光固化树脂应用试验

1. 光固化树脂

光固化树脂由树脂单体(monomer)及预聚体(oligomer)组成,含有活性官能团，能在紫外光照射下由光专敏剂(light initiator)引发属聚合反应，生成不溶的涂膜，双酚A型环氧丙烯酸酯具有固化速度快、涂膜耐化学溶剂性能好，硬度高等特点。聚氨酯丙烯酸酯具有柔韧性好、耐磨等特点。光固化复合树脂是目前口腔科常用的充填、修复材料，由于它的色泽美观，具有一定的的抗压强度，因此在临床应用中起着重要的作用，我们用于前牙各类缺损及窝洞修复取得满意的效果。

2. 光固化成型的光固化成型的应用

在当前应用较多的几种快速成型工艺方法中，光固化成型由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之得到最为广泛的应用。在概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等诸多方面广泛应用于航空、汽车、电器、消费品以及医疗等行业。
1 SLA 在航空航天领域的应用
在航空航天领域，SLA 模型可直接用于风洞试验，进行可制造性、可装配性检验。航空航天零件往往是在有限空间内运行的复杂系统，在采用光固化成型技术以后，不但可以基于SLA 原型进行装配干涉检查，还可以进行可制造性讨论评估，确定最佳的合理制造工艺。通过快速熔模铸造、快速翻砂铸造等辅助技术进行特殊复杂零件（如涡轮、叶片、叶轮等）的单件、小批量生产，并进行发动机等部件的试制和试验。
航空领域中发动机上许多零件都是经过精密铸造来制造的，对于高精度的木模制作，传统工艺成本极高且制作时间也很长。采用SLA 工艺，可以直接由CAD 数字模型制作熔模铸造的母模，时间和成本可以得到显著的降低。数小时之内，就可以由CAD 数字模型得到成本较低、结构又十分复杂的用于熔模铸造的SLA 快速原型母模。
利用光固化成型技术可以制作出多种弹体外壳，装上传感器后便可直接进行风洞试验。通过这样的方法避免了制作复杂曲面模的成本和时间，从而可以更快地从多种设计方案中筛选出最优的整流方案，在整个开发过程中大大缩短了验证周期和开发成本。此外，利用光固化成型技术制作的导弹全尺寸模型，在模型表面表进行相应喷涂后，清晰展示了导弹外观、结构和战斗原理，其展示和讲解效果远远超出了单纯的电脑图纸模拟方式，可在未正式量产之前对其可制造性和可装配性进行检验。
2 SLA 在其他制造领域的应用
光固化快速成型技术除了在航空航天领域有较为重要的应用之外，在其他制造领域的应用也非常重要且广泛，如在汽车领域、模具制造、电器和铸造领域等。下面就光固化快速成型技术在汽车领域和铸造领域的应用作简要的介绍。
现代汽车生产的特点就是产品的多型号、短周期。为了满足不同的生产需求，就需要不断地改型。虽然现代计算机模拟技术不断完善，可以完成各种动力、强度、刚度分析，但研究开发中仍需要做成实物以验证其外观形象、工装可安装性和可拆卸性。对于形状、结构十分复杂的零件，可以用光固化成型技术制作零件原型，以验证设计人员的设计思想，并利用零件原型做功能性和装配性检验。
光固化快速成型技术还可在发动机的试验研究中用于流动分析。流动分析技术是用来在复杂零件内确定液体或气体的流动模式。将透明的模型安装在一简单的试验台上，中间循环某种液体，在液体内加一些细小粒子或细气泡，以显示液体在流道内的流动情况。该技术已成功地用于发动机冷却系统（气缸盖、机体水箱）、进排气管等的研究。问题的关键是透明模型的制造，用传统方法时间长、花费大且不精确，而用SLA技术结合CAD 造型仅仅需要4~5 周的时间，且花费只为之前的1/3，制作出的透明模型能完全符合机体水箱和气缸盖的CAD 数据要求，模型的表面质量也能满足要求。
光固化成型技术在汽车行业除了上述用途外，还可以与逆向工程技术、快速模具制造技术相结合，用于汽车车身设计、前后保险杆总成试制、内饰门板等结构样件/ 功能样件试制、赛车零件制作等。
在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模等的制造往往是采用机加工方法，有时还需要钳工进行修整，费时耗资，而且精度不高。特别是对于一些形状复杂的铸件（例如飞机发动机的叶片、船用螺旋桨、汽车、拖拉机的缸体、缸盖等），模具的制造更是一个巨大的难题。虽然一些大型企业的铸造厂也备有一些数控机床、仿型铣等高级设备，但除了设备价格昂贵外，模具加工的周期也很长，而且由于没有很好的软件系统支持，机床的编程也很困难。快速成型技术的出现，为铸造的铸模生产提供了速度更快、精度更高、结构更复杂的保障。
光固化成型技术的研究进展
光固化快速成型制造技术自问世以来在快速制造领域发挥了巨大作用，已成为工程界关注的焦点。光固化原型的制作精度和成型材料的性能成本，一直是该技术领域研究的热点。目前，很多研究者通过对成型参数、成型方式、材料固化等方面分析各种影响成型精度的因素，提出了很多提高光固化原型的制作精度的方法，如扫描线重叠区域固化工艺、改进的二次曝光法、研究开发用CAD 原始数据直接切片法、在制件加工之前对工艺参数进行优化等，这些工艺方法都可以减小零件的变形、降低残余应力，提高原型的制作精度。此外，SLA 所用的材料为液态光敏树脂，其性能的好坏直接影响到成型零件的强度、韧性等重要指标，进而影响到SLA 技术的应用前景。所以近年来在提高成型材料的性能降低成本方面也做了很多的研究，提出了很多有效的工艺方法，如将改性后的纳米SiO2 分散到自由基- 阳离子混杂型的光敏树脂中，可以使光敏树脂的临界曝光量增大而投射深度变小，其成型件的耐热性、硬度和弯曲强度有明显的提高；又如在树脂基中加入SiC 晶须，可以提高其韧性和可靠性；开发新型的可见光固化树脂，这种新型树脂使用可见光便可固化且固化速度快，对人体危害小，提高生产效率的同时大幅度地降低了成本。
光固化快速成型技术发展到今天已经比较成熟，各种新的成型工艺不断涌现。下面从微光固化快速成型制造技术和生物医学两方面展望SLA 技术。
1 微光固化快速成型制造技术
目前，传统的SLA 设备成型精度为±0.1mm，能够较好地满足一般的工程需求。但是在微电子和生物工程等领域，一般要求制件具有微米级或亚微米级的细微结构，而传统的SLA 工艺技术已无法满足这一领域的需求。尤其在近年来，MEMS（MicroElectro-Mechanical Systems）和微电子领域的快速发展，使得微机械结构的制造成为具有极大研究价值和经济价值的热点。微光固化快速成型μ-SL（Micro Stereolithography）便是在传统的SLA 技术方法基础上，面向微机械结构制造需求而提出的一种新型的快速成型技术。该技术早在20 世纪80 年代就已经被提出，经过将近20 多年的努力研究，已经得到了一定的应用。目前提出并实现的μ-SL 技术主要包括基于单光子吸收效应的μ-SL 技术和基于双光子吸收效应的μ-SL 技术，可将传统的SLA 技术成型精度提高到亚微米级，开拓了快速成型技术在微机械制造方面的应用。但是，绝大多数的μ-SL 制造技术成本相当高，因此多数还处于试验室阶段，离实现大规模工业化生产还有一定的距离。因而今后该领域的研究方向为：开发低成本生产技术，降低设备的成本；开发新型的树脂材料；进一步提高光成型技术的精度；建立μ-SL 数学模型和物理模型，为解决工程中的实际问题提供理论依据；实现μ-SL与其他领域的结合，例如生物工程领域[8] 等。
2 生物医学领域
光固化快速成型技术为不能制作或难以用传统方法制作的人体器官模型提供了一种新的方法，基于CT图像的光固化成型技术是应用于假体制作、复杂外科手术的规划、口腔颌面修复的有效方法。目前在生命科学研究的前沿领域出现的一门新的交叉学科——组织工程是光固化成型技术非常有前景的一个应用领域。基于SLA技术可以制作具有生物活性的人工骨支架，该支架具有很好的机械性能和与细胞的生物相容性，且有利于成骨细胞的黏附和生长。如图5 所示为用SLA 技术制作的组织工程支架，在该支架中植入老鼠的预成骨细胞，细胞的植入和黏附效果都很好[9]。

