istnieje duża szansa, że jeśli zrobiłeś żadnego drukowanie 3D, było standardowego stopionej różnych modelowania osadzania. FDM jest dość proste rzeczy – dostać kawałek tworzywa sztucznego włókna gorącej wystarczy, wycisnąć roztopiony goo z dyszy drobnego, kontrolować pozycję dyszy bardziej lub mniej dokładnie w trzech wymiarach, a następnie powtórz całymi godzinami, aż druk odbywa , Z zewnątrz wygląda jak magia, ale dla nas to tylko kolejny sobotnie popołudnie.
druk żywica jest coś zupełnie innego i dużo bliżej do magii dla większości z nas. Obecny upraw drukarek Stereolitografia tylko mieć wyświetlacz LCD o wysokiej rozdzielczości pomiędzy źródłem światła UV oraz budowy zbiornika z przezroczystym dnem. Wydruki są budowane warstwa po warstwie przez migające światło UV wzorców do zbiornika jako talerz budować powoli podnosi ją z żywicy, jak niektóre stworzenia wyłania się z pierwotnej goo.
Oczywiście to wszystko to tylko nauka, ale czy jest jakiś magiczny w druku SLA, z pewnością jest to w żywicach stosowanych do niego. Ich nijakie brązowe plastikowe butelki i etykiety informacyjne ubogich dać małą wskazówkę co do ich składników, chociaż ich smród węglowodór i lepki, kleisty tekstury są bardzo dobre wskazówki. Rzućmy okiem wewnątrz butelki żywicy i dowiedzieć się, co sprawia, że jest to magia SLA stało.
Podstawy
Dobrą podstawę dla zrozumienia procesów chemicznych tył żywic stereolitograficzną jest polimeryzacji metakrylanu metylu (MMA) na polimetakrylanu metylu, znany również jako PMMA lub po prostu akrylowy. Chociaż preparaty do żywic SLA różnią, wielu z nich są oparte na akrylanach, więc chemia tutaj jest bezpośrednio stosowane do wielu żywic, jakie są ogólne zasady.
Polimeryzacja metylu, co jest znane jako rodnikowo reakcji. Działa ponieważ MMA wiązanie podwójne pomiędzy dwoma z atomów węgla, oraz grupę estru pobliżu – grupę z dwoma atomami tlenu, z których jeden w jest wiązaniem podwójnym. Struktura elektroniczny z tych dwóch grup sprawia podwójnie związany podatnych węgla do redukcji, który jest współczynnikiem wzmocnienia elektronu.
Wolnorodnikowej polimeryzacji MMA w PMMA. Struktura pierścienia jest inicjatorem, który redukuje wiązanie podwójne węgiel-węgiel w MMA monomeru. Że tworzy inny wolny rodnik, który zmniejsza innego MMA, i tak dalej.
W normalnych okolicznościach monomerów MMA nie reagują ze sobą, ponieważ nie ma wolnych elektronów unoszące się, aby zmniejszyć wiązanie podwójne węgiel-węgiel. Aby uzyskać MMA do polimeryzacji, inicjator – w tym przypadku, nadtlenek benzoilu – należy dodać do mieszanki. Inicjator jest związkiem chemicznym, który zapewnia niesparowane elektrony lub wolne rodniki. po rodniki są obecne, wiążą się one z węgla przez redukcję wiązania podwójnego. Produkt tej reakcji pierwszego ma swój własny niesparowany elektron, który może następnie przejść i redukcji podwójnego wiązania w inny monomerów MMA, i tak dalej. Wytwarzanie wolnych rodników produktu po rozpoczęciu jest kluczem do polimeryzacji wolnorodnikowej.
Tak to ma się rozumieć, że butelka z żywicy SLA będzie zawierał monomery MAM i inicjator pewnego rodzaju. ale co trzyma tylko monomery z polimeryzację w butelce? Jeśli inicjatorem było coś takiego jak nadtlenek benzoilu użytego w powyższym przykładzie, to jest dokładnie to, co by się stało. Więc może być przydatna do pracy SLA, mieszanka żywicy musi zawierać inicjator, który może pozostać obojętny w miksie, dopóki nie jest potrzebne.
Kicking rzeczy Wyłączony
To gdzie fotoinicjatory wchodzą w grę. Jeżeli inicjator jak nadtlenek benzoilu łatwo rozkładają się na wolne rodniki stosowania małej ciepła Fotoinicjatory trzeba nieco bardziej przypochlebiałem. setki różnych fotoinicjatorów zostały opracowane przez firmy chemiczne w ostatnich latach, każda dostosowana do zestawu określonego monomerów do polimeryzacji, jak również do potrzeb przemysłowych, takich jak efektywność tworzenia wolnych rodników, toksyczność, a nawet zapachów nadanym na gotowym produkt. ale wszystkie one mają wspólną cechą jest nieaktywna, dopóki nie zostaną wystawione na działanie światła o prawidłowej długości fali.
Przykładem fotoinicjatora oznacza 2,2-dimetoksy-2-fenyloacetofenon, szczęście skrócie DMPA i sprzedawany pod nazwą handlową IRGACURE 651 od Ciba. Związek ma dwa pierścienie benzenu połączone łańcuchem dwóch węgla. jeden z atomów węgla w części łącznikowej jest podwójnie związany z tlenem, tworząc ketonową grupę funkcyjną. Fotonów o właściwej długości fali – DMPA wykazuje piki absorpcji wynoszą 250 nm, 340 nm, – uderza grupę ketonową, zostaje wzbudzone do punktu, w którym elektrony jest strącony. poprzez serię etapów pośrednich, w których detale elektronów przemieszane z różnymi atomami sekcja łącznikowa cząsteczki przerw w procesie zwanym α-dekolt. metylu – – plus dwóch wolnych rodników, które mogą inicjować polimeryzację to Za stabilnych gatunków liści.
DMPA (po lewej) rozkłada się do metylu i dwóch wolnych rodników (prawa) przez etapy pośrednie pod wpływemna światło UV. Źródło: z Squidonius, domeny publicznej poprzez Wikimedia Commons
Dotykając hamulców
Mechanizm fotopolimeryzacji Nasuwa się pytanie: w jaki sposób światło UV w drukarce SLA nie tylko polimeryzację cały zbiornik z żywicą naraz? Wydaje się, że jest to problem, ponieważ polimeryzacja jest w zasadzie reakcji łańcuchowej raz rozpoczęte. ale nie są praktyczne ograniczenia reakcji, zarówno ze względów chemicznych i fizycznych.
Chemicznie, ilość inicjatora w żywicy jest na ogół bardzo niska – zaledwie kilka procent mieszanki. Więc nie ma wiele miejsc do rozpoczęcia reakcji polimeryzacji. Reakcje polimeryzacji mają tendencję do poddania zakończenie łańcucha samoistnie albo przez zastosowanie dwóch rosnących rodników łańcuchy wiążą się ze sobą, lub redukcji rodnikowym łańcuchu obecnością zanieczyszczeń takich jak tlen. Niektóre żywice nawet specyficzne inhibitory związków dodanych w celu ograniczenia szybkości polimeryzacji. Tak czy inaczej, spontaniczny zakończenie utrzymuje zbiorniki przed staniem się cegła z tworzywa sztucznego.
Istnieją również powody fizyczne fotopolimeryzacji nie szaleje przez zbiornik kompilacji. Światło UV pochodzące z wyświetlaczem LCD na dnie zbiornika nie jest szczególnie silny, i ma tendencję do wchłonięte przez żywicę przed wyjazdem bardzo daleko. Dlatego żywice SLA nie wydają się być silnie zabarwione i dlatego żadnych pigmentów, które są dodawane do żywicy muszą być tak dobrane, by nie absorbuje światło UV. Jest to również, dlaczego drukuje SLA potrzebują dodatkowego czyszczenia i utwardzanie krok po wydrukowaniu; polimeryzacja występująca w zbiorniku jest niekompletny, nieprzereagowanej żywicy pozostających wewnątrz druku. Kąpiel druk w świetle UV o wysokiej intensywności kończy proces i utwardza drukiem.
Napełnianie na Soy
Między inicjatorów, monomerów, pigmentów i ewentualnie inhibitorów, żywice SLA wydają się już tak jak napar czarownicy chemikaliów. ale to jeszcze nie koniec. Żywice rzadko wystarczy użyć monomery, zamiast przy użyciu specjalnej mieszanki monomerów i oligomerów – krótkich łańcuchów prepolimeryzowanego monomerów. oligomery dodanie do żywicy ma tendencję do przyspieszenia polimeryzacji dając wydłużane łańcuchy fory. To także ma tendencję do zwiększania lepkości żywicy, tak że nie jest rzadka i nie slosh wokół w zbiorniku budować i dostać bańki.
Innym powszechnym dodatkiem do żywic SLA jest środek sieciujący. Sieciującymi są związki, które mogą tworzyć połączenia pomiędzy dwoma lub więcej rosnących łańcuchów polimerowych. Sieciowanie dąży do łańcucha polimeru na bardziej struktury osnowy, nadając wytrzymałość i sztywność końcowego produktu. Sieciowanie może również zmienić właściwości materiału, a nawet umożliwia kopolimeryzację różnych typów monomerów, takich jak dodawanie akrylany uretanu dla dodać wytrzymałość i elastyczność.
Niektóre żywice SLA zawierają także wypełniacz materiałów. Wypełniacze są dość powszechne w tworzywach sztucznych – wiele harmonogram 40 rury PVC zawiera sproszkowany wapień, na przykład. Żywic SLA, wypełniacze dodawane są do nabrać plastiku poprzez wypełnienie przestrzeni między usieciowanych łańcuchów polimerów. Wiele nowych „ekologiczny” żywic SLA idą twierdząc być wykonane z soi, a jednocześnie, że to prawda – przynajmniej dla niektórych żywic – jest jeszcze dużo materiału w żywicy, która wyraźnie nie jest z soi. a olej sojowy, że tam jest to naprawdę tylko wypełniacz – bez monomerów akrylowych i sieciujących wymienionych lub fotoinicjatora, żywica byłby bezużyteczny.
Podobnie jak mama zrobić? Epoksydowany olej sojowy (ESBO) stosuje się jako plastyfikator do wielu tworzyw sztucznych. Jest wykonana przez traktowanie polinienasyconych triglicerydów sojowej nadtlenku konwersji podwójnych wiązań C = C, do epoksydów. Źródło: Ed, z domeny publicznej poprzez Wikimedia Commons
Nie tylko do drukowania
Choć mamy koncentruje się głównie na żywicach drukowania SLA tutaj, że jest daleko od jedynego wniosku o fotopolimerów. Jeśli miałeś ząb wypełniony dowolnym momencie w ciągu ostatnich trzech lat lub więcej, istnieje duża szansa, że lekarz stomatolog użył fotopolimer zawierający metakrylanowych i wyleczyć z światłowodu różdżka, który emituje światło UV. Producenci płytce drukowanej zrobić szerokie zastosowanie fotopolimerów, zarówno w powłokach fotorezystywnym, które są wykorzystywane do etch płyt, aw maski lutowniczej, która jest stosowana do płyty. Fotopolimery są wykorzystywane do pokrywania podczas procesów fotolitograficznych w produkcji układów scalonych.