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Photopolymerharz ist zu einem der beliebtesten Materialien für 3D-Drucktechnologien wie Stereolithographie (SLA) und digitale Lichtverarbeitung (DLP) geworden. Dieser lichtempfindliche Kunststoff ermöglicht die Herstellung hochdetaillierter und glatter 3D-gedruckter Objekte. In diesem Artikel erfahren Sie, was genau Photopolymerharz ist, wie es im 3D-Druck funktioniert und welche Tipps Sie bei der Arbeit damit beachten sollten.
Was ist ein Photopolymer?
Ein Photopolymer ist eine Art von Polymer, das seine physikalischen Eigenschaften ändert, wenn es Licht, insbesondere ultraviolettem (UV) Licht, ausgesetzt wird. Photopolymere enthalten Photoinitiatoren, die bei Bestrahlung mit UV-Licht die Polymerisation einleiten - die Verknüpfung von Monomermolekülen zu Polymerketten. Dies führt dazu, dass das Photopolymer von einem flüssigen in einen festen Zustand übergeht.
Viele Photopolymere sind so konzipiert, dass sie diesen Übergang nur bei bestimmten Wellenlängen des UV-Lichts durchlaufen. Dies ermöglicht eine selektive Aushärtung und die Kontrolle darüber, welche Bereiche flüssig bleiben und welche aushärten. Diese kontrollierbare Aushärtung macht Photopolymere äußerst nützlich für Anwendungen wie 3D-Druck, Zahnfüllungen, Tinten und Beschichtungen.
Was ist Photopolymerharz?
Photopolymerharz ist eine spezielle Art von Polymerharz, das Moleküle mit photoreaktiven funktionellen Gruppen enthält. Die häufigste Art von Photopolymer, die im 3D-Druck verwendet wird, ist ein flüssiges Harz, das aus Monomeren, Oligomeren, Photoinitiatoren und anderen Additiven besteht. Die Formulierung des Harzes kann je nach Anwendung und gewünschten Eigenschaften variieren.
Zu den wichtigsten Eigenschaften von Photopolymerharz gehören:
- Viskosität: Photopolymerharze haben in der Regel eine niedrige Viskosität, die ein leichtes Fließen während des Druckvorgangs ermöglicht.
- Aushärtezeit: Die Aushärtezeit bezieht sich auf die Zeit, die das Harz benötigt, um sich nach der Belichtung zu verfestigen. Die Aushärtung einer Schicht kann 1,5-3 Sekunden dauern.
- Schichtdicke: Die Schichtdicke bestimmt die Auflösung des gedruckten Objekts, wobei dünnere Schichten zu feineren Details führen.
- Zugfestigkeit und Biegsamkeit: Diese Eigenschaften bestimmen die Haltbarkeit und mechanische Leistung der gedruckten Teile.
- Nachhärtung: Bei einigen Harzen ist eine zusätzliche Nachhärtung mit UV-Licht erforderlich, um optimale mechanische Eigenschaften zu erzielen.
Wie Photopolymerharze im 3D-Druck verwendet werden
In 3D-Druckverfahren wie der Stereolithografie (SLA) und der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) ermöglichen Photopolymerharze die schichtweise Herstellung von Objekten mit feinen Details und glatten Oberflächen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick darüber, wie diese 3D-Druckverfahren Photopolymerharze verwenden:
Schritt 1: Vorbereitung des digitalen Modells: Der 3D-Druckprozess beginnt mit der Erstellung eines digitalen 3D-Modells mit Hilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design). Das Modell wird dann mit einer Slicing-Software in dünne Schichten zerlegt, die einen Satz von Anweisungen (G-Code) für den 3D-Drucker erzeugen.
Schritt 2: Druckeinrichtung: Der 3D-Drucker wird kalibriert, und die Bauplattform wird vorbereitet. Eine Wanne oder ein Harzbehälter wird mit dem Photopolymerharz gefüllt, und die Bauplattform wird knapp über der Harzoberfläche positioniert.
