3D喷墨打印用光固化型电子浆料的制备与研发

摘要

三维喷墨打印技术是增材制造技术的一个细分技术领域，因其具有灵活性好、目标性强、多材质一体式制造等优势而相对于其他增材制造方法更具活性。但因材料研发不成熟及设备造价昂贵等问题，限制其主要应用在生物医疗方面（如牙科、器官打印）。该技术面临的难题还很多，本课题主要针对适用于该技术的光固化型电子浆料的研发，做了以下三方面的研究，取得了一些进展：
　　在不除氧、无气氛保护的条件下对环氧树脂进行丙烯酸化改性，直接合成了可光-热双重固化的环氧丙烯酸树脂，用红外光谱对合成树脂进行表征，证明得到了环氧丙烯酸酯。研究了丙烯酸用量、反应温度等因素对树脂涂膜柔韧性、抗冲击性、耐试剂性等物理性能的影响，发现丙烯酸和环氧基的摩尔比例及反应温度对树脂的性能有很大的影响，说明控制丙烯酸用量及反应温度的重要性。用红外光谱表征树脂在各个固化条件下的涂膜，结果证明对于所合成树脂用光固化辅以热固化的固化方式可以缩短固化时间并提高固化深度。结果表明，合理控制丙烯酸与环氧基的摩尔比例和反应温度，对树脂的固化性能及树脂固化膜的物理性能有较大的提高，尤其体现在树脂的硬度和柔韧性上，主要是由于丙烯酸用量及反应温度的差异会导致所得树脂的结构变化。
　　将制得的光-热双重固化树脂和磁粉进行混合，制备不同配方的导磁浆料，研究了不同稀释剂剂量、不同触变剂剂量、磁粉添加量对浆料流变性、稳定性及光固化性能的影响规律，以及对固化薄膜的硬度和附着力的影响。结果表明，树脂：PGMEA的比例为1:2.5时，浆料粘度符合要求，性能最佳。在浆料触变性方面，对触变剂进行活化预分散，触变效果更加明显，对磁粉的承载作用更好，最佳用量为1％（wt）。磁粉固含量一直被提升到65%（wt），浆料的粘度仍符合打印要求，浆料固化膜的性能保持稳定，磁粉含量继续增加，固化膜性能将大幅下降。用阿基米德排水法和永磁特性测量仪测量了浆料固化件的密度和磁性能。结果表明，磁粉含量控制在合理的范围内有助于保证固化件的密实度。
　　用不同性质的表面改性剂对磁粉进行了表面改性，再用所得改性磁粉进行磁性浆料的配制，用旋转流变仪分析浆料粘度和磁粉在浆料中分散效果，用扫描电镜分析浆料固化件中磁粉分散效果及磁粉和树脂的结合效果。结果表明，合理的表面改性剂选择，对磁粉在浆料中的分散效果、浆料的粘度及树脂固化膜密实度都有较大的提升，因每种改性剂对性能提升存在片面性，表面改性剂进行配合使用效果更佳。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 增材制造技术概述

1.3 三维打印成型技术概述

1.4 光固化技术概述

1.5 磁性材料概述

1.6 本课题的研究目的及意义

第二章 实验过程

2.1 实验原料及设备

2.2 实验流程

第三章 光-热双重固化树脂的合成及性能研究

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 3D喷墨打印用光固化导磁浆料的制备及其性能分析

4.1 引言

4.2 实验结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 磁粉表面改性对光固化浆料性能的影响

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术成果