Фотополимеры: основы и применения

Термин фотополимер относится к классу светочувствительных смол, которые затвердевают при воздействии ультрафиолетового (УФ) света. Когда жидкая фотополимерная смола контактирует с источником УФ-света — обычно лампой, лазером или проектором — фотоинициаторы преобразуют эту световую энергию в химическую. Затем олигомеры или «связующие» и мономеры комбинируются, затвердевают и образуют связи, создающие полимерную структуру. Фотополимеры — это либо термопластики, которые плавятся при высокой температуре, либо термореактивные пластики, означающие, что они не могут быть расплавлены или переформированы после отверждения теплом.

Фотополимеры представляют наибольшую долю рынка материалов для аддитивного производства и имеют широкое разнообразие применений. Сегодня фотополимеры — распространенные кандидаты для деталей, используемых в стоматологической отрасли, и часто используются в склеивании зубов или защитных покрытиях. Клеи на базе фотополимерной смолы также широко используются для производства катетеров, медицинских фильтров, хирургических масок и даже спецэлектроники.

Вот краткий курс по этому популярному материалу и тому, как он используется, плюс ключевые соображения для инженеров.

Процессы 3D-печати фотополимеров

Фотополимеры совместимы с рядом аддитивных производственных процессов. Во всех этих процессах смола отверждается светом, затем полная деталь или прототип строится слой за слоем до завершения. Самые популярные процессы 3D-печати фотополимеров включают следующее:

Стереолитография (SLA)

Стереолитография (SLA) — оригинальный процесс 3D-печати фотополимеров. Во время печати луч лазера высвечивает высококонцентрированные лучи ультрафиолетового света (как лазер) на поверхность ванны с фотополимерной смолой.

Лазер затвердевает отдельные слои смолы на платформе до завершения конечной детали. В случае инвертированной SLA проектор размещается снизу, а платформа движется вверх до завершения печати. Детали, сделанные этим процессом, обладают исключительной отделкой поверхности, но обычно не такие прочные, как детали, сделанные другими процессами, такими как моделирование методом наплавления (FDM).

Цифровой световой синтез (DLS)

Carbon® Digital Light Synthesis (DLS)™, ранее известный как Continuous Liquid Interface Production (CLIP), использует цифровой проектор для построения деталей. Этот фотокинетический процесс проецирует УФ-свет через УФ-прозрачное окно, проницаемое для кислорода, на дне ванны. Последовательность УФ-изображений проецируется через окно и в фотополимерную смолу, вызывая затвердевание детали и подъем строительной платформы.

DLS — непрерывный и быстрый процесс печати благодаря некоторым улучшениям процесса. Однако большинство материалов, доступных через DLS, являются двухкомпонентными для отверждения, означая, что они требуют термической закалки после печати для достижения их конечной формы и свойств. Этот второй шаг закалки позволяет процессу печати быть быстрее и производить материальные свойства более высокого класса с исключительной жесткостью и прочностью. Инженеры обращаются к DLS, когда хотят создавать маленькие, изотропные детали с отличными механическими свойствами.

PolyJet

PolyJet не использует ванну жидкой фотополимерной смолы для построения деталей, отличая его от SLA и DLS. Вместо этого слой смолы распыляется на гелевую матрицу, а затем растворяется после завершения производственного процесса.

Детали, сделанные этим процессом, не известны своей прочностью и высокочувствительны к УФ-лучам. К счастью, в чем детали PolyJet уступают в прочности, они компенсируют разрешением. PolyJet — процесс 3D-печати выбора для производства эстетически приятных деталей с беспрецедентной отделкой поверхности.

Преимущества и недостатки фотополимерной смолы

Фотополимеры имеют применения в широком разнообразии отраслей, но эти применения обычно высокоспециализированы. Фотополимерные смолы не особенно прочны или долговечны по сравнению с подобными высокопрочными материалами для литья под давлением, и они подвержены ползучести после переноса тяжелых нагрузок длительное время. Однако инженеры могут строить маленькие, высокорезолюционные прототипы с ровными поверхностями и сложными геометриями, используя эту смолу. Для каждого применения инженеры должны понимать их специфические требования и то, подходят ли доступные материалы.

Начните с фотополимерной смолы

Несмотря на ограничения, будущее фотополимеров выглядит светлым. Различные виды фотополимеров уже демонстрируют уникальные химические и механические свойства, идеальные для ряда специфических вариантов использования. И по мере продвижения технологий фотополимеры обязательно эволюционируют, позволяя производителям и продуктовым командам капитализироваться на преимуществах материала без жертв долговечностью или качеством отделки поверхности.

Когда вы партнеритесь с Fast Radius, у вас есть выделенная команда производственных экспертов в вашем распоряжении. Независимо от того, где вы находитесь в процессе дизайна и разработки, наша команда опытных инженеров и дизайнеров может упростить производственный процесс, будь то оптимизация дизайна, консультирование по материалам и отделке, или комбинирование 3D-печати с традиционными процессами. В Fast Radius мы преданы помощи каждому клиенту инновировать быстрее и эффективнее. Мы здесь для вас — свяжитесь с нами сегодня.

Заинтересованы в изучении основ аддитивного производства? Ознакомьтесь с ресурсным центром Fast Radius.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости