De belangrijke rol van lichtgevoelige harsmaterialen in 3D-printtechnologie

Ruim 4000 jaar geleden werden door de oude Egyptenaren lichtuithardende materialen gebruikt bij het maken van mummies. Volgens gegevens hebben de oude Egyptenaren mummies ingekapseld met linnen stroken gedrenkt en bedekt met asfalt. Omdat het asfalt onverzadigde verbindingen bevat, kan het in de zon worden uitgehard. De mensen in mijn land gebruiken tungolie om houten keukengerei te dompelen en leggen het in de zon om uit te harden, wat ook een waterdichte en lekvrije, slijtvaste beschermlaag op het oppervlak van het houten keukengerei kan vormen. In feite is dit ook de toepassing van lichtuithardingstechnologie.
Hars is een grondstof voor de productie van kunststofproducten en er zijn veel soorten, waaronder natuurlijke hars en kunsthars. Als het beperkt wordt tot harsen die gevoelig zijn voor ultraviolet licht (lichtgevoelige harsen), is de selectiviteit van harsen niet veel. Lichtgevoelige harsmaterialen zijn geschikt voor fotopolymerisatie-vormgieten 3D-printtechnologie, waaronder voornamelijk light curing moulding (SLA), digitale lichtverwerking (DLP), polymeerjetting (PolyJet), evenals de opkomende continue liquid world manufacturing-technologie (CLIP), twee- foton 3D-printen (TPP).
Lichtgevoelige hars, ook wel UV-hars genoemd, is een bijzondere hars met veel voordelen. Het is samengesteld uit een lichtgevoelig prepolymeer, een actief verdunningsmiddel en een fotosensibilisator. De lichtgevoelige hars is over het algemeen vloeibaar en initieert onmiddellijk een polymerisatiereactie en voltooit de uitharding wanneer deze wordt bestraald met een bepaalde golflengte van ultraviolet licht (250 nm ~ 400 nm). De lichtgevoelige hars heeft een breed scala aan toepassingen. Het kan worden gebruikt om materialen met een hoge sterkte, hittebestendig en waterdicht te maken. Het heeft de kenmerken van energiebesparing, lage vervuiling, snelle uithardingssnelheid en hoge productie-efficiëntie. ...
Gekwalificeerde lichtgevoelige hars die geschikt is voor 3D-printen moet aan de volgende vereisten voldoen. ...
1. Hoge gevoeligheid voor lichtbronnen met specifieke golflengte. Bij 3D-printen wordt meestal een lichtbron met een specifieke golflengte als lichtbron gebruikt om de reactie op gang te brengen. Hiervoor moet het lichtgevoelige harsmateriaal een hoge gevoeligheid voor de lichtbron hebben.
2. Geschikte lichtuithardingssnelheid. 3D-printen fotogevoelige hars moet een hoge uithardingssnelheid hebben om ervoor te zorgen dat de volgende harslaag en de bovenste harslaag snel kunnen worden uitgehard, maar de uithardingssnelheid mag niet te snel zijn. De lichtgevoelige hars die als bindmiddel wordt gebruikt, moet ervoor zorgen dat de uithardingssnelheid lager is dan de penetratiesnelheid van de hars om te voorkomen dat de hars wordt uitgehard voordat deze op zijn plaats is gepenetreerd en de hars niet kan blijven vloeien, wat resulteert in slechte hechtingsprestaties. ...
Momenteel worden veel voorkomende lichtgevoelige harsen onderverdeeld in twee categorieën: acrylaten en epoxyharsen. ...
1. Epoxyhars
Epoxyhars (kortweg EP) is een veelgebruikte lichtgevoelige hars bij 3D-printen*. In 1930 werd epoxyhars voor het eerst gesynthetiseerd door Pierre Castan in Zwitserland en S.Q. Greenlee in de Verenigde Staten, en het was een thermohardend plastic. Ons land bestudeert sinds 1958 epoxyhars en het is in hoog tempo in industriële productie gebracht. Deze harsen kunnen op grote schaal worden gebruikt in verschillende sectoren van de nationale defensie en de nationale economie, zoals giet-, impregnatie-, lamineermaterialen, lijmen, coatings, enz..
Epoxyhars wordt gebruikt als materiaal voor 3D-printen, nanokleivlokken kunnen worden gebruikt om de viscositeit te verbeteren, naast siliciumcarbide en koolstofvezel als vulstoffen. Door de combinatie van deze vulstoffen te veranderen, kunnen wetenschappers de sterkte van het materiaal vrijelijk bepalen om aan verschillende behoeften te voldoen. Dit nieuwe materiaal kan worden gebruikt om lichtere auto's of vliegtuigen te maken, of als structureel onderdeel in lichtgewicht gebouwen, dus het is een ideaal materiaal. ...
3D-geprinte honingraatstructuur met epoxyhars en ongeveer 1% volume koolstofvezelcomposietmateriaal
Een ander belangrijk gebruik van epoxyhars bij 3D-printen is als bindmiddel. Epoxyhars heeft een goede compatibiliteit met anorganische en metaalpoedermaterialen en kan snel in het oppervlak van anorganisch of metaalpoeder infiltreren. Als lichtgevoelige coating is epoxyhars uitgebreid onderzocht en toegepast in het dagelijks leven van mensen. Er zijn veel soorten producten en een breed scala aan toepassingen. Overeenkomstige lichtgevoelige materialen van epoxyhars zijn te vinden in verschillende systemen.
2. Acryl
Acrylester heeft de kenmerken van lichte kleur, lichtbestendigheid, hittebestendigheid en chemische bestendigheid. Daarom hebben coatings gemaakt van acrylester een breed scala aan toepassingen en variëteiten. Wanneer 3D-printtechnologie wordt gebruikt in combinatie met acrylaatmonomeren, kan het acrylaatmonomeer worden gemengd met een foto-initiator, en de foto-initiator absorbeert een bepaalde golflengte aan energie in het ultraviolette gebied, en de initiator genereert vrije radicalen. Het voordeel van vrije radicaalpolymerisatie is de snelle reactiesnelheid en korte uithardingstijd. De polymerisatie door vrije radicalen wordt echter beïnvloed door zuurstof: vrije radicalen zullen reageren met zuurstof in de lucht en zullen worden verbruikt, wat resulteert in een gehinderde polymerisatie. De macroscopische prestatie is dat het uitgeharde oppervlak van de lichtgevoelige hars niet volledig is uitgehard en dat de hand plakkerig aanvoelt.
Daarnaast kunnen keramiek en metalen ook als printmateriaal worden gebruikt. Na het mengen van keramisch poeder met acrylaat in een verhouding van 1:1 kan de hars als bindmiddel werken. De hars waaraan keramisch poeder is toegevoegd, zal tot op zekere hoogte uitharden en de hardheid is net genoeg om de werkelijke vorm te behouden. Daarna wordt het eindproduct waaraan keramisch poeder is toegevoegd, in een oven gebakken om het polymeer te verwijderen en de keramische componenten aan elkaar te hechten, zodat het keramiekgehalte in het eindproduct maar liefst 99% bedraagt. Deze methode is ook toepasbaar op acrylharsen die metaalpoeder bevatten.

www.dpiflex.com