用于 3D 打印的高级树脂
主要障碍之一 3D 树脂打印 在工业水平上实施时，可用材料的种类一直很有限。最初，唯一可用的材料是基于丙烯酸酯低聚物的树脂，通常具有低分子量，因其高脆性和较差的机械和热性能而脱颖而出。 正因为如此，3D 树脂打印在功能部件和原型的生产中一直处于次要地位，有利于 FDM 或 SLS 等基于热塑性塑料的 3D 打印技术。
然而，近年来，这种情况发生了巨大变化。 具有先进性能并专门为某些专业应用开发的新技术树脂的出现 使这项技术引起了许多部门的注意。再加上新型树脂基 3D 打印技术的出现 如LED-LCD ，已成功降低成本并显着提高打印速度， 这是一个可行的选择 ，在某些应用领域甚至可能超越FDM和SLS。
这些技术树脂可分为三组 , 取决于他们关注的领域：
- 珠宝树脂
- 牙科树脂
- 工程树脂
珠宝树脂
珠宝行业历来率先实施 3D 树脂打印。 这是由于该技术提供的高分辨率 , 能够生产具有高质量饰面的小型 1:1 比例模型。
图片 1：树脂打印的珠宝模型。来源：uniz.com
虽然标准树脂广泛用于模型的生产 ，这意味着高品质浇注树脂的出现前后。 这些树脂在煅烧过程中几乎不会留下任何残留物，这使它们成为最初用于铸造的蜡模型的完美替代品。
得益于此，可以直接打印铸造树，无需制作模具 生产蜡模或手动组装树，这减少了手动阶段 并使流程自动化。
视频 1：蜡树的传统制备。资料来源：greekerajewelry.com
一般来说，这种类型的树脂可以在其成分中包含一定比例的液体蜡，以消除任何灰渣残留， 生产干净的模具，适合优质铸造。 更高百分比的蜡将产生更清洁的煅烧 ，但残留物较少，会影响打印精度。此外，这种树脂的特点通常是膨胀系数非常低。
目前市场上有许多高质量可煅烧树脂可供选择，它们与 SLA 和 DLP 或 LED-LCD 兼容。 含 20% 蜡的 Formlabs“Castable Wax”树脂或含 10% 蜡的 ZWax Purple 与 DLP 和 LED-LCD 打印机兼容，因其低残留、低热膨胀和高精度的组合而脱颖而出。
图片 2：使用 zWax Purple 打印的戒指。字体：Uniz.com
牙科树脂
除了珠宝，牙科行业也是最先采用 3D 树脂打印的行业之一， 是目前发展最快、材料种类最多的行业。
牙科树脂通常可分为四类 根据他们的应用：
- 牙科模型用树脂。
- 用于固定器和夹板的树脂。
- 临时冠桥用树脂
- 可燃树脂
牙模用树脂
这些树脂并非设计用于与患者接触。 它们通常用于制作患者模型，牙科或医疗专业人员可以在这些模型上工作，以规划干预措施或测试牙冠或牙桥等元素。 它们的成分与标准树脂相似，主要用于高精度和高分辨率， 以及低生产成本。
图 3：树脂 3D 打印模型。来源：Uniz.com
在这些树脂中，它们具有某些美学品质也很重要，可区分两组：
- 具有亚光饰面的树脂，有助于模型的可视化和摄影，尽可能避免反射的出现。在此类树脂中，Formlabs 的 Dental Model 树脂脱颖而出，其表面处理类似于石膏。
- 提供逼真外观的树脂，例如 Harzlabs 的 Dental Pink 树脂。
保持器和夹板用树脂
这些树脂用于制造保持器和夹板， 因此，除了至少具有 IIa 级的生物相容性外，它们还必须具有出色的耐磨性和抗断裂性。
另一个共同特征是它们往往是高度透明的，主要是出于审美原因。
视频 2：使用 3D 树脂打印制造夹板。资料来源：Formlabs.com
除了制作保持器和夹板外，因其良好的相容性和优异的机械性能，被广泛应用于手术导板的制造 .一些制造商（例如 Formlabs）包括用于此应用的特定树脂，例如 Dental Surgical Guide 树脂，可提供更大的柔韧性。
图 4：使用 SLA 打印的手术导板。资料来源：Formlabs.com
可以找到为生产与 SLA（例如 Formlabs Dental LT）以及 DLP 和 LED-LCD（例如 Harzlabs 的 Dental Clear）兼容的夹板和固定器而开发的树脂。
临时冠桥用树脂
这些树脂用于生产牙桥、牙冠、修复体和临时贴面 .它们必须具有生物相容性，并提供与原始牙齿相似的光洁度。
