Фотоотверждаемые композиции для изготовления механически прочных трехмерных объектов методом LCD 3D-печати Российский патент 2025 года по МПК C08L33/24 C08K5/16 C08K5/5397 B29C64/00 C08F2/46 

Изобретение относится к фотоотверждаемым композициям на основе термостойкого ароматического полиамида и фоточувствительных компонентов и может быть использовано для изготовления механически прочных трехмерных объектов методом LCD 3D-печати.

Из существующего уровня техники известны аналоги - фотоотверждаемые композиции на основе различных моно-, ди- и полифункциональных (мет)акрилатных производных и фотоинициаторов, которые могут быть использованы для изготовления трехмерных полимерных объектов методом лазерной стереолитографии (патенты RU 2127444, RU 2515991, RU 2477290, RU 2244335). Общим недостатком указанных отверждаемых смол является низкая термостойкость и механическая прочность получаемых изделий, что существенно ограничивает области их практического применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению аналогом, принятого за прототип (патент RU 2684387), являются фотоотверждаемые композиции на основе поли-(м-фенилен)изофталамида с молекулярной массой 60 кДа, акриламидных соединений и фотоинициатора. Термостойкость изделий, сформированных методом лазерной стереолитографии на основе таких смол, составляет 370-390°С, а прочность на разрыв 86.8-90.3 МПа.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение механической прочности изделий, увеличение их теплостойкости, увеличение их пространственного разрешения и уменьшение времени их формирования. Технический результат изобретения достигается за счет использования фотоотверждаемых композиций на основе термостойкого полимера - поли-(м-фенилен)изофталамида с молекулярной массой 60-100 кДа, трифункционального акрилатного связующего - трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурата, активного растворителя - N,N-диметилакриламида и фотоинициатора - бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида. Уменьшение времени формирования изделий и увеличение их пространственного разрешения достигается благодаря использованию метода LCD 3D-печать, поскольку в этом случае каждый слой засвечивается диодной матрицей с использованием жидкокристаллического экрана, а не сканируется лазерным лучом как в методе лазерной стереолитографии.

Фотоотверждаемые композиции имеют следующий состав (%, масс.):

1. Поли-(м-фенилен)изофталамида - 5-15;

2. Трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурат - 15-25;

3. N,N-диметилакриламид - 59-79;

4. Бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид - 1.

Формирование трехмерных объектов на основе фотоотверждаемых композиций осуществлялся методом LCD 3D-печати с использованием светодиодного излучения со следующими характеристиками: длина волны 405 нм, плотность мощности излучения 1 мВт/см². Подвод светодиодного излучения производился снизу перпендикулярно поверхности композиции, селективность отверждения достигалось с помощью жидкокристаллического экрана. Толщина слоя составляла 10-50 мкм, время засветки одного слоя - 3-10 секунд.

Полученные таким образом материалы заданной геометрической формы согласно данным термогравиметрического анализа при скорости нагревания 5-10 град/мин не плавятся вплоть до начала деструкции, которая происходит при 382-401°С, что свидетельствует об их высокой термостойкости. Прочность на разрыв материалов составляет 70.7-114.2 МПа, температура стеклования - 163-180°С.

Предлагаемое изобретение подтверждается следующими примерами.

Пример 1. 1 г поли-(м-фенилен)изофталамида, 2 г трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурата и 0,1 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида последовательно растворяли в 6.9 г N,N-диметилакриламида и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную смолу использовали для LCD 3D-печати со светодиодным излучением с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки в вакууме при 100°С начинало деструктировать на воздухе при 378°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 70.7±7.1 МПа, относительное удлинение при разрыве 15.9±1.3%.

Пример 2. 1 г поли-(м-фенилен)изофталамида, 2 г трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурата и 0,1 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида последовательно растворяли в 6.9 г N,N-диметилакриламида и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную смолу использовали для LCD 3D-печати со светодиодным излучением с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после термообработки в вакууме при 250°С в течение 1 часа начинало деструктировать на воздухе при 382°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 104.4±7.2 МПа, относительное удлинение при разрыве 10.1±1.0%.

Пример 3. 2 г поли-(м-фенилен)изофталамида, 2 г трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурата и 0,1 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида последовательно растворяли в 5.9 г N,N-диметилакриламида и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную смолу использовали для LCD 3D-печати со светодиодным излучением с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после термообработки в вакууме при 250°С в течение 1 часа начинало деструктировать на воздухе при 401°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 114.2±8.5 МПа, относительное удлинение при разрыве 5.1±0.4%.

Как видно из приведенных примеров, фотоотверждаемые композиции выгодно отличаются от известных по совокупности эксплуатационных характеристик изделий на их основе.

Вышеперечисленный комплекс практически полезных свойств изделий на основе полученных фотоотверждаемых композиций определяет положительный эффект изобретения. Полученные фотоотверждаемые композиции могут быть использованы для LCD 3D-печати при получении механически прочных теплостойких изделий заданной архитектуры.

Изобретение относится к фотоотверждаемой композиции на основе термостойкого ароматического полиамида и фоточувствительных компонентов и может быть использовано для изготовления механически прочных трехмерных объектов методом LCD 3D-печати. Фотоотверждаемая композиция для изготовления механически прочных изделий заданной архитектуры методом LCD 3D-печати характеризуется следующим составом, мас. %: поли-(м-фенилен)изофталамид с молекулярной массой 60-100 кДа – 5-15, трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурат – 15-25, N,N-диметилакриламид – 59-79, бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид – 1. Технический результат изобретения заключается в увеличении механической прочности изделий, увеличении их теплостойкости, увеличении их пространственного разрешения и уменьшении времени их формирования. 3 пр.

Фотоотверждаемая композиция для изготовления механически прочных изделий заданной архитектуры методом LCD 3D-печати, отличающаяся тем, что фотоотверждаемая композиция имеет следующий состав, мас. %:

1. Поли-(м-фенилен)изофталамид с молекулярной массой 60-100 кДа – 5-15;

2. Трис[2-(акрилоилокси)этил]изоцианурат – 15-25;

3. N,N-диметилакриламид – 59-79;

4. Бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид – 1.