快速成型技術是上世紀80年代發展起來的一種新式的成型技術，快速成型是基于材料離散、堆積的原理以及分層數據處理的方法，首先通過相關軟件將物理模型轉變為數字信息或者使用三維掃描儀將物理模型轉化為三維數字立體模型，然后電腦把原來的三維模型分成一系列的層片，接著噴頭根據電腦設定好的數據層層制造堆積成形。目前已經發展了十余種快速成型的技術，例如基于激光技術的立體光固化(SLA)、激光選區燒結(SLS)、激光選區熔化(SLM)、分層實體制造(LOM)等，以及基于非激光技術的電子束熔化(EBM)、熔融沉積(FDM)、沖擊微粒制造(BPM)、三維打印(3DP)等。通常把基于激光技術的稱為第一類快速成型技術，非激光技術的稱為新一代快速成型技術。據相關統計，從2003年起，新一代RP技術的快速成型機的年銷售量就已經超過了第一代RP技術成型機。在新一代的RP技術中，3D打印由于操作簡單、成型速度快、成型過程無污染、成型件精度高且可以在相對較低的溫度下進行。因此，3D打印技術成為了當前快速成型技術的研究熱點。光固化3D打印:光固化3D打印工作原理與噴墨打印類似，是基于液體噴射原理的RP技術，在數字信號的控制下，噴嘴工作腔內的液體光敏樹脂在瞬間形成液滴，在壓力作用下以一定的速度與頻率從噴嘴噴出到指定的位置，然后通過紫外光對光敏樹脂固化，固化后逐層堆積，得到成形零件。成形過程如下：首先根據零件截面的形狀，控制打印噴頭沿X、Y軸運動，在既定截面的相關實體區域打印實體材料，在支撐區域打印支撐材料，并在紫外光的照射下進行固化，然后打印平臺沿Z軸下降一定高度，噴頭接著打印固化下一層，如此逐層打印固化直至工件的完成，最后除去工件中的支撐材料即可獲得所需的工件。圖1為光固化3D打印工作原理圖。光圈化3D打印材料的組成光固化3D打印材料由光固化實體材料與支撐材料組成，其中支撐材料根據其固化方式不同又可分為相變蠟支撐材料和光固化支撐材料。光固化材料通常俗稱光敏樹脂，主要由齊聚物、反應性稀釋劑(活性單體)、光引發劑以及其他助劑組成。1．支撐材料光固化3D打印往往用來進行復雜結構零件的制造，這些復雜的結構中經常會出現空洞和懸空的部分，為了避免在快速打印的過程中這些空洞與懸空的部分由于并未完全固化而發生變形影響制件的形狀，給后續生產造成偏差。因此在空洞與懸空的部分用支撐材料填補。在噴射打印過程結束后，支撐材料必須從制件中去除且不能損壞實體模型以及影響實體材料的表面精度與光潔度。目前根據支撐材料固化形式不同，可以分為相變蠟支撐材料和光固化支撐材料。1)相變蠟支撐材料相變蠟支撐材料是利用了混合蠟在不同的溫度下固態與液態之間的相互轉變的原理。溫度高于其熔點范圍時由固態轉變為液態，從噴嘴噴出；噴出后溫度逐漸降低至凝固點范圍時開始由液態轉變為固態，填補空洞或懸空部位，從而起到支撐的作用。相變蠟作為支撐材料具有以下優點：原材料價格便宜，堵塞噴頭后易處理。缺點是混合蠟的相轉變是在一個較寬的溫度范圍內進行，且熔點較高，另外由于混合蠟本身的物理性質會使制件的成形精度相對于光固化支撐材料差。美國3DSystems公司在2003年開發的3DP是采用熱噴頭噴射熔融的混合蠟為支撐材料，并通過加熱熔化將其去除。2)光固化支撐材料光固化支撐材料同實體材料一樣，都是光敏樹脂。其原理就是噴頭將支撐材料噴射出來，經光照射后發生固化，填補制件中的空洞與懸空的部分，從而起到支撐作用。光固化支撐材料的優勢是可以在相對混合蠟低的溫度下進行噴射，收縮率低且穩定性高，從而提高了制件的精度。缺點是支撐材料容易堵塞噴頭且很難去除，容易損壞噴頭。目前，以色列OBfETGeometries公司開發的Eden系列3D打印機，使用液態的光敏樹脂作為支撐材料，并利用紫外光固化，最后用水槍除去支撐材料。2．實體材料1)齊聚物齊聚物也稱低聚物，是含有不飽和官能團的低分子聚合物，是光固化材料中最為基礎的材料，決定了光敏樹脂的基本物理化學性能，如黏度、硬度、斷裂伸長率等。