οι πιθανότητες είναι καλές ότι εάν έχετε κάνει οποιοδήποτε εκτύπωσης 3D, ήταν το πρότυπο λιωμένο ποικιλία εναπόθεση μοντέλων. FDM είναι αρκετά απλή ουσία – να πάρει ένα κομμάτι από πλαστικό νήμα αρκετά ζεστό, πιέστε το λιωμένο goo από ένα ακροφύσιο πρόστιμο, ελέγχει τη θέση του ακροφυσίου μεγαλύτερη ή μικρότερη ακρίβεια σε τρεις διαστάσεις, και επαναλάβετε για ώρες στο τέλος μέχρι να γίνει εκτύπωσης . Για να το αουτσάιντερ μοιάζει μαγικό, αλλά για εμάς είναι απλώς άλλο ένα Σάββατο απόγευμα.
Ρητίνη εκτύπωση είναι άλλο πράγμα εντελώς, και πολύ πιο κοντά στη μαγεία για τους περισσότερους από εμάς. Η τρέχουσα συγκομιδή των εκτυπωτών στερεολιθογραφία έχουν μόνο μια οθόνη LCD υψηλής ανάλυσης μεταξύ μιας πηγής φωτός UV και μια δεξαμενή κατασκευής με διαφανή πυθμένα. εκτυπώσεις είναι χτισμένα επάνω στρώμα από το στρώμα από το φως που αναβοσβήνει μοτίβα UV μέσα στη δεξαμενή, όπως ένα πιάτο κατασκευή σηκώνει αργά από τη ρητίνη, σαν ένα πλάσμα που προκύπτουν από την αρχέγονη goo.
Φυσικά είναι όλα απλά την επιστήμη, αλλά αν υπάρχει κάποια μαγική στην εκτύπωση SLA, σίγουρα είναι στις ρητίνες που χρησιμοποιούνται για αυτό. μουντό καφέ πλαστικά μπουκάλια και τις ετικέτες πληροφοριών των φτωχών δώσει λίγη ένδειξη ως προς τα συστατικά τους, αν και δυσωδία υδρογονανθράκων και παχύρρευστο, κολλώδες υφή είναι αρκετά καλά στοιχεία. Ας ρίξουμε μια ματιά στο εσωτερικό του μπουκαλιού ρητίνη και να μάθετε τι είναι αυτό που κάνει η μαγεία του SLA συμβεί.
Τα βασικά
Μια καλή βάση για την κατανόηση των χημικών διεργασιών πίσω από ρητίνες στερεολιθογραφία είναι ο πολυμερισμός του μεθακρυλικού μεθυλίου (ΜΜΑ) σε πολυμεθυλμεθακρυλικό, επίσης γνωστή ως ΡΜΜΑ ή απλά ακρυλικά. Ενώ σκευάσματα για ρητίνες SLA ποικίλλουν, πολλοί από αυτούς βασίζονται σε ακρυλικά, έτσι ώστε η χημεία εδώ εφαρμόζεται άμεσα σε πολλές ρητίνες, όπως είναι οι γενικές αρχές.
Ο πολυμερισμός του μεθακρυλικού μεθυλίου είναι αυτό που είναι γνωστό ως ελεύθερης ρίζας αντίδραση. Δουλεύει, επειδή ΜΜΑ έχει ένα διπλό δεσμό μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα της, καθώς και ένα κοντινό ομάδα εστέρα – την ομάδα με δύο οξυγόνα, ένας από αυτούς σε ένα διπλό δεσμό. Η ηλεκτρονική δομή αυτών των δύο ομάδων καθιστά την διπλά-δεσμευμένο ευπαθή άνθρακα προς μείωση, η οποία είναι το κέρδος ενός ηλεκτρονίου.
Ελευθέρων ριζών πολυμερισμός του ΜΜΑ σε ΡΜΜΑ. Η δομή του δακτυλίου είναι ο εκκινητής, η οποία μειώνει το διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα σε ΜΜΑ μονομερές. Αυτό δημιουργεί μια άλλη ελεύθερη ρίζα, η οποία μειώνει την άλλη ΜΜΑ, και ούτω καθεξής.
Υπό κανονικές συνθήκες, ΜΜΑ μονομερή δεν αντιδρούν μεταξύ τους, επειδή δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια που επιπλέουν γύρω για αναγωγή του διπλού δεσμού άνθρακα-άνθρακα. Για να πάρετε ΜΜΑ για τον πολυμερισμό, ενός εκκινητή – σε αυτή την περίπτωση, υπεροξείδιο του βενζολίου – ανάγκες που θα προστεθεί στο μίγμα. Ένας εκκινητής είναι μια χημική ένωση η οποία παρέχει ασύζευκτα ηλεκτρόνια, ή ελεύθερες ρίζες. μία φορά ρίζες είναι παρούσες, αυτές συνδέονται προς τον άνθρακα μέσω της μείωσης του διπλού δεσμού. Το προϊόν αυτής της πρώτης αντίδρασης θα έχει το δικό αταίριαστο ηλεκτρόνιο, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να πάει και να μειώσει το διπλό δεσμό σε ένα άλλο μονομερές ΜΜΑ, και ούτω καθεξής. Η παραγωγή ενός προϊόντος ελεύθερης ρίζας μετά την έναρξη είναι το κλειδί για τον πολυμερισμό ελεύθερης ρίζας.
