219402613_3D打印用光敏树脂研究进展及其在装饰性雕塑中的应用

综述

83

合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2023，

40（1）： 

CHINA

SYNTHETIC

RESIN

AND

PLASTICS

DOI：10.19825/.1002-1396.2023.01.19

3D打印用光敏树脂研究进展及其

在装饰性雕塑中的应用

李 

喆

（西安美术学院，陕西 西安 710065）

摘 要： 综述了3D打印用光敏树脂研究进展及其在装饰性雕塑中的应用。使用环氧丙烯酸酯制备光敏树脂

过程中，添加1.0％（

w

）的膨胀微球和0.1％（

w

）的聚醚多元醇可以提高光固化后树脂的强度和韧性。使用异佛尔酮

二胺改性聚氨酯丙烯酸酯合成光敏树脂的过程中，添加异氰酸酯表面改性纳米SiO

2

得到的光敏树脂黏度适中。利用

氨酯光敏树脂。

关键词： 3D打印 光敏树脂 改性 装饰性雕塑

中图分类号： TQ 322.4   文献标志码： A   文章编号： 1002-1396（2023）01-0083-04

异氰酸酯封端中间产物与丙烯酸羟乙酯合成的含有亚胺基聚氨酯丙烯酸酯预聚物，可以制备具有自修复性能的聚

Research of photosensitive resin for 3D printing and its application in

decorative sculpture

Li Zhe

（Xi’an Academy of Fine Arts，Xi’an 710065，China）

Abstract： The research progress of photosensitive resin for three dimensional printing is reviewed as well 

as its application in decorative sculpture. The strength and toughness of the resin prepared with epoxy acrylate 

resin are improved after photocuring by adding swelling microspheres and polyether polyol whose mass fraction 

are 1.0% and 0.1% respectively. The viscosity of photosensitive resin prepared with isophorone diamine modified 

polyurethane acrylate is moderate by adding isocyanate surface-modified nano silicon dioxide. Polyurethane 

acrylate containing imino prepolymer synthesized by isocyanate end-capping intermediate product and 

hydroxyethyl acrylate can be used to prepare polyurethane photosensitive resin that can be self repaired. 

Keywords： three dimensional printing； photosensitive resin； modification； decorative sculpture

光固化3D打印技术主要有立体光固化成型

（SLA）技术、数字光处理（DLP）技术、选择性区

域透光（LCD）技术。SLA技术是最早出现的快速

原型制造工艺，成型度高。首先通过计算机将模

型切片转换成STL格式文件导入打印机，使用一

定波长的光束扫描液态光敏树脂，每层液态光敏

树脂被扫描到的部分固化成型，未被光束辐照的

地方仍为液态，最终各层面累积成所需的目标零

件。DLP技术使用投影机将液态光敏树脂光固化，

投影机将模型形状图案投射到液态光敏树脂上逐

层进行光固化成型。DLP技术具有成型速率快、

精度高的优点，适用于打印小尺寸的精密铸造构

［1］

件（如个性化装饰性雕塑、珠宝首饰等）。LCD

技术利用液晶屏成像原理，通过来自发光二极管

阵列的紫外光在液晶屏幕上投射选择性的透明区

域，照射到树脂槽并被树脂吸收，同时整个层会立

即固化。与发展较早的SLA技术和DLP技术相比，

LCD技术处于起步阶段

［2］

。

收稿日期： 2022-07-27；修回日期： 2022-10-26。

作者简介： 李

喆

，女，1985年生，2011年毕业于西安美术学

院，研究方向为当代手工艺。E-mail：lizhe50039@.

cn。

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. 84 .

合 成 树 脂 及 塑 料 2023 年第 40 卷

光固化3D打印技术应用范围广泛，具有固化

速率快、环保、可制备复杂零部件等优势。在雕

塑品的还原复制领域，通过3D扫描获取模型数据

后再使用3D打印按比例实物输出，可以避免人工

翻制模具带来的损伤破坏，还能减少细节损耗和

误差。如英国博物馆免费开放著名雕塑的数字文

件，公众可以下载并打印，还可以进行创意改动。

在装饰性雕塑的创作中，前期使用手工创作，再通

过3D扫描得到模型数据，可以在此基础上进行二

次创作修改，使不擅长雕塑技巧的艺术家得以进

行雕塑创作

［3］

。光固化3D打印技术普遍使用液态

光敏树脂作为打印材料，光敏树脂需要具备黏度

低、挥发性小、稳定性好、固化快、收缩率低的特

性，并且固化后有较好的力学性能及热稳定性

［4］

。

本文主要介绍光固化3D打印光敏树脂的研究进

展及其在装饰性雕塑中的应用。

1 光固化3D打印光敏树脂的研究进展

1.1 光敏树脂强度

光敏树脂主要由聚合物单体与预聚体组成，

添加光敏剂在一定波长的紫外光辐照下引发聚

合，快速固化成型。传统的光敏树脂多为高硬度

树脂，延伸性、柔韧性较差，难以承受较大的应力

变化和体积变化。

王鹤

［5］

以双酚A型环氧树脂、丙烯酸为单体

合成双酚A型环氧丙烯酸酯低聚物，再添加光引

发剂、活性稀释剂以及填料制备光敏树脂。在搅

拌状态下于300 mL丁酮溶剂中加入25.00 g双酚A

型环氧树脂E-44和7.80 g丙烯酸至溶解，再加入

0.15 g对苯二酚和0.50 g三乙胺，充入氮气缓慢升

至75 ℃密封搅拌60 min，降至室温得到双酚A型

环氧丙烯酸酯低聚物。将100 phr双酚A型环氧丙

烯酸酯低聚物、8 phr光引发剂二苯甲酮、20 phr稀

释剂二溴新戊基二醇乙烯丙基醚、1 phr增强填料

SiO

2

于黑暗状态磁力搅拌30 min，得到光敏树脂，

固化后其拉伸强度为15.6 MPa，耐热温度为263.4 

西安交通大学

［6］

制备了一种3D打印膨胀微球增

韧光固化树脂，其工艺为：将2 phr安息香双甲醚加

入到7 phr 1,6-己二醇二丙烯酸酯中搅拌均匀，超

声30 min，待安息香双甲醚完全溶解后加入10 phr

膨胀微球和1 phr聚醚多元醇，继续超声30 min至

混合均匀，最后加入80 phr环氧丙烯酸酯，以750 r/

min搅拌2 h，静置排气泡后避光储存。光固化后试

℃。该光敏树脂适用于光固化快速成型3D打印。

样的拉伸强度41.93 MPa，弯曲强度68.08 MPa，断

裂伸长率8.06%，简支梁缺口冲击强度2.02 MPa，

体积收缩率6.64%，具有高韧性和高强度。宁波美

佳速创智能科技有限公司

［7］

开发了一种高强度

3D打印光敏树脂，首先预处理碳纳米管粉末和双

酚A型环氧树脂颗粒：将1.5 phr单层或双层碳纳米

管粉末放入45％（

w

）硝酸溶液中，于三口瓶中加

将回流后的碳纳米管过滤清洗至中性后于120 ℃

干燥7 h；将15.0 phr粒径100～300 

μ

m双酚A型环

氧树脂加入到15％（

w

）的硝酸中浸润10 min后过

滤清洗至中性；将2.5 phr粒径10～20 

μ

m的季铵盐

改性蒙脱土与双酚A型环氧树脂、碳纳米管放入

聚氨酯球磨罐，真空度0.1～10.0 Pa，使用直径为

3～5 mm锆球作为磨球，球磨转速为150 r/min，球

磨10 h后过筛，再与1.0 phr直径0.1～3.0 

μ

m、晶须

环氧丙烯酸酯，12.0 phr聚酯丙烯酸酯，14.0 phr脂

肪族环氧树脂，25.0 phr三丙二醇二丙烯酸酯，5.0 

phr 1-羟基环乙基苯甲酮混合，磁力搅拌80 min后

在黑暗条件下加热到70 ℃得到混合溶液。混合溶

液于1.5 kHz超声分散60 min，消泡，得到高强度光

敏树脂。与采用传统工艺制备的光敏树脂相比，

光固化后树脂的抗拉强度提高了74％，体积收缩

率降低了24％。深圳市创想三帝科技有限公司

［8］

发明了一种发泡改性的光敏树脂。将30 phr聚氨

酯丙烯酸酯、40 phr聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、20 

phr三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、5 phr丙烯酸月

桂酯、2 phr二苯基-（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧

化膦、4 phr微球发泡剂及1 phr纳米色浆混合加热

到40 ℃，以400 r/min搅拌90 min得到光敏树脂，通

过光固化3D打印得到固化发泡树脂。该固化发泡

树脂密度为0.685 g/cm

3

，断裂伸长率为79%，具有

良好的延伸性和柔韧性。天津科技大学

［9］

开发了

一种用于光固化3D打印的木质素基聚氨酯光敏

树脂的制备方法。首先，合成木质素基光敏低聚

物：将200 g木质素磺酸钠溶于200 mL二甲基亚砜

（DMSO）中，加入适量的三乙胺搅拌30 min，然后

放入到装有170 g六亚甲基二异氰酸酯与150 mL 

DMSO混合的1 000 mL烧瓶中，常温磁力搅拌反应

120 mL DMSO混合的1 000 mL烧瓶中，氮气保护下

12 h后，再放入到装有140 g甲基丙烯酸羟乙酯与

加热至80 ℃，磁力搅拌反应8 h。反应结束后，加

入四氢呋喃离心洗涤3次，减压除去溶剂，得到木

热至90 ℃，在回流装置上磁力搅拌回流60 min；

长度20～50 

μ

m的碳化钛晶须，24.0 phr双酚A型

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第 1 期

李 

喆

.

3D打印用光敏树脂研究进展及其在装饰性雕塑中的应用. 85 .

质素基光敏低聚物。制备光敏树脂：在1 000 mL的

烧杯中，加入300 g木质素基光敏低聚物、200 g的

均匀再加入光引发剂二苯基-（2,4,6-三甲基苯甲

4-丙烯酰吗啉，100 g丙三醇，室温条件下磁力搅拌

酰基）氧化磷1 g，继续搅拌均匀避光保存。所得光

敏树脂黏度620 mPa·s，样条的拉伸强度45 MPa，拉

伸模量1 600 MPa，断裂伸长率19%，悬臂梁缺口冲

在光固化3D打印中表现出良好的力学性能。

1.2 光敏树脂黏度

采用光固化3D打印完成一层打印后，由于液

态树脂的表面张力较固态树脂大，因此需要使用

自动刮板将树脂液面刮平涂覆并且液面流平后才

能加工下一层。为便于操作就需要树脂有较低的

黏度来保证较好的流平性能。

江山海维科技有限公司

［10］

将48.800 phr二乙

二醇二甲基丙烯酸酯、0.033 phr环戊二烯三羰基

铼、0.200 phr 6,6,7,7,8,8,8-七氟-5,5-双（三氟甲

基）-1,3-辛二烯、0.200 phr 

α

-烯基磺酸钠、1.000 

phr 1-对吗啉苯基-2-二甲胺基-2-苄基-1-丁酮、

1.000 phr对苯二酚和10.000 phr甲醚化三聚氰胺

溶于100.000 phr二氯甲烷中，于90 ℃进行预聚

合制得聚合度为50～200的预聚物。将1.000 phr

预聚物与28.500 phr二乙二醇二甲基丙烯酸酯、

0.650 phr 1-对吗啉苯基-2-二甲胺基-2-苄基-1-

丁酮、2.000 phr对苯二酚、10.000 phr甲醚化三

聚氰胺、1.000 phr纳米碳酸钙、0.750 phr TiO

2

和

1.000 phr辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10，室温混合聚

黏度550～580 mPa·s，光固化后固体的弯曲强度

合制得3D打印光敏树脂。该树脂30 ℃时的液体

1 700～2 100 MPa，改善了3D打印材料的强度以及

流动性能。东莞理工学院

［11］

提供了一种基于DLP

型光固化3D打印光敏树脂的制备方法。将2 mol

异佛尔酮二氨基甲酸甲酯和0.15％（

w

）的月桂酸

二丁基锡加入反应器中，升温至45 ℃，缓慢滴加

1 mol的长链二醇反应1 h，升温到60 ℃，测定异氰

直至异氰酸酯基含量为零，得到改性聚氨酯丙烯

酸酯。室温条件下将35.00 phr改性聚氨酯丙烯酸

酯、5.00 phr二苯基-（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧

化膦、59.50 phr含改性纳米SiO

2

和活性稀释剂（含

30.00 phr三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、24.50 phr三

混合液、0.45 phr二乙基羟胺、0.05 phr聚醚改性聚

缩丙二醇二丙烯酸酯和5 .00 phr改性纳米SiO

2

）的

击强度4.2 kJ/m

2

，邵氏硬度55，聚合收缩率3.6%，

硅氧烷复合溶液流平剂依次加入圆底烧瓶，电动

搅拌1.0 h至混合均匀，倒入容器中密封，超声震荡

该树脂的黏度389 mPa·s，拉伸强度19 MPa，断裂

小、韧性高，强度大等优点，适用于DLP型光固化

3D打印。

1.3 光固化光敏树脂的自修复性能

光固化3D打印材料通常为稳定的热固化

材料，一旦损坏很难复原。广东云兔科技有限

公司

［12］

制备了一种高性能的用于光固化3D打印

的自修复聚氨酯光敏树脂。将1 000.00 g聚四氢

呋喃二醇与336.00 g六亚甲基二异氰酸酯混合升

至50 ℃，滴加0.89 g二月桂酸二丁基锡得到异氰

酸酯封端化合物；将108.00 g对苯二胺与244.00 g

对羟基苯甲醛溶于500 mL无水三氯甲烷，氮气气

氛于80 ℃搅拌反应24 h，旋蒸除去溶剂得到扩链

剂；将133.60 g异氰酸酯封端化合物与63.20 g扩

链剂混合均匀，于50 ℃搅拌反应，得到异氰酸酯

封端中间产物；将196.80 g异氰酸酯封端中间产

物与23.20 g丙烯酸羟乙酯混合均匀，于50 ℃搅拌

反应得到聚氨酯丙烯酸酯预聚物。取80.00 g聚氨

酯丙烯酸酯预聚物与20.00 g甲基丙烯酸四氢呋喃

酯混合，加入3.00 g二苯基-（2,4,6-三甲基苯甲酰

基）氧化膦及0.10 g颜料分散均匀，得到用于光固

化3D打印的自修复聚氨酯光敏树脂。将该聚氨酯

光敏树脂光固化后的样条一分为二，受损面贴合

在一起充分接触，于80 ℃静置3 h后可以自修复，

且对力学性能影响较小。孔思予等

［13］

称取11.40 g

双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯与4.40 g

甲基丙烯酸叔丁基氨基乙酯溶解在8.60 g丙烯酸

正丁酯中，再向其逐滴加入5.00 g 2,2,4-三甲基己

二异氰酸酯，氮气气氛下于50 ℃，180 r/min机械

搅拌；滴加完成后升至55 ℃搅拌1 h，得到无色透

明液体A。将71.10 g聚

ε

-己内酯多元醇于50 ℃氮

气气氛下滴加到10.00 g 2,2,4-三甲基己二异氰酸

酯与0.15 g辛酸亚锡混合液中，完成滴加后升至

65 ℃搅拌2 h，期间加入丙烯酸正丁酯。之后降至

50 ℃，加入4.40 g甲基丙烯酸叔丁基氨基乙酯，得

到无色透明黏稠液体B。将液体A与液体B混合，

于50 ℃机械搅拌2 h，得到聚氨酯丙烯酸酯光敏树

脂。将该光敏树脂热固化后得到的试样进行热处

理修复，试样的修复效率达到70%，拉伸强度3.58 

MPa，断裂伸长率250%，具有良好的性能和自修

0.5 h，取出后静置消泡，得到3D打印光固化树脂。

伸长率105%，收缩率0.34%，具有黏度适中、收缩

酸酯基含量；加入2 mol丙烯酸羟乙酯，升至75 ℃，

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. 86 .

合 成 树 脂 及 塑 料 2023 年第 40 卷

复性能。

2 光固化3D打印用光敏树脂在装饰性雕塑中的

应用

雕塑作为一种造型艺术与空间艺术相结合

的艺术形态，发展至今形式越来越多样。数字雕

塑就是利用计算机模仿现实对存在或不存在的

物体进行雕塑。3D打印不需要传统模具，并可快

速地制造出成品，带来制造方式的革新

［14］

。数字

雕塑中应用最普遍的3D打印技术是SLA技术

［15］

覆性变革了传统的雕塑工艺，通过对打印原料的

不断研究开发可以雕刻出更具有艺术感染力的装

饰性雕塑。

4 参考文献

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 [9] 天津科技大学. 一种用于光固化3D打印的木质素基聚氨

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[10] 江山海维科技有限公司. 一种高强度3D打印光敏树脂材

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师范大学，2022.

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报，2021，42（3）：77-80.

2018，35（10）：25-26.

378.

05-27.

05-27.

120.

。

采用液态光敏树脂，通过建模软件或电子扫描设

计出3D实体模型，利用离散程序将模型进行切片

处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激

光扫描器和升降台的运动。激光光束通过数控装

置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态

光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固

化，当一层加工完毕后，就生成制品的一个截面。

然后升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层

液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地

黏结在前一固化层上，这样一层层叠加而成3D制

品。最后，将该3D制品从树脂中取出进行最终固

化，再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到数字

雕塑。顾小莉等

［16］

使用光敏树脂利用光固化3D打

印成型技术对高度为210 mm人像模型进行修复。

经过模型取件、清理平台、清理模型、二次固化、

去除支撑件等后处理过程，得到的打印实物表面光

滑，质量没有缺陷，能够达到使用要求。淮北市城

市展示馆和历史档案馆南广场的“相王建城”新

雕塑，运用3D打印技术，以光敏树脂为原料，整体

打印雕塑模型，最后使用翻砂铸造工艺，铸造出青

铜雕塑，展现出别样的艺术效果

［17］

。邵安南使用光

敏树脂制作了数字雕塑作品《床人》系列

［18］

，隋

建国采用光敏树脂利用3D打印技术制作了数字雕

塑《云中花园-甘瑙德玛》《3D的面容》等

3 结语

光固化3D打印使用光敏树脂作为打印原料，

从光敏树脂强度、黏度、自修复性能等方面进行

分析，开发了黏度低且固化成型后的树脂延伸性

好、柔韧性强、强度高、黏度适中、可修复的光敏

树脂，广泛应用于各行业。在雕塑领域，3D打印颠

［19］

。

[17] 范俊峰. 数字雕塑在当代雕塑创作中的运用［D］. 乌鲁木

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