sunt șanse bune că, dacă ați făcut orice imprimare 3D, a fost de standard Fused soiul de modelare de depunere. FDM este chestii destul de simplu – obține un pic de suficient de fierbinte cu filament din plastic, stoarce goo topit dintr-o duză fină, controlează poziția duzei mai mult sau mai puțin precis în trei dimensiuni, și se repetă ore în șir, până când se face tipăritura . Pentru outsider se pare ca magie, dar pentru noi este doar o altă sâmbătă după-amiază.

Imprimarea Rasina este un alt lucru cu totul, și mult mai aproape de magie pentru majoritatea dintre noi. Recolta actuală de imprimante stereolitografie au doar un ecran LCD de înaltă rezoluție, între o sursă de lumină UV și un rezervor de acumulare, cu un fund transparent. printuri sunt construite strat cu strat prin clipirea modele de lumina UV în rezervor ca o placă de construcție îl ridică încet din rășină, ca o creatura care iese din goo primordială.

Desigur, totul e doar știință, dar dacă există vreo magie în imprimare SLA, cu siguranță este în rășinile utilizate pentru ea. sticlele lor greu de definit maro de plastic si-slaba informare etichete dau puțin indiciu cu privire la ingredientele lor, deși afuma lor de hidrocarburi și textura vâscoase, lipicioase sunt indicii destul de bune. Să aruncăm o privire în interiorul sticlei de rășină și de a afla ce anume face ca magia SLA se întâmplă.

Cele elementare

O bună bază pentru înțelegerea proceselor chimice din spatele rășinile stereolitografie este polimerizarea metilmetacrilat (MMA) în polimetilmetacrilat, de asemenea, cunoscut sub numele de PMMA sau pur și simplu acrilic. În timp ce formulările pentru rășini SLA variază, multe dintre ele sunt bazate pe acrilați, astfel încât chimia de aici se aplică direct la o mulțime de rășini, așa cum sunt principiile generale.

Polimerizarea metilmetacrilat este ceea ce este cunoscut ca o reacție radicalică. Acesta funcționează pentru că MMA are o dublă legătură între doi dintre atomii săi de carbon, precum și un grup de ester din apropiere – grupul cu doi atomi de oxigen, unul dintre ele într-o legătură dublă. Structura electronică a acestor două grupuri face susceptibili carbon dublu legat la reducere, care este câștigul unui electron.

polimerizare radicalică a MMA in PMMA. Structura inelului este inițiatorul, ceea ce reduce legătura dublă carbon-carbon în monomer MMA. Acest lucru creează un alt radical liber, ceea ce reduce un alt MMA, și așa mai departe.
În condiții normale, monomeri MMA nu reacționează unele cu altele, deoarece nu există electroni liberi care plutesc în jurul pentru a reduce legătura dublă carbon-carbon. Pentru a obține MMA la polimeriza, un inițiator – în acest caz, benzoil peroxid – trebuie adăugat la amestec. Un inițiator este un compus chimic care furnizează electroni nepereche, sau radicali liberi. odată ce radicalii sunt prezenți, aceștia se leagă la atomul de carbon prin reducerea dublei legături. Produsul acestei prime de reacție va avea propriul său de electroni nepereche, care pot merge apoi și de a reduce dubla legătură într-un alt monomer MMA, și așa mai departe. Producerea unui produs radical liber după inițiere este cheia pentru polimerizarea cu radicali liberi.

Deci, este evident că o sticlă de rășină SLA va conține monomeri de MMA și un inițiator de un anumit fel. dar ceea ce ține monomerilor de la doar în sticlă polimerizării? Dacă inițiatorul a fost ceva de genul peroxidul de benzoil utilizat în exemplul de mai sus, exact ce se va întâmpla. Deci, pentru a fi util pentru munca SLA, amestecul de rășină trebuie să conțină un inițiator care poate rămâne inert în amestec până când este nevoie.

Kicking lucruri Off

Acest lucru este în cazul în care fotoinitiatori intră în joc. În cazul în care un inițiator cum ar fi peroxid de benzoil se ușor în radicali liberi descompun cu aplicarea puțină căldură, fotoinițiatori nevoie de un pic mai coaxing. sute de fotoinițiatori au fost dezvoltate de companiile chimice de-a lungul anilor, fiecare adaptat la setul specific de monomeri polimerizat precum și la nevoile industriale, cum ar fi eficiența formării de radicali liberi, toxicitate, chiar și mirosurile împărtășite pe finit produs. dar toate au trăsătura comună de a fi inactiv până când sunt expuse la lumina de lungimea de undă corectă.

Un bun exemplu de fotoinițiator este 2,2-dimetoxi-2-phenylacetophenone, prescurtat milostivire la DMPA și vândut sub denumirea comercială IRGACURE 651 de Ciba. Compusul are două inele benzenice unite printr-un lanț de două carbon. unul dintre atomii de carbon din secțiunea linker este dublu legat la oxigen, formând o grupă funcțională cetonă. Când fotonii din lungimea de undă dreapta – DMPA are vârfurile de absorbție sunt de 250 nm și 340 nm – a lovit gruparea cetonă, devine excitat la punctul în care un electron doborât. printr-o serie de etape intermediare în care electron liber este amestecat în jurul atomi diferiți, secțiunea linker a rupe molecula într-un proces numit α-clivaj. Acest lucru lasă în urmă o specie stabilă – metilbenzoatul – plus doi radicali liberi care pot iniția polimerizarea.

DMPA (stânga) se descompune în metilbenzoat și doi radicali liberi (dreapta), prin etape intermediare atunci când sunt expusela lumina UV. Sursa: de la Squidonius, domeniu public, prin intermediul Wikimedia Commons
Atingând Frâne

Mecanismul de fotopolimerizare ridică o întrebare: cum lumina UV într-o imprimantă SLA nu polimerizează doar întreg rezervorul de rășină dintr-o dată? Se pare ca asta ar fi o problemă, deoarece de polimerizare este de fapt o reacție în lanț a inițiat o dată. dar există limite practice reacției, atât din motive chimice și fizice.

Punct de vedere chimic, cantitatea de inițiator în rășină este de obicei destul de scăzută – doar câteva procente din mix. Deci, nu sunt multe locuri pentru a iniția reacția de polimerizare. Reacțiile Polimerizare, de asemenea, tind să fie supuse terminarea lanțului spontan, fie prin a avea două lanțuri radicale în creștere se leagă împreună, sau prin reducerea unui lanț radical de contaminanți, cum ar fi oxigenul. Unele rășini au chiar compuși inhibitori specifici adăugați pentru a limita viteza de polimerizare. Oricum, rezilierea spontană ține tancurile de a deveni o cărămidă solidă din plastic.

Există, de asemenea, motive fizice pentru fotopolimerizare nu rulează sălbatice prin rezervorul de acumulare. Lumina UV care vine de pe ecranul LCD la partea de jos a rezervorului nu este deosebit de puternic, și tinde să se absorbit de rășină înainte de călătorie foarte departe. Acesta este motivul pentru care rășinile SLA tind să nu fie puternic pigmentate, și nu de ce orice pigmenți care sunt adăugate la rășină trebuie să fie atent selectate pentru a absorbi lumina UV. Este, de asemenea, de ce imprimă SLA nevoie de o curățare suplimentară și etapa de întărire după imprimare; polimerizare care are loc în rezervor este incomplet, cu rășină nereacționat rămas în imprimare. Scăldat de imprimare în lumina UV de mare intensitate completează procesul de imprimare și se întărește.

Umplerea de soia

Între inițiatori, monomeri, pigmenți, și, eventual, inhibitori, rășinile SLA par deja ca și Brew unei vrăjitoare de produse chimice. dar noi încă nu am terminat. Rășini rareori folosesc doar monomeri, folosind în loc de un amestec special de monomeri și oligomeri – lanțuri scurte de monomeri pre-polimerizat. adăugarea de oligomeri în rășina tinde să accelereze polimerizarea prin acordarea lanțurilor în creștere un start. De asemenea, tinde să crească vâscozitatea rășinii, astfel încât să nu curge și nu slosh în jurul valorii în rezervor construi și a obține bule.

Un alt plus față comună rășinile SLA este o încrucișare. Agenți de reticulare sunt compuși care pot forma legături între două sau mai multe lanțuri polimerice în creștere. Legarea încrucișată tinde să facă catena polimerului în mai mult de o structură de matrice, de creditare rezistenta si rigiditate la produsul final. Reticularea se poate schimba, de asemenea, proprietățile materialului și chiar permite copolimerizare de tipuri diferite de monomeri, cum ar fi adăugarea de uretan la acrilati pentru a adăuga tenacitate și flexibilitate.

Unele rășini SLA conțin, de asemenea, materiale de umplutură. Material de umplutură sunt destul de frecvente în mase plastice – o mulțime de program 40 țevi din PVC conține calcar sub formă de pulbere, de exemplu. In rășinile SLA, materiale de umplutură sunt adăugate în vrac în sus plasticul prin umplerea spațiilor dintre catenele reticulate de polimeri. O mulțime de noi rășini SLA „eco-friendly“ vin să pretind a fi realizate din soia, și în timp ce este adevărat – cel puțin pentru unele rășini – există încă o mulțime de material în rășină, care nu este în mod clar de soia. și uleiul de soia, care este acolo este de fapt doar un material de umplutură – fără monomeri acrilici și agenți de reticulare enumerate sau fotoinitiatorul, rășina ar fi destul de inutil.

La fel ca mama folosite pentru a face? ulei de soia epoxidat (ESBO) este utilizat ca plastifiant în multe materiale plastice. Este făcută prin tratarea trigliceridelor soia polinesaturate cu peroxid pentru a converti C = C legături duble la epoxizi. Sursa: de la Ed, domeniu public prin intermediul Wikimedia Commons
Nu doar pentru imprimare

In timp ce ne-am concentrat în principal pe rășini de imprimare SLA aici, e departe de cererea numai pentru fotopolimeri. Dacă ați avut un dinte umplut orice moment, în ultimele trei decenii sau cam asa ceva, sunt șanse bune pe care medicul dentist folosit un fotopolimer care conține monomeri metacrilat și tratat, cu o fibră optică baghetă care emite lumină UV. producătorii de placă de circuite imprimate utilizează largă de fotopolimeri, atât în acoperirile fotorezistiv care sunt folosite pentru etch scândurile, și în masca de lipire, care este aplicat la bord. Photopolymers sunt de asemenea folosite pentru mascarea în timpul proceselor fotolitografice implicate în fabricarea circuitelor integrate.