Muovit: Valopolymeerejä 3D-tulostus ja sen jälkeen

on hyvin todennäköistä, että jos olet tehnyt mitään 3D-tulostus, se oli standardin sulatettu laskeuman mallintamista lajike. FDM on melko yksinkertainen tavaraa – saada vähän muovifilamentti tarpeeksi kuuma, purista sula Goo pois hieno suutin, aseman ohjaamiseksi suuttimen enemmän tai vähemmän tarkasti kolmiulotteisesti ja toista tuntikausia kunnes tulosta on tehty . Jotta ulkopuolinen se näyttää taikaa, mutta meille se on vain toinen lauantai-iltapäivänä.

Hartsi tulostus on toinen asia kokonaan, ja paljon lähempänä taikaa useimmille meistä. Nykyinen sato stereolitografian tulostimet vain korkean resoluution LCD-näyttö välillä UV-valon lähde ja rakentaa säiliö, jossa on läpinäkyvä pohja. tulosteet muodostuvat kerros kerrokselta vilkkuva UV-valon kuviot säiliöön kuin rakentaa levy hitaasti nostaa sen ylös hartsista, kuten jotkut olento nousemassa varhais liisteri.

Tietenkin se kaikki on vain tiedettä, mutta jos on taikaa SLA tulostus, varmasti se hartseissa käytetään sitä. Niiden epämääräisen ruskea muovipullot ja tietojen huono merkinnät antavat vähän vihjettä siitä, niiden ainesosien, vaikka niiden hiilivety haju ja viskoosi, tahmea ovat melko hyviä vihjeitä. Katsotaanpa kurkistetaan hartsi pullo ja selvittää, mitä se on, joka tekee taika SLA tapahtua.

Perusteet

Hyvä perusta ymmärtämiseksi kemiallisten prosessien takana stereolitografia hartseja on polymerointi metyylimetakrylaattia (MMA) osaksi polymetyylimetakrylaatti, joka tunnetaan myös PMMA tai yksinkertaisesti akryyli. Kun taas formulaatiot SLA hartsien vaihtelevat, ja monet niistä perustuvat akrylaatit, joten kemia tässä suoraan sovellettavissa paljon hartsien, jotka ovat yleisiä periaatteita.

Polymerointi metyylimetakrylaattia on mitä kutsutaan vapaa-radikaali reaktiossa. Se toimii, koska MMA on kaksoissidos kahden sen hiiliatomin, sekä lähellä esteriryhmä – ryhmä, jossa on kaksi happea, joista yksi kaksoissidos. Elektronisen rakenteen näiden kahden ryhmän tekee kaksinkertaisen sitoutunut hiili alttiita vähentämiseen, joka on vahvistus elektronin.

Radikaalipolymeroimalla MMA osaksi PMMA. Rengasrakenne on aloitteentekijä, mikä vähentää hiili-hiili-kaksoissidos MMA monomeeriä. Se luo uuden vapaiden radikaalien, mikä vähentää toista puikko-, ja niin edelleen.
Normaalioloissa puikko- monomeerit eivät reagoi keskenään, koska ei ole vapaita elektroneja kelluva noin vähentämään hiili-hiilikaksoissidoksen. Saada MMA polymeroitua initiaattorin – tässä tapauksessa bentsoyyliperoksidi – joudutaan lisätään yhdistelmä. Initiaattori on kemiallinen yhdiste, joka tarjoaa parittomia elektroneja, tai vapaita radikaaleja. kun radikaalit ovat läsnä, ne sitoutuvat hiilen vähentämällä kaksoissidos. Tuote Tämän ensimmäisen reaktion on oma parittoman elektronin, joka voi sitten mennä ja vähentää kaksoissidos toisessa MMA monomeeriä, ja niin edelleen. Tuotannon vapaiden radikaalien tuote aloittamisen jälkeen, on avain radikaalipolymeroinnin.

Niin se itsestään selvää, että pullo SLA hartsi sisältää monomeerien MMA ja initiaattorista jonkinlaisia. mutta mitä pitää monomeerien vain polymeroidaan pullossa? Jos aloittaja oli jotain käytetty bentsoyyliperoksidi yllä olevassa esimerkissä, se on juuri sitä, mitä tapahtuisi. Niin olevan käyttökelpoisia SLA työtä, hartsin yhdistelmä on sisällettävä initiaattoria, joka voi jäädä inertti seoksessa, kunnes sitä tarvitaan.

Kicking asiat pois

Tässä on valokäynnisteistä kuvaan. Jos aloittaja kuten bentsoyyliperoksidi helposti hajoavat vapaiksi radikaaleiksi soveltamisessa vähän lämpöä, valoinitiaattoreita tarvitsevat hieman enemmän coaxing. satoja eri valokäynnisteiden on kehitetty kemianyritykset vuosien, kukin räätälöidään joukko polymeroitavien monomeerien sekä teollisuuden tarpeisiin, kuten tehokkuus vapaiden radikaalien muodostumista, myrkyllisyys, ja jopa hajuja välittänyt valmiissa tuote. mutta niille kaikille yhteistä piirre ollessa tehotonta, kunnes ne altistetaan valolle oikean aallonpituuden.

Hyvä esimerkki fotoinitiaattorin on 2,2-dimetoksi-2-fenyyliasetofenoni onneksi lyhennettynä DMPA ja myydään kauppanimellä Irgacure 651 Ciba. Yhdisteellä on kaksi bentseenirengasta, joita yhdistää kaksi-hiiliketjun. yksi hiilien linkkeri osa on kaksinkertainen-happeen sitoutunut, muodostaen ketonin funktionaalinen ryhmä. Kun fotonit oikea aallonpituus – DMPA absorptio piikit ovat 250 nm ja 340 nm: ssä – osuma ketoniryhmä, se tulee virittää siihen pisteeseen, jossa elektroneja on tippuu pois. läpi sarjan välivaiheita, jossa vara-elektroni sekoitetaan noin eri atomia, linkkerin osa molekyylin taukoja prosessissa, jota kutsutaan α-pilkkominen. Tämä jättää jälkeensä vakaa lajit – metyylibentsoaattina – plus kaksi vapaita radikaaleja, jotka voivat käynnistää polymeroitumisen.

DMPA (vasemmalla) hajoaa metyylibentsoaatti ja kaksi vapaiden radikaalien (oikealla) läpi välivaiheita, kun se altistetaanUV-valolle. Lähde: alkaen Squidonius, julkisia kautta Commons
Napauttamalla Jarrut

Mekanismi fotopolymerisointi herääkin kysymys: miten UV SLA tulostin ei vain polymerisoidu koko tankin hartsin kerralla? Tuntuu siltä, että olisi ongelma, koska polymerointi on pohjimmiltaan ketjureaktio kerran aloitettu. mutta käytännössä on olemassa rajat reaktion, sekä kemiallisten ja fysikaalisten syistä.

Kemiallisesti, initiaattorin määrä hartsissa on tyypillisesti melko alhainen – vain muutama prosentti seoksen. Joten ei ole paljon paikkoja aloittaa polymerointireaktioon. Polymerointireaktioita myös taipumusta ketjun päättymisen spontaanisti, joko antamalla kaksi kasvava radikaali ketjua sitoutuvat yhteen, tai pelkistämällä radikaali ketjun epäpuhtauksia, kuten happea. Jotkut hartsit jopa erityisiä estoyhdisteiden rajoittaa nopeus polymeroinnin. Joko niin, spontaani päättyminen pitää säiliöt tulossa tiileen muovista.

Myös fyysisiä syitä fotopolymerisaatioon ole käynnissä villi läpi rakentaa säiliö. UV-valon tulevan LCD-näytön alareunassa säiliön ei ole erityisen vahva, ja sillä on taipumus saada hartsi absorboi ennen matkaa kovin pitkälle. Siksi SLA hartseja ei yleensä voimakkaasti pigmentoitu, ja miksi tahansa pigmenttejä, jotka on lisätty hartsin täytyy valita huolellisesti, jotta ei absorboi UV-valoa. Se on myös syy SLA tulosteita tarvitaan ylimääräinen siivous ja kovetusvaihe tulostuksen jälkeen; polymerointi, joka tapahtuu säiliössä on epätäydellinen, reagoimattoman hartsin sisään jäävään painatuksen. Uiminen tulostaa korkean intensiteetin UV-valossa päättää prosessin ja kovettuu tulostuksen.

Tankkaamalla soija

Välillä initiaattoreita, monomeerit, pigmentit, ja mahdollisesti inhibiittorit, SLA hartsit jo tuntua noita hautua kemikaaleja. mutta emme ole vielä valmiita. Hartsit harvoin vain käyttää monomeereistä, sen sijaan käyttämällä erityistä sekoitus monomeereja ja oligomeereja – lyhyitä ketjuja Esipolymeroin- monomeerejä. lisäämällä oligomeerien hartsi pyrkii nopeuttamaan polymeroinnin antamalla kasvaa ketjut pää alku. Se on myös taipumus lisätä hartsin viskositeetti, niin että se ei ole juoksevaa eikä se rämpiä käännökseen säiliöön ja saada kuplia.

Toinen yleinen lisäksi SLA hartseja on silloittajaa. Silloittajat ovat yhdisteitä, jotka voivat muodostaa yhteyksiä kahden tai useamman kasvavan polymeeriketjujen. Silloittuminen pyrkii tekemään polymeerin ketjun lisää matriisin rakenne, lainaus lujuus ja jäykkyys lopputuotteeseen. Silloittuminen voi myös muuttaa materiaalin ominaisuuksia ja jopa mahdollistaa kopolymeroimiseksi erilaisten monomeerien, kuten lisäämällä uretaania ja akrylaatteja lisätä sitkeys ja joustavuus.

Joissakin SLA hartsit sisältävät myös täyteaineita. Täyteaineet ovat melko yleisiä muovit – paljon aikataulu 40 PVC-putki sisältää jauhettua kalkkikiveä, esimerkiksi. In SLA hartseja, täyteaineita lisätään irtotavarana muovi täyttämällä väliset tilat silloitettuja säikeiden polymeerien. Paljon uusia ”ympäristöystävällinen” SLA hartsit tulevat väitetään tehdään soijapavuista, ja vaikka se on totta – ainakin joidenkin hartsien – siellä on vielä paljon materiaalia hartsin se selvästikään ole soijapavuista. ja soijaöljyä, joka on siellä on oikeastaan vain täyteainetta – ilman akrylaattimonomeereistä ja silloittajia listattu tai fotoinitiaattorin, hartsi olisi aika hyödytön.

Aivan kuten äiti käyttää tehdä? Epoksoitu soijaöljy (ESBO) käytetään pehmittimenä monia muoveja. Se on tehty käsittelemällä monityydyttymättömiä soija triglyseridien peroksidia muuntaa C = C kaksoissidosten epoksideja. Lähde: Ed, julkisia kautta Wikipedia
Ei vain tulostus

Vaikka olemme keskittyneet pääasiassa SLA painatus hartsit täällä, se on kaukana ainoa hakemus valopolymeerejä. Jos olet ollut hammas täytetty tahansa kolmen viime vuosikymmenen aikana tai niin, mahdollisuudet ovat hyvät, että hammaslääkäri käytti valopolymeeri sisältävä metakrylaattimonomeerit ja suolatut valokaapeli sauva, joka säteilee UV-valossa. painetun piirilevyn valmistajat tekevät laajaa käyttöä valopolymeerejä, sekä fotoresistin päällysteitä, joita käytetään syövyttämään levyt, ja juote maski, joka on sovellettu aluksella. Valopolymeerejä käytetään myös peittää aikana valokivipainoprosessit valmistamiseen liittyvistä integroituja piirejä.