一种适用于3D打印的光敏材料及其制备工艺技术领域
本发明涉及光敏材料领域，具体涉及一种适用于3D打印的光敏材料及其制备工
艺。
背景技术
3D打印技术是近年来新出现的一种材料制备技术手段。3D打印的主要实现在于：
通过计算机辅助技术对图形结构进行数字化处理，使打印材料按照预期的堆积方式逐层累
积，最终形成所需要的结构部件。3D打印技术对于金属、陶瓷、塑料、树脂、粉体等不同类型
的材料均表现出良好的成型制造能力。从目前的技术角度看，对于打印材料的研究是3D打
印技术的一个研究热点。
3D打印材料从出料累积到固化成型过程中主要依靠的物理化学驱动因素集中表
现为光能和热能。由于温度作用时间较缓慢并且受到表明性能的影响而表现局部不均匀
性，因此光固化型3D打印材料更加受到研究者们的青睐和重视，而且光固化型材料具有很
明显的操作便捷性和效率优势。
以各种不同结构的硅烷为原料聚合得到的高分子硅树脂材料已经在人们生活中
得到的普遍应用。高分子硅树脂材料具有良好的环境适应性能，并且生物相容性好，制造方
法便捷，结构性能稳定，适合于通过3D打印技术来制备各种形态的产品。
中国专利CN 201610332918.5公开了一种3D打印用聚酰亚胺光敏材料，其原料组
分质量配比为：聚酰亚胺低聚物A的质量百分比为50-60％、活性稀释剂的质量百分比为10-
30％、其他功能性单体的质量百分比为10-20％、自由基光引发剂占混合物总质量2-5％。但
是该专利通过活性稀释剂和功能型单体与聚酰亚胺低聚物共聚而对目标物进行改性，而副
反应的发生导致产物中杂质含量高且目标产物分子链段结构过于复杂。
中国专利CN 201610306034.2公开了一种高弹性3D打印材料。该专利由以下重量
份数的原料组成：TPE20～35份，环烷油40～70份，PP10～25份，发泡微球3～8份，分散润滑
剂0.5～1.5份，增韧剂3～8份，稳定剂1～2.5份，抗氧化剂0.5～1份。但是该专利以TPE为原
料制备3D打印材料，耐油性较差，耐化学腐蚀能力较弱。
因此需要发明一种以不同硅烷体系为主体的3D打印光敏材料，使打印材料具有良
好的环境适应能力和良好应用潜力。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种适用于3D打印的光敏材料及其制备工艺。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种适用于3D打印的光敏材料，光敏
材料由以下质量百分数的原料组成：烷基氯硅烷35％～45％，烷基硅氧烷40％～50％，交联
剂5％～15％，催化剂2％～5％；
其中，烷基氯硅烷的结构通式为：(R)nSi(Cl)m，其中R表示饱和脂肪族烷基、苯基中
的任一种或几种，n和m分别为1～3的整数，并且n+m＝4；
烷基硅氧烷的结构通式为：[(R)xSiO]y，其中R表示饱和脂肪族烷基，x为1～3的整
数，并且y为不小于2的整数。
进一步地，饱和脂肪族烷基包括：甲基、乙基、丙基中的任一种或几种。
进一步地，交联剂为：正硅酸乙酯、聚硅酸乙酯中的一种或两种。
进一步地，催化剂为有机锡化合物催化剂、有机过氧化物催化剂、偶氮类催化剂、
茂金属类催化剂中的任一种。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述适用于3D打印的光敏材料的制备工
艺，包括以下步骤：
步骤S1，真空条件下，将所述质量百分数的烷基氯硅烷和烷基硅氧烷溶解于有机
溶剂中，在温度为40℃～50℃，搅拌速率为150r/min～300r/min的条件下进行搅拌处理
30min～60min，得到均质溶液；
步骤S2，将所述质量百分数的交联剂加入到步骤S1得到的均质溶液中，在温度为
25℃～40℃，搅拌速率为120r/min～150r/min的条件下进行反应20min～50min，使交联剂
完全溶解，然后加入所述质量百分数的催化剂，得到前驱物溶液；
步骤S3，将步骤S2得到前驱物溶液在40℃～50℃条件下保温4h～6h，经减压蒸发，
所得粉体即为适用于3D打印的光敏材料。
进一步地，步骤S1中，有机溶剂为苯、甲苯、无水乙醇、丙酮中的一种或几种混合
物。
进一步地，步骤S2中，前驱物溶液的粘度为：200mPa·s～500mPa·s。
进一步地，步骤S3中，减压蒸发为：在压力为15Pa～20Pa，温度为90℃～105℃的条
件下进行减压蒸发4h～16h。
进一步地，步骤S3中，适用于3D打印的光敏材料的数均相对分子质量为50000～
100000。
进一步地，步骤S3中，适用于3D打印的光敏材料在进行3D打印时的操作方法为：将
适用于3D打印的光敏材料投入至3D打印机的收集室内，以2m/s～5m/s的打印速度进行逐层
激光打印，得到打印坯体，将打印坯体在紫外光作用50min～90min进行固化，即得3D打印成
品。
本发明的优点是：
1.本发明可以通过不同结构种类的硅烷材料通过光化学反应聚合制备，原料来源
丰富，制备方法简洁，成本低效率高；
2.本发明制备得到高分子硅树脂化学结构稳定，耐环境作用能力强，适用范围广；
3.本发明制备得到的光敏型高分子硅树脂材料具有良好的3D打印工艺适应性，能
够通过调节工艺过程控制产品的组分和性能。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的
多种不同方式实施。
实施例1
一种适用于3D打印的光敏材料，光敏材料由以下质量百分数的原料组成：烷基氯
硅烷35％，烷基硅氧烷50％，正硅酸乙酯10％，有机锡化合物催化剂5％；其中，烷基氯硅烷
的结构通式为：CH3Si(Cl)3；烷基硅氧烷的结构通式为：[(CH3)SiO]2。
实施例2
一种适用于3D打印的光敏材料，光敏材料由以下质量百分数的原料组成：烷基氯
硅烷45％，烷基硅氧烷48％，聚硅酸乙酯5％，有机过氧化物催化剂2％；其中，烷基氯硅烷的
结构通式为：(C2H5)2Si(Cl)2，烷基硅氧烷的结构通式为：[(C3H8)2SiO]4。
实施例3
一种适用于3D打印的光敏材料，光敏材料由以下质量百分数的原料组成：烷基氯
硅烷41％，烷基硅氧烷41％，正硅酸乙酯7％，聚硅酸乙酯7％，交联剂14％，偶氮类催化剂
4％；其中，烷基氯硅烷的结构通式为：(C6H5)3SiCl，烷基硅氧烷的结构通式为：[(C2H6)
3SiO]10。
实施例4
一种适用于3D打印的光敏材料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1，真空条件下，将所述质量百分数的烷基氯硅烷和烷基硅氧烷溶解于苯中，
在温度为40℃，搅拌速率为150r/min的条件下进行搅拌处理30min，得到均质溶液；
步骤S2，将所述质量百分数的交联剂加入到步骤S1得到的均质溶液中，在温度为
25℃，搅拌速率为120r/min的条件下进行反应20min，使交联剂完全溶解，然后加入所述质
量百分数的催化剂，得到粘度为200mPa·s的前驱物溶液；
步骤S3，将步骤S2得到前驱物溶液在40℃条件下保温4h，在压力为15Pa，温度为90
℃的条件下进行减压蒸发4h，所得粉体即为适用于3D打印的光敏材料；其中，适用于3D打印
的光敏材料的数均相对分子质量为50000。
适用于3D打印的光敏材料在进行3D打印时的操作方法为：将适用于3D打印的光敏
材料投入至3D打印机的收集室内，以2m/s的打印速度进行逐层激光打印，得到打印坯体，将
打印坯体在紫外光作用50min进行固化，即得3D打印成品。
实施例5
一种适用于3D打印的光敏材料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1，真空条件下，将所述质量百分数的烷基氯硅烷和烷基硅氧烷溶解于无水
乙醇中，在温度为50℃，搅拌速率为300r/min的条件下进行搅拌处理60min，得到均质溶液；
步骤S2，将所述质量百分数的交联剂加入到步骤S1得到的均质溶液中，在温度为
40℃，搅拌速率为150r/min的条件下进行反应50min，使交联剂完全溶解，然后加入所述质
量百分数的催化剂，得到粘度为500mPa·s的前驱物溶液；
步骤S3，将步骤S2得到前驱物溶液在50℃条件下保温6h，在压力为20Pa，温度为
105℃的条件下进行减压蒸发16h，所得粉体即为适用于3D打印的光敏材料；其中，适用于3D
打印的光敏材料的数均相对分子质量为100000。
适用于3D打印的光敏材料在进行3D打印时的操作方法为：将适用于3D打印的光敏
材料投入至3D打印机的收集室内，以5m/s的打印速度进行逐层激光打印，得到打印坯体，将
打印坯体在紫外光作用90min进行固化，即得3D打印成品。
实施例6
一种适用于3D打印的光敏材料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1，真空条件下，将所述质量百分数的烷基氯硅烷和烷基硅氧烷溶解于无水
乙醇和丙酮的混合溶剂中，在温度为45℃，搅拌速率为225r/min的条件下进行搅拌处理
45min，得到均质溶液；其中，混合溶剂中无水乙醇和丙酮的质量比为2:1；
步骤S2，将所述质量百分数的交联剂加入到步骤S1得到的均质溶液中，在温度为
32℃，搅拌速率为135r/min的条件下进行反应35min，使交联剂完全溶解，然后加入所述质
量百分数的催化剂，得到粘度为350mPa·s的前驱物溶液；
步骤S3，将步骤S2得到前驱物溶液在45℃条件下保温5h，在压力为17Pa，温度为96
℃的条件下进行减压蒸发10h，所得粉体即为适用于3D打印的光敏材料；其中，适用于3D打
印的光敏材料的数均相对分子质量为750000。
适用于3D打印的光敏材料在进行3D打印时的操作方法为：将适用于3D打印的光敏
材料投入至3D打印机的收集室内，以3.5m/s的打印速度进行逐层激光打印，得到打印坯体，
将打印坯体在紫外光作用70min进行固化，即得3D打印成品。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、
等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。