通常，为了提供这种饰面，使用了陶瓷组件和着色剂，它们在 VITA 等级范围内提供色调。
图 5：VITA 色卡。资料来源：vita-zahnfabrik
印刷后，这些树脂可以用光固化贴面进行抛光和遮光 为每位患者获得理想的完成度。
Formlabs 的临时 CB 树脂有四种 VITA 色调（A2、A3、B1 和 C2），而 Harzlabs 的 Dental Sand 树脂有 A1 和 A2 色调。
可煅烧树脂
树脂类似于珠宝中使用的树脂。 在这种情况下，尽可能少地产生废物的需求就更为关键。
它们主要用于制造牙种植体的模型 通过铸造。 Harzlabs Dental Cast 树脂脱颖而出，残留物低于 0.1%。
工程树脂
工业和工程部门 一直是最不愿意实施 3D 树脂打印的。 这主要是因为，在机械和热学层面，树脂无法与可用于 FDM 的工程材料或用于 SLS 的聚酰胺竞争。
尽管今天仍然如此，但近年来材料的进步和新型工程树脂的出现正在缩小不同 3D 打印技术之间的差距。工程树脂分为三组：
- 具有改进机械性能的树脂
- 具有改进的热性能的树脂
- 柔性和弹性树脂
具有改进机械性能的树脂
这些树脂的开发目的是提供比标准树脂更低的脆性和更高的模量。 Harzlabs Basic Resin 等标准树脂的拉伸强度为 20 MPa，新工程树脂 例如 BASF 的 Ultracur3D RG50 提供高达 68 MPa 的拉伸强度，高出三倍。 这种抗拉强度甚至高于ABS长丝提供的抗拉强度，接近负载增强尼龙等材料。
还出现了具有其他特殊性能的工程树脂，如高耐磨或耐冲击树脂。
图 6：各种 Formlabs 树脂的抗冲击性比较。资料来源：Formlabs.com
在具有高抗冲击性的树脂中，巴斯夫的 Ultracur3D High Impact 系列脱颖而出 .这些树脂的拉伸强度为 50 MPa，断裂变形为 56%，弯曲模量为 1700 MPa，抗冲击性为 1.39 J/m2。 这使它们成为生产机械部件和功能原型的理想选择。
图 7：巴斯夫 Ultracur3D RG35 树脂。来源：forward-am.com
具有改进的热性能的树脂
耐热性一直是3D打印树脂的短板之一 .一般来说，所有树脂的软化温度都在50℃到80℃之间。
图 8：各种 Formlabs 树脂的热变形温度比较。资料来源：Formlabs.com
目前，可用于高温应用的树脂非常少，Formlabs 的高温树脂是最重要的。 这是一种树脂，一旦固化（在 0.45 MPa 的负载下），能够承受高达 142 ºC 的温度。 这种树脂的主要优点是可以通过对零件进行热处理将其耐热性提高到 238 ºC 包括将它们加热到 60 ºC 一小时，然后加热到 160 ºC 一个半小时。
柔性和弹性树脂
3D 打印树脂的主要缺点之一一直是它们的高脆性 ，工程中不需要的属性。这就是为什么近年来柔性和弹性树脂的出现是一场革命。
图 9：Flexible 80A 树脂和 Elastic 50A 树脂的比较来源：FormLabs。
今天，SLA 和 LED-LCD 都有多种选择。在SLA中，柔性80A和弹性50A树脂脱颖而出。 Flexible 80A是一种高柔韧性树脂，具有120%的断裂变形率和80的邵氏A硬度，而Elastic 50A是一种具有良好弹性的树脂，具有160%的断裂变形率和50的邵氏A硬度。
然而，此类材料最重要的飞跃之一是巴斯夫的新型柔性和弹性树脂系列。 这些是基于聚氨酯丙烯酸酯低聚物的树脂， 并在当今可用的树脂中提供最大的柔韧性和弹性。 以巴斯夫Ultracur3D FL300为例，硬度仅为37邵氏A，断裂变形高达306%。
图 10：巴斯夫 Ultracur3D FL60 树脂。来源：forward-am.com
近年来，用于 3D 树脂打印的材料范围呈指数级增长，包括性能与 FDM 热塑性塑料相匹配、在某些情况下甚至超过其性能的新材料。 再加上 3D 树脂打印可提供优于 FDM 的各向同性，使其成为许多工业和工程应用中的可行选择。
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