Έτσι στέκεται στο λόγο ότι ένα μπουκάλι SLA ρητίνης θα περιέχει μονομερή του ΜΜΑ και μία εμπνευστής κάποιου είδους. αλλά αυτό που κρατά τα μονομερή από μόλις πολυμερισμό στο μπουκάλι; Εάν ο εμπνευστής ήταν κάτι σαν το υπεροξείδιο του βενζολίου που χρησιμοποιείται στο παραπάνω παράδειγμα, που είναι ακριβώς αυτό που θα συμβεί. Έτσι για να είναι χρήσιμη για το έργο SLA, το μίγμα ρητίνης πρέπει να περιέχουν ένα εκκινητή που μπορεί να παραμείνει αδρανής στο μείγμα μέχρι να χρειαστεί.
Εκδίωξη πράγματα Off
Αυτό είναι όπου φωτοεναρκτήρες μπαίνουν στο παιχνίδι. Όταν ένας εκκινητής, όπως υπεροξείδιο του βενζολίου θα εύκολα αποσυντίθενται σε ελεύθερες ρίζες με την εφαρμογή ενός λίγη θερμότητα, φωτοεκκινητές χρειάζονται λίγο περισσότερο καλόπιασμα. Οι εκατοντάδες των διαφορετικών φωτοεναρκτήρες έχουν αναπτυχθεί από εταιρείες χημικών όλα αυτά τα χρόνια, κάθε προσαρμοσμένες στον συγκεκριμένο σύνολο των μονομερών προς πολυμερισμό καθώς και σε βιομηχανικές ανάγκες, όπως η απόδοση του σχηματισμού ελευθέρων ριζών, την τοξικότητα, ακόμη και οσμές που μεταδίδεται στο τελικό προϊόν. αλλά όλοι μοιράζονται το κοινό χαρακτηριστικό ότι είναι ανενεργό έως ότου αυτά είναι εκτεθειμένα στο φως του σωστού μήκους κύματος.
Ένα καλό παράδειγμα ενός φωτοεκκινητή είναι 2,2-διμεθοξυ-2-φαινυλακετοφαινόνη, ευτυχώς συντετμημένη να DMPA και πωλείται υπό την εμπορική ονομασία IRGACURE 651 από τη Ciba. Η ένωση έχει δύο δακτυλίους βενζολίου ενώνονται με μία αλυσίδα δύο-άνθρακα. ένας από τους άνθρακες στο τμήμα συνδέτη είναι διπλά-δεσμευμένος σε οξυγόνο, σχηματίζοντας μια λειτουργική ομάδα κετόνης. Όταν φωτόνια του δικαιώματος μήκους κύματος – DMPA έχει κορυφές απορρόφησης είναι 250 nm και 340 nm – χτυπήσει την ομάδα κετόνης, γίνεται διεγείρεται στο σημείο όπου ένα ηλεκτρόνιο είναι νοκ off. μέσω μιας σειράς ενδιάμεσων βημάτων κατά την οποία η πλεονάζουσα ηλεκτρονίων ανακατεύονται γύρω σε διαφορετικά άτομα, το τμήμα συνδέτη του μορίου διαλείμματα σε μια διαδικασία που ονομάζεται α-διάσπαση. Αυτό αφήνει πίσω του ένα είδος σταθερή – μεθυλοβενζοϊκού – συν δύο ελεύθερες ρίζες που μπορεί να αρχίσει ο πολυμερισμός.
DMPA (αριστερά) αποσυντίθεται σε μεθυλοβενζοϊκού οξέος και δύο ελεύθερες ρίζες (δεξιά) μέσω ενδιάμεσων βημάτων όταν εκτίθεταιμε το υπεριώδες φως. Πηγή: από Squidonius, δημόσιο τομέα, μέσω του Wikimedia Commons
Πατώντας τα φρένα
Ο μηχανισμός της φωτοπολυμερισμού θέτει ένα ερώτημα: πώς το υπεριώδες φως σε ένα εκτυπωτή SLA όχι μόνο πολυμερισμό ολόκληρο το δοχείο ρητίνης με τη μία; Φαίνεται πως αυτό θα ήταν ένα πρόβλημα, δεδομένου ότι ο πολυμερισμός είναι βασικά μια αλυσιδωτή αντίδραση φορά ξεκίνησε. αλλά υπάρχουν πρακτικά όρια στην αντίδραση, και για τις δύο χημικές και φυσικές λόγους.
Χημικά, η ποσότητα του εκκινητή στη ρητίνη είναι συνήθως πολύ χαμηλή – μόνο ένα μικρό ποσοστό του μίγματος. Έτσι, δεν υπάρχουν πολλά μέρη για να ξεκινήσει η αντίδραση πολυμερισμού. αντιδράσεις πολυμερισμού τείνουν επίσης να υποστούν τερματισμού αