Je pravděpodobné, že pokud jste provedli jakýkoliv 3D tisk, to bylo standardní odrůdy kondenzovaného depozice modelování. FDM je docela jednoduché věci – dostat trochu plastového vlákna dostatečně horké, vytlačte roztavenou goo z jemné trysky, řídit polohu trysky více nebo méně přesně ve třech rozměrech a opakujte po dobu několika hodin, dokud nebude tisk proveden . Pro outsider to vypadá jako kouzlo, ale pro nás je to jen další sobotní odpoledne.
Pryskyřice je další věc úplně a hodně blíže k magii pro většinu z nás. Současná plodina stereolitografických tiskáren má pouze s vysokým rozlišením LCD displej mezi UV světelným zdrojem a zásobní nádrží s průhledným dnem. Vytisky jsou vybudovány vrstvou vrstvou vrstvou blikáním UV světelných vzorů do nádrže, protože stavební deska pomalu zvedne z pryskyřice, jako je nějaký stvoření vznikající z prvotní goo.
Samozřejmě je to všechno jen věda, ale pokud existuje nějaká magie v tisku SLA, určitě je to v pryskyřicích používaných pro něj. Jejich nenondescript hnědé plastové láhve a informační chudé štítky poskytují malé vodítko jako jejich přísady, i když jejich uhlovodíková reek a viskózní, lepkavé textury jsou docela dobré stopy. Pojďme se podívat dovnitř láhve pryskyřice a zjistit, co to dělá, to dělá kouzlo SLA.
Základy
Dobrým základem pro pochopení chemických procesů za stereolitografickými pryskyřicemi je polymerace methylmethakrylátu (MMA) do polymethylmethakrylátu, také známý jako PMMA nebo jednoduše akryl. Zatímco formulace pro SLA pryskyřice se liší, mnozí z nich jsou založeny na akrylátech, takže chemie zde přímo platí pro mnoho pryskyřic, stejně jako obecné zásady.
Polymerace methylmethakrylátu je to, co je známá jako volná radikální reakce. To funguje proto, že MMA má dvojnou vazbu mezi dvěma atomy uhlíku, stejně jako v blízkosti esterové skupiny – skupina se dvěma oxygens, jeden z nich ve dvojité vazbě. Elektronická struktura těchto dvou skupin činí dvojitým lepeným uhlíkem citlivým na redukci, což je zisk elektronu.
Volná radikálová polymerace MMA do PMMA. Konstrukce kruhu je iniciátorem, který snižuje dvojnou vazbu uhlík-uhlík v monomeru MMA. To vytváří další volný radikál, který snižuje další MMA a tak dále.
Za normálních okolností, MMA monomery nereagují mezi sebou, protože tam nejsou žádné volné elektrony plovoucí kolem, aby se snížila dvojná vazba uhlík-uhlík. Chcete-li získat MMA polymerizovat, iniciátor – v tomto případě musí být do směsi přidán benzoylperoxid. Iniciátor je chemická sloučenina, která poskytuje nepárové elektrony nebo volné radikály. Jakmile jsou přítomny radikály, se vážou na uhlík snížením dvojné vazby. Produkt této první reakce bude mít svůj vlastní nepárový elektron, který pak může pokračovat a snížit dvojnou vazbu v jiném monomeru MMA a tak dále. Výroba volného radikálového produktu po iniciaci je klíčem k polymeraci s volně radikálovou polymerací.
Takže to znamená důvod, že láhev SLA pryskyřice bude obsahovat monomery MMA a iniciátora nějakého druhu. Ale co udržuje monomery jen polymeraci v láhvi? Pokud iniciátor byl něco jako benzoyl peroxid použitý v příkladu výše, to je přesně to, co by se stalo. Takže být užitečný pro SLA práci, pryskyřice mix musí obsahovat iniciátor, který může zůstat inertní ve směsi, dokud není potřeba.
Kopat věci off.
To je místo, kde se do hry dostanou fotoiniciátoři. Tam, kde iniciátor jako Benzoyl Peroxid bude snadno rozložit do volných radikálů s aplikacím malého tepla, fotoiniciátoři potřebují trochu více koaxingu. Stovky různých fotoiniciátorů byly vyvinuty chemickými společnostmi v průběhu let, každý šitý na míru ke specifickému souboru monomerů, které mají být polymerovány, jakož i průmyslových potřeb, jako je efektivita volného radikálního tvorby, toxicity a dokonce i zápachu, které byly provedeny na konci produkt. Všichni se však sdílejí společnou vlastnost být neaktivní, dokud nejsou vystaveni světlu správné vlnové délky.
Dobrým příkladem fotoiniciátoru je 2,2-dimethoxy-2-fenylacetofenon, milosrdně zkrácený k DMPA a prodáván pod obchodním názvem Irgacure 651 CIBA. Sloučenina má dva benzenové kruhy spojené dvěma uhlíkovým řetězem. Jeden z uhlíků v linkerové části je dvojnásobně spojen s kyslíkem, tvořící ketonovou funkční skupinu. Když jsou fotony pravé vlnové délky – DMPA absorpční píky jsou 250 nm a 340 nm – hit ketonové skupiny, stává se nadšeným bodem, kdy je elektron srazen. Prostřednictvím řady mezilehlých kroků, ve kterých se náhradní elektron zamíchá kolem různých atomů, linkerová část molekuly se zlomí v procesu zvaném a-štěpení. Tyto listy za stabilním druhem – methylbenzoát – plus dva volné radikály, které mohou iniciovat polymeraci.
DMPA (vlevo) se rozkládá do methylbenzoátu a dvou volných radikálů (vpravo) prostřednictvím mezilehlých kroků při vystaveníUV záření. Zdroj: od Squidonius, public domain, prostřednictvím Wikimedia Commons
Výčepní brzd
Mechanismus fotopolymerace vyvolává otázku: Jak se UV světlo v tiskárně SLA nejen polymerovat celý tank pryskyřice najednou? Zdá se, že by to byl problém, protože polymerace je v podstatě řetězová reakce po svém vzniku. ale existuje praktická omezení vztahující se k reakci, obou chemických a fyzikálních důvodů.
Chemicky je množství iniciátoru v pryskyřici, je obvykle velmi nízká – jen několik procent z mixu. Takže tam není mnoho míst, aby se nastartovala polymerizační reakce. Polymerační reakce, také mají tendenci projít ukončení řetězce samovolně, a to buď tím, že má dva rostoucí radikální řetězy vázat dohromady, nebo redukcí radikální řetězci nečistot jako je kyslík. Některé pryskyřice dokonce mají specifické sloučeniny, přidaného inhibitoru pro omezení rychlosti polymerace. V každém případě, spontánní ukončení udržuje nádrže z stává z plných cihel z plastu.
Existují také fyzické důvody fotopolymerovací neběží divoce přes sestavení nádrže. UV světlo přicházející z LCD displeje u dna nádrže není příliš silná, a má tendenci se dostat vstřebává pryskyřicí před cestou příliš daleko. To je důvod, proč SLA pryskyřice nemají tendenci být silně pigmentovaná, a proto jakékoliv pigmenty, které jsou přidány k pryskyřici musí být pečlivě vybrány tak, aby neabsorbuje UV záření. To je také důvod, proč SLA tiskne potřebovat další čištění a krok vytvrzení po tisku; polymerace, která se vyskytuje v nádrži je neúplné a zbývající uvnitř tiskové nezreagovaného pryskyřice. Koupání tisk ve vysoké intenzitě UV světlem dokončí proces a ztvrdne tisk.
Zaplňují na Soy
Mezi iniciátory, monomerů, pigmentů a případně inhibitory, SLA pryskyřice již jeví jako lektvaru chemikálií. ale my jsme neskončili. Pryskyřice zřídka stačí použít monomery, namísto použití speciální směsi monomerů a oligomerů – krátkých řetězců pre-polymerizovaného monomeru. přidání oligomery do pryskyřice vede k urychlení polymerace tím, že rostoucí řetězy náskok. To také vede ke zvýšení viskozity pryskyřice, takže to není rýma a není cákat kolem sestavení nádrži a dostat bubliny.
Dalším běžným doplňkem SLA pryskyřic je síťovadlo. Síťovací činidla jsou sloučeniny, které mohou tvořit spojení mezi dvěma nebo více rostoucích polymerních řetězců. Zesítění může vést k polymerní řetězec do více struktury matrice, půjčování pevnost a tuhost, aby konečný produkt. Zesítění může také změnit vlastnosti materiálu, a dokonce umožňuje kopolymeraci různých typů monomerů, jako je přidání urethanu za akryláty přidat houževnatost a pružnost.
Některé SLA pryskyřice také obsahovat plnivové materiály. Výplně jsou docela běžné v plastech – spousta harmonogram 40 PVC trubky obsahuje práškový vápenec, například. V SLA pryskyřice, plniva se přidávají do hromadně plastu vyplněním mezery mezi zesítěných vláken polymerů. Mnoho nových „eco-friendly“ SLA pryskyřic přicházejí tvrdí, které mají být vyrobeny ze sojových bobů, a zároveň je to pravda – alespoň pro některé pryskyřice – je tu ještě spousta materiálu v pryskyřici, která je zjevně není ze sojových bobů. a sojový olej, který je tam je opravdu jen výplň – bez akrylátových monomerů a síťovadel uvedených nebo fotoiniciátoru, pryskyřice by bylo dost zbytečné.
Stejně jako máma, aby se? Epoxidovaný sojový olej (ESBO) se používá jako změkčovadlo v mnoha plastů. Je vyroben reakcí polynenasycené sóji triglyceridy s peroxidem převést C = C dvojné vazby na epoxidy. Zdroj: od Eda, veřejné domény prostřednictvím Wikimedia Commons
Nejen pro tisk
I když jsme se soustředila především na SLA tisk pryskyřic tady, to je daleko od žádosti pouze pro fotopolymerů. Pokud jste měli zub vyplněna kdykoliv v posledních třech desetiletích, nebo tak, je velká šance, že váš zubař použil fotopolymeru obsahující methakrylátové monomery a vytvrdí se optických vláken hůlka, která vyzařuje UV záření. tištěné výrobci desky s plošnými spoji, aby široké využití fotopolymerů, a to jak v fotocitlivou povlaky, které se používají k leptání desek, a v pájecí masky, který je aplikován na tabuli. Fotopolymery jsou také používány pro maskování během fotolitografickými procesů ve výrobě integrovaných obvodů.