的光敏树脂组方体系大都是针对一般工业产品的模型制作要求开发的，耐热性不好，温度超过五六十摄氏度就会变软变形。但有些特别用途要求所制的模型能够耐较高的温度，例如，要求制件能够耐受水蒸汽的温度，因而这一类特定用途要求刻蚀成型后的物体具有高于100℃的热变型温度，以及良好的机械强度。当需要观察内部流体的流动状态时，还要求成型件具备良好的透明度。当需要与水或者蒸汽接触时，还得具有满意的抗水解性。 

因为这种立体成像/快速成型所得的固化物品广泛应用于工业产品的设计与开发，因而极有必要对固化物的所谓的耐热性能的含义加以严格的确定。首先，关于热塑性塑料和热固性塑料的耐热性，在工业应用中最广泛接受的实用衡量方法是测量其热变型温度，其次是软化温度(例如维卡软化温度等)。学术界常提的玻璃化温度，由于对应于高分子链的自由链段的玻璃化运动的转变温度，对于结晶性的热塑性塑料以及高无机填料填充的聚合物体系而言，往往比热变型温度低很多，而对无定形的热塑性塑料以及热固性塑料而言，则往往比热变型温度高出20-40℃，所以它仅仅具有学术意义，在工业界不宜用玻璃化温度作为塑 料制品耐热性的衡量指标。其次，由于现在大部分快速成型制品是用于系统的组装，要求不能在光照固化后再进行加热后固化，以免产生大的不能控制的收缩而造成尺寸失准，所以就要求树脂材料必须做到能够仅仅依靠光照固化便具有令人满意的耐热性。在激光立体蚀刻成型技术的前期阶段(2000年以前)，由于激光器的功率比较低以及所用光敏树脂材料的性能难以满足组装要求，树脂基本上都是用来制作作为模型目的的单个物品，业者通常会在立体光刻机器里面成型后把物品取出来放在紫外烤箱中继续辐照几十分钟到数个小时使表面得到加强固化，还往往进一步地把物品放在加热烘箱中在120-160℃之下烘烤数个小时以便使材料固化熟透，从而提高材料的耐热性和一些机械性能。但是这种后续加热固化导致较大的不可预控的尺寸收缩，影响部件的可组装性。在后来激光功率提高以及满足组装目的要求的新型光敏树脂材料出现以后，业者通常会要求任何新出现的树脂品种都不需要再进行后加热固化。因此，树脂材料就被要求能够仅仅依靠(在立体光刻机器里面加上紫外烤箱中的)光照固化即具有很好的耐热性。