因而，在一個光敏樹脂配方中，齊聚物的選用是至關重要的；另一方面，3D打印的小型化、辦公室化也要求齊聚物必須無毒或低毒、難揮發并且氣味小。齊聚物的種類繁多，其中應用較多的主要包括各類丙烯酸樹脂，例如聚氨酯丙烯酸樹脂、環氧丙烯酸樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚醚丙烯酸樹脂、丙烯酸酸化丙烯酸樹脂、堿溶性光成像樹脂以及氨基丙烯酸樹脂等。2)反應性稀釋劑反應性稀釋劑又稱活性單體，是含有雙鍵的小分子溶劑，在光敏樹脂體系中有著十分重要的作用。一方面調節體系的黏度，降低齊聚物的黏度，避免噴頭因黏度過高而堵塞；另一方面反應性稀釋劑還參與到整個光固化反應之中，影響到聚合反應的動力學、聚合程度以及固化物的物理性質等。在發生反應時，反應性稀釋劑把高分子量的齊聚物分子連接在一起，對完全固化有著重要的貢獻。此外，雙官能團、三官能團以及更高官能度的反應性釋劑還能交聯固化形成交聯網絡，大大提高制品的物理性能。與齊聚物一樣，反應性稀釋劑必須具有無毒或低毒、難揮發以及氣味小等特點：活性單體主要有單宮能團丙烯酸酯、雙官能團丙烯酸酯、多官能團丙烯酸酯、乙烯基類單體、乙烯基醚、含甲氧端基的單官能團丙烯酸酯、含氨基甲酸酯的單官能團丙烯酸酯等。3)光引發劑在光敏樹脂體系中，光引發劑是最為關鍵的組分，它決定了光固化材料的質量與光固化反應的速度。光引發劑因吸收引發輻射能的不同，可分為紫外光引發劑和可見光引發劑，目前光固化3D打印中主要使用紫外光光源，可見光引發劑由于不穩定存儲困難，現階段研究較少。光引發劑根據產生的活性中IN體的不同可以分為陽離子型光引發劑和自由基型光引發劑兩大類，目前也研究結合二者的混雜型光引發劑。光固化3D打印材料國內外的研究現狀由于光固4t3D打印的研究起步較晚，并且光敏樹脂體系組分較多，每種組分都有較大的選擇范圍，配方設計困難。目前能夠查閱到的相關專利極少，下面就國內外關于3D打印光敏樹脂研究狀況作簡單介紹。1．國外研究現狀國外由于起步較早，并且3D打印機能夠為光敏樹脂的研究提供實驗器材的支持，因而國外在3D打印光敏樹脂方面做的較為成熟。目前國外做的最好的就是以色列OBJET公司以及美國的3DSystems公司，這兩個公司占據了絕大部分3D打印光敏樹脂的市場。但是這些公司把光敏樹脂作為核心技術，成果很少對外公布，并且將這些光敏樹脂與其生產的光固化3D打印機捆綁銷售。以色列OBJET公司的材料種類有三大類實體材料和一種支撐材料，即Vero系列光敏樹脂，FullCure系列丙烯酸酯基光敏樹脂，Tango系列類橡膠光敏樹脂材料，支撐材料是FullCure705水溶性高分子材料。以色列OBJET公司于不同年份公布了四個光固化3D打印光敏樹脂專利，其中噴射用光敏樹脂的使用溫度為70～75℃。2．國內研究現狀國內相關光固化油墨、光固化涂料、光固化膠黏劑的研究較多也比較成熟，但是對于光固化3D打印用光敏樹脂卻很少。目前，華中科技大學、西安交大等對于光固化3D打印光敏樹脂的研究投入較多，也研究出一些3D打印光敏樹脂。例如劉海濤等合成了可以作為實體材料的光敏預聚物以及光固4t支撐材料，黃志斌等通過邁克爾加成合成了一類可快速固化的超支化的光敏樹脂。但是由于研究起步晚、投入少、規模小、力量分散，因而國內關于3D打印光敏樹脂的研究總體上來看還是相當薄弱，能夠用于實際生產的產品就更少了。總結與展望：快速成形技術發展時間不長，但是發展卻極為迅速，解決了很多傳統的加工技術很難解決的問題。3D打印是其中的佼佼者，成為最近的科技焦點，甚至被贊譽為第三次工業革命。雖然3D打印有自己獨特的優勢，但是跟傳統的流水線生產加工相比，速度太慢，原材料受到很大限制，想要通過3D打印大批量制件并取代傳統的