Schritt 3: Schicht für Schicht drucken: Der 3D-Drucker beginnt den Druckvorgang, indem er die Bauplattform leicht in das Harz absenkt. Eine Lichtquelle, in der Regel ein UV-Laser oder eine LED, wird dann verwendet, um das Harz selektiv dem Licht auszusetzen und es entsprechend dem geschnittenen Schichtmuster zu verfestigen.
Schritt 4: Objektformung: Nachdem eine Schicht ausgehärtet ist, fährt die Bauplattform nach oben, und eine neue Schicht flüssigen Harzes wird auf die ausgehärtete Schicht aufgetragen. Der Vorgang wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das gesamte Objekt gedruckt ist.
Schritt 5: Nachbearbeitung: Der Druckvorgang ist abgeschlossen, und das Objekt wird vorsichtig von der Bauplattform entfernt. Je nach verwendetem Harz kann die Nachbearbeitung eine zusätzliche Reinigung und Nachhärtung umfassen, um die mechanischen Eigenschaften des gedruckten Teils zu verbessern.
Vorteile von Fotopolymeren für den 3D-Druck
Die Verwendung von Photopolymerharzen beim SLA- und DLP-Druck hat mehrere Vorteile:
- Hervorragende Auflösung und Detailgenauigkeit bis zu 25 Mikrometer oder noch weniger. Viel höher als beim typischen Extrusionsdruck.
- Sehr glatte Oberfläche direkt aus dem Drucker. Minimale Nachbearbeitung ist erforderlich.
- Vielfältige Kunststoffeigenschaften - Standard, flexibel, hitze-/UV-beständig, zahnmedizinisch, usw.
- Schnelle Druckzeiten für kleine Objekte. Geringe Kräfte ermöglichen ein schnelles Abheben der Schichten.
- Keine Erwärmung erforderlich. Flüssigharze härten unter UV-Licht schnell aus.
Tipps für den 3D-Druck mit Photopolymerharzen
Hier sind einige nützliche Tipps für die Arbeit mit Photopolymerharzen für den 3D-Druck:
- Nivellieren Sie die Harzwanne sorgfältig und stellen Sie sicher, dass die erste Schicht gut auf der Bauplatte haftet, um Druckfehler zu vermeiden.
- Mischen Sie die Harze vor dem Druck vorsichtig, um zu verhindern, dass sich Rückstände am Boden des Behälters absetzen.
- Verwenden Sie die empfohlenen Belichtungszeiten und UV-Intensitäten für jedes Harz. Eine unzureichende Aushärtung kann zu Druckfehlern führen.
- Sorgen Sie für eine ausreichende Entlüftung der Dämpfe. Harze können während und nach dem Aushärten reizende Verbindungen freisetzen.
- Reinigen Sie den Harzbehälter des Druckers, die Bauplatte usw. zwischen den Druckaufträgen gründlich, um eine Verunreinigung des Harzes zu vermeiden.
- Ausgehärtete Fotopolymere sind spröde. Verwenden Sie Glühverfahren, um innere Spannungen abzubauen.
- Entsorgen Sie Harzabfälle ordnungsgemäß. Ausgehärtetes Harz kann in einigen Gebieten als Sondermüll gelten.
Schlussfolgerung
Photopolymerharze sind eine vielseitige Materialklasse, die den 3D-Druck von hochdetaillierten Objekten mit Technologien wie SLA und DLP ermöglicht. Das Harz härtet von flüssig zu fest aus, wenn es UV-Licht ausgesetzt wird, und zwar präzise kontrolliert Schicht für Schicht. Wenn man den Aushärtungsprozess von Photopolymeren versteht und die richtigen Drucktechniken anwendet, lassen sich komplizierte 3D-Objekte mit feinen Merkmalen und glatten Oberflächen herstellen. Photopolymere erweitern die Möglichkeiten des 3D-Drucks ständig.
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