Усовершенствованные смолы для 3D-печати

Одно из основных препятствий что 3D-печать смолой При реализации на промышленном уровне всегда было ограниченное разнообразие доступных материалов. Первоначально единственными доступными материалами были смолы на основе акрилатных олигомеров, как правило, с низкой молекулярной массой, которые отличались высокой хрупкостью и плохими механическими и термическими свойствами. Из-за этого 3D-печать смолой всегда отодвигалась на второй план при производстве функциональных компонентов и прототипов в пользу технологий 3D-печати на основе термопластов, таких как FDM или SLS.

Однако в последние годы это резко изменилось. Появление новых технических смол с улучшенными свойствами, разработанных специально для определенных профессиональных применений привлекла внимание многих секторов к этой технологии. В сочетании с появлением новых технологий 3D-печати на основе полимеров. такие как LED-LCD , которым удалось сократить расходы и значительно увеличить скорость печати. это достойная альтернатива , что может даже превзойти FDM и SLS в некоторых областях применения.

Эти технические смолы можно разделить на три группы. , в зависимости от области, на которой они сосредоточены:

• Смолы для ювелирных изделий
• Стоматологические смолы
• Технические смолы

СМОЛЫ ДЛЯ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Ювелирная промышленность исторически первой внедрила 3D-печать смолой. Это связано с высоким разрешением, предлагаемым этой технологией. , способный производить небольшие модели в масштабе 1:1 с высококачественной отделкой.

Изображение 1:Ювелирная модель, напечатанная из смолы. Источник:uniz.com

Хотя стандартные смолы широко используются для изготовления моделей , то, что означало «до» и «после», — это появление высококачественных литейных смол. Эти смолы выделяются тем, что практически не оставляют следов при прокаливании, что делает их идеальной заменой восковым моделям, первоначально использовавшимся при литье.

Благодаря этому можно печатать литейное дерево напрямую, без необходимости изготовления форм для изготовления восковых шаблонов или ручной сборки деревьев, что уменьшает ручные этапы и автоматизирует процесс.

Видео 1:традиционная подготовка воскового дерева. Источник:greekerajewelry.com

Как правило, этот тип смолы может включать в свой состав определенный процент жидкого парафина, предназначенный для удаления любых остатков золы. получение чистой формы, подходящей для качественного литья. Более высокий процент воска обеспечивает более чистое прокаливание , однако с меньшим количеством остатков это может повлиять на точность печати. Кроме того, этот тип смолы обычно характеризуется очень низким коэффициентом расширения.

В настоящее время на рынке существует множество вариантов высококачественных прокаливаемых смол, совместимых как с SLA, так и с DLP или LED-LCD. Смолы Formlabs Castable Wax с 20 % воска или ZWax Purple с 10 % воска, совместимые с DLP- и LED-LCD-принтерами, отличаются сочетанием малого остатка, низкого теплового расширения и высокой точности.

Изображение 2. Кольцо, напечатанное с помощью zWax Purple. Шрифт:Uniz.com

ЗУБНЫЕ СМОЛЫ

Наряду с ювелирными изделиями, стоматологический сектор был одним из первых, кто применил 3D-печать смолой, и в настоящее время является самым быстрорастущим сектором с самым широким ассортиментом материалов.

Стоматологические полимеры обычно можно разделить на четыре категории. в соответствии с их применением:

• Смолы для моделей зубов.
• Смолы для фиксаторов и шин.
• Смолы для временных коронок и мостовидных протезов
• Выгорающие смолы

Смолы для зубных моделей

Это смолы, не предназначенные для контакта с пациентом. Как правило, они используются для изготовления моделей пациентов, с которыми может работать стоматолог или медицинский работник, чтобы планировать вмешательства или тестировать такие элементы, как коронки или мосты. По составу они аналогичны стандартным полимерам и в основном предназначены для обеспечения высокой точности и разрешения. а также низкие производственные затраты.

Изображение 3:3D-модель из смолы. Источник:Uniz.com

В этих смолах также важно, чтобы они обладали определенными эстетическими качествами, различая две группы:

• Смолы с матовым покрытием, которые облегчают визуализацию и фотографирование моделей, максимально предотвращая появление отражений. Среди этого типа смол выделяется смола Dental Model от Formlabs с отделкой, похожей на гипс.
• Смолы, обеспечивающие реалистичный внешний вид, такие как смола Dental Pink от Harzlabs.

Смолы для фиксаторов и шин

Эти смолыпредназначены для изготовления фиксаторов и шин, следовательно, помимо биосовместимости не ниже класса IIa, они должны обладать превосходной стойкостью к износу и разрушению.

Другой общей характеристикой является то, что они обычно очень прозрачны, в основном из эстетических соображений.

Видео 2:Изготовление шин с помощью 3D-печати смолой. Источник:Formlabs.com

Помимо производства фиксаторов и шин, они широко используются в производстве хирургических шаблонов благодаря хорошей совместимости и превосходным механическим свойствам . Некоторые производители, такие как Formlabs, включают специальную смолу для этого применения, например Dental Surgical Guide. смола, обеспечивающая большую гибкость.

Изображение 4. Хирургические шаблоны, напечатанные с использованием SLA. Источник:Formlabs.com

Можно найти смолы, разработанные для производства шин и фиксаторов, совместимые как с SLA, например Formlabs Dental LT, так и с DLP и LED-LCD, например Dental Clear от Harzlabs.

Смолы для временных коронок и мостовидных протезов

Это смолы, используемые для изготовления мостов, коронок, реставраций и временных виниров. . Они должны быть биосовместимыми и иметь вид, аналогичный оригинальным зубам.

Для обеспечения этой отделки в целом используются керамические компоненты и красители, которые обеспечивают оттенки в пределах шкалы VITA.

Изображение 5:Таблица цветов VITA. Источник:вита-занфабрик

После печати эти полимерыможно полировать и окрашивать светоотверждаемыми винирами. для получения идеального результата для каждого пациента.

Смола Temporary CB от Formlabs доступна в четырех оттенках VITA (A2, A3, B1 и C2), а смола Dental Sand от Harzlabs доступна в оттенках A1 и A2.

Прокаливаемые смолы

Смолы подобные тем, которые используются в ювелирных изделиях. В этом случае потребность производить как можно меньше отходов становится еще более важной.

Они в основном используются при производстве моделей для изготовления зубных имплантатов путем литья. Особо выделяется смола Harzlabs Dental Cast с остатком менее 0,1 %.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СМОЛЫ

Промышленный и инженерный сектор всегда была наиболее неохотно внедряла 3D-печать смолой. В основном это связано с тем, что на механическом и термическом уровне смолы не могут конкурировать с конструкционными материалами, доступными для FDM, или полиамидами, используемыми в SLS.

Хотя это все еще верно сегодня, в последние годы достижения в области материалов и появление новых инженерных смол сокращают разрыв между различными технологиями 3D-печати. Существует три группы инженерных смол:

• Смолы с улучшенными механическими свойствами
• Смолы с улучшенными термическими свойствами
• Гибкие и эластичные смолы

Смолы с улучшенными механическими свойствами

Эти смолы разработаны с целью обеспечить более низкую хрупкость и более высокий модуль упругости по сравнению со стандартными смолами. В то время как стандартные смолы, такие как Harzlabs Basic Resin, обладают пределом прочности при растяжении 20 МПа, новые инженерные смолы такие как Ultracur3D RG50 от BASF, обеспечивают прочность на растяжение до 68 МПа, что в три раза выше. Эта прочность на разрыв даже выше, чем у нитей ABS, и близка к таким материалам, как усиленный нагрузкой нейлон.

Также появились инженерные смолы с другими специфическими свойствами, такими как высокая износостойкость или ударопрочные смолы.

Изображение 6:Сравнение ударопрочности различных полимеров Formlabs. Источник:Formlabs.com

Среди смол с высокой ударопрочностью выделяется линия BASF Ultracur3D High Impact. . Эти смолы обеспечивают предел прочности при растяжении 50 МПа при деформации разрушения 56 %, модуль упругости при изгибе 1700 МПа и ударопрочность 1,39 Дж/м2. Это делает их идеальными для производства механических компонентов и функциональных прототипов.

Изображение 7:смола BASF Ultracur3D RG35. Источник:forward-am.com

Смолы с улучшенными термическими свойствами

Термостойкость всегда была одним из слабых мест смол для 3D-печати . Как правило, все смолы имеют температуру размягчения от 50°C до 80°C.

Изображение 8:Сравнение температуры деформации различных полимеров Formlabs. Источник:Formlabs.com

В настоящее время существует очень мало смол для высокотемпературных применений, наиболее важным из которых является высокотемпературная смола Formlabs. Это смола, способная выдерживать температуры до 142 ºC после отверждения (при нагрузке 0,45 МПа). Основное преимущество этой смолы заключается в том, что ее термостойкость можно повысить до 238 ºC путем термообработки деталей состоящий из нагревания их до 60 ºC в течение одного часа, а затем до 160 ºC в течение полутора часов.

Гибкие и эластичные смолы

Одним из основных недостатков смол для 3D-печати всегда была их высокая хрупкость , свойство, нежелательное в технике. Вот почему появление в последние годы гибких и эластичных смол стало революцией.

Изображение 9. Сравнение смолы Flexible 80A и смолы Elastic 50A Источник:FormLabs.

Сегодня существует множество вариантов как для SLA, так и для LED-LCD. В SLA выделяются гибкая 80A и эластичная 50A смолы. Flexible 80A – это очень эластичная смола с деформацией при разрыве 120 % и твердостью по Шору A 80, а Elastic 50A – смола с хорошей эластичностью, деформацией при разрыве 160 % и твердостью 50 A по Шору.

Однако одним из наиболее важных достижений в этом типе материалов является новая линейка гибких и эластичных смол компании BASF. Это смолы на основе уретанакрилатных олигомеров. и обеспечивают наибольшую гибкость и эластичность среди смол, доступных сегодня. BASF Ultracur3D FL300, например, с твердостью всего 37 Shore A обеспечивает деформацию разрушения до 306%.

Изображение 10. Смола BASF Ultracur3D FL60. Источник:forward-am.com

В последние годы ассортимент материалов для 3D-печати из смолы значительно расширился, включая новые материалы со свойствами, которые соответствуют, а в некоторых случаях даже превосходят свойства термопластов для FDM. Это, в сочетании с тем фактом, что 3D-печать смолой обеспечивает изотропию, превосходящую изотропию, полученную с помощью FDM, делает ее жизнеспособным вариантом во многих промышленных и инженерных приложениях.