3. 什么是光固化(SL)工艺的应用

光固化指单体、低来聚体或聚合体基质在源光诱导下的固化过程。
光固化技术应用在以下一些行业：
光固化涂料和光固化油墨相对于传统的涂料、油墨来说主要优势就是环保，这是由于采用了活性稀释剂调节黏度，其有机挥发性组分含量极低。非光固化的涂料或油墨也有环保型的，例如水性涂料和水性油墨，双组分热固化涂料、粉末涂料等。相对于这些应用来说，光固化技术的优势就在于快速、低能耗。一些应用技术是把光固化技术和其他技术结合起来，例如光固化水性涂料、光固化粉末涂料，使其优势更加突出。
光固化保护套。光固化保护套应用在石油管道定向钻穿越时，用于保护外防腐层不受破坏 。
在其他一些领域的应用，例如光固化胶粘剂、光刻胶、激光三维成像、三维造型等，则更看重光固化技术的快速的特点：
光固化技术在3d打印机方面也日益重要，（桌面光固化打印机）其原理是聚合物单体与预聚体组成光引发剂 (光敏剂)，简称（szg-3d)经过UV光(例如，250-405 nM波长)照射后，引起聚合反应，完成固化， 树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势.

4. 光固化树脂材料的优缺点。

光固化树脂材料又称光敏树脂材料，其优缺点如下：

一、优点

1、固化速度快，生产效率高。

2、能量利用率高，节约能源。

3、有机挥发分(VOC)少，对环境友好。

4、可涂装各种基材，如纸张、塑料、皮革、金属、玻璃、陶瓷等。

二、缺点

1、用光固化树脂材料补牙，如果个别患者会出现术后酸痛的感觉，此时医生要小心翼翼的拆，因为树脂与牙齿之间的界限不清楚，搞不好就把健康的牙体给磨了。

2、用光固化树脂材料补牙，术后容易出现吃东西塞牙，因为邻面龋补牙，要放成形片，放好成型片后光固，硬化后就出现一个置成型片的缝隙。

3、用光固化树脂材料补牙，容易形成充填物悬突，补邻面洞时要上好成型片，间隙楔，去掉成型片后光固化树脂已经硬了，而且与牙同色很难发现，发现了又很难去除，留在那里长此以往就会导致牙槽间隔骨头的破坏，就相当于人造牙石。

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光固化树脂材料的历史沿革：

光固化涂料是20世纪60年代末由德国拜耳公司开发的一种环保型节能涂料。

我国从20世纪80年代开始进入光固化涂料领域。早期光固化树脂的生产主要是美国沙多玛、日本合成、德国拜耳、台湾长兴等公司，现在国内有不少厂家也做得不错，如三木集团、姿彩化工等。

近年来随着人们节能环保意识的增强，光固化涂料品种性能不断增强，应用领域不断拓展，产量快速增大，呈现出迅猛的发展势头。特别是涂料列入消费税征收范围后，UV树脂的发展可望进一步加速。

目前，光固化涂料不仅大量应用于纸张、塑料、皮革、金属、玻璃、陶瓷等多种基材，而且成功应用于在光纤、印刷电路板、电子元器件封装等材料。

5. 光固化树脂修复是什么怎样操作的

光固化树脂修复就是用光固化的方法对缺损的牙齿和龋坏的牙齿进行治疗的内一个方法。要容对牙齿表面的腐质进行机械性的预备，也就是即用牙钻把牙齿表面的腐质切割掉，做预防性的扩展。因为肉眼无法识别感染的牙齿的深度。

通常会磨除一部分健康的组织，这一部分健康组织大概是0.2mm-0.5mm，进行表面的酸蚀，这个酸蚀是在釉质层进行的，就是牙齿最外表的那一层，酸蚀之后要进行隔湿、吹干后涂上粘结剂，粘结剂是涂在牙本质上，光照20秒之后再涂上光固化树脂进行塑形。

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注意事项：

1、光固化树脂本身是一种高分子的材料，它在空气和我们在口腔的复杂的环境之中可以被氧化，它会出现变色和材料老化的问题。

2、另外一个光固化树脂因为材料的特性，它的强度和抗压能力有限，在吃过硬的食物和咬颌力过大的食物的时候它会出现折断以致脱落。

3、还有一个就是光固化尤其在两个邻牙之间，对过大的间隙进行修补的时候，因为在口内操作不能保证树脂的高度抛光，树脂抛光度不够导致表面不够光滑，容易有菌斑聚集，需要在接受充填治疗以后注意对间隙的清洁卫生工作，防止因为菌落的聚集造成牙龈和牙周组织的损害。

6. 光固化树脂补牙步骤

1.比色度的选择。首先确定患牙可以用复合树脂修复，并且能达到理想的修复效果时，先进行比色在修复之前，根据修复牙齿和邻牙的颜色选用合适的树脂。注意比色应在自然光下进行，还要保持牙齿的湿润，干燥的牙齿会使牙色变浅。
2.粘接修复洞形制备。牙体粘接修复洞形要获得优良效果，应考虑釉质和牙本质两个方面，特别是因釉质粘接强度高而充分利用这一点。洞外形依龋坏大小而定，只需去除龋坏组织。洞缘釉质壁制备成45°角的短斜面，以加釉质酸蚀，但不要将斜面放在承受合力部位。
3.树脂充填。光固化树脂和光固化复合树脂对光敏感，充填复合树脂应关闭或远离手术灯并遮挡较强的自然光，复合树脂使用后应及时加盖。每次用消毒的器械挖取复合树脂，以免交叉感染。
复合树脂必须分层充填。因为光固化灯发出的可见光一般只能对2—3mm厚的复合树脂充分固化，洞深超过 2mm时应分层充填。充填时先将树脂铺平洞底，再按着三角堆积方式直至合面。
4.修形抛光。是复合树脂粘接修复的重要环节。修形和抛光的目的是去除修复体表面的低固化层，提高修复体表面的光泽度，以减少菌斑积聚延长修复体的寿命。复合树脂的修形是使修复体与天然牙混成一体，呈现自然外观并使修复体表面光滑。抛光是使修复体表面呈现光泽，增加美观舒适性。

7. 什么是光固化树脂

光固化树脂含有活性官能团，能在紫外光照射下由光敏剂引发聚合反应，生成不溶的涂膜，双酚A型环氧丙烯酸酯具有固化速度快、涂膜耐化学溶剂性能好，硬度高等特点。聚氨酯丙烯酸酯具有柔韧性好、耐磨等特点。光固化复合树脂是目前口腔科常用的充填、修复材料，由于它的色泽美观，具有一定的的抗压强度，因此在临床应用中起着重要的作用，我们用于前牙各类缺损及窝洞修复取得满意的效果。
于口腔治疗中的对比
对大面积深龋，传统的诸多修复方法各有优缺点：银汞合金硬度高、抗压强，但无粘接性（无双向牵拉），只靠机械嵌力，有蠕变，有一定的腐蚀性和毒性，对溶出物分析发现有汞、银、铜、锌的溶出［2］；玻璃离子水门汀有良好的粘接性，但硬度差、不耐磨、易变色；嵌体（包含合金、塑料、烤瓷等）修复术、冠桩冠核修复术、金属壳冠和烤瓷冠修复等方法的临床应用很广，但牙体预备时磨损大，且工艺复杂，成本高。
目前，光固化复合树脂广泛应用于临床，其性能好，色泽美观持久，操作简便，成本低，深受欢迎。但光敏树脂具有向光性。目前采用的口内直接填充法，光源来自一个方向，这样势必造成洞底、洞壁的树脂聚合不及表面，使洞底牙体质交界处呈现裂隙［3］。有研究表明，复合树脂经光固化后其固化程度为43%~64%［3］，这样的充填物实际上只发挥其材料性能的1/2~2/3。为解决这一问题，临床通常采用分层充填（每层2 mm）光照固化，但该法每层都暴露在口腔内湿润的环境中，这样在该充填物中就存在着n－1个“层面”是为单层的叠摞。
光敏树脂口外多向光照固化间接充填法，是在口内不需分层、大块堆砌，一次成型，初凝后采用口外光照固化，然后再于口内粘接固定。从临床效果观察，本方法与其它修复方法相比有明显优越性：①充分发挥材料性能，克服了口内直接充填时材料固化不全及“层面”多的弊端；②在外观颜色、粘接性能、边缘渗漏及细胞毒性等方面优于银汞充填；③从操作工艺及价格方面优于嵌体、壳冠的制作，可一次就诊完成，减少病人复诊次数和经济负担。光敏树脂口外固化修复大面深龋，克服了其它方法之弊端，集优势于一身，不失为一种较好的修复方法。远期效果有待继续观察。

8. 光固化树脂的用途

目前，光固化复合树脂广泛应用于临床，其性能好，色泽美观持久，操作简便，成本低，深受欢迎。但光敏树脂具有向光性。目前采用的口内直接填充法，光源来自一个方向，这样势必造成洞底、洞壁的树脂聚合不及表面，使洞底牙体质交界处呈现裂隙[3]。有研究表明，复合树脂经光固化后其固化程度为43%~64%[3]，这样的充填物实际上只发挥其材料性能的1/2~2/3。为解决这一问题，临床通常采用分层充填（每层2 mm）光照固化，但该法每层都暴露在口腔内湿润的环境中，这样在该充填物中就存在着n－1个“层面”是为单层的叠摞。现广泛用于涂料、油墨领域。

9. UV光固化树脂有什么用途

UV光固来化树脂的用途：
适应于水晶相自框、贴机板、宝丽板、家具等平面式表面涂层。
知识点延伸：
UV光固化树脂为浅绿色透明液体，无需加固化剂和促进剂表面涂复，覆膜后用排气滚滚涂式施工后，放入UV紫外线灯管下经紫外线光照射3-6分钟，即可完全固化。固化后硬度高，施工简单，经济实惠。未经紫外光照射的胶水可以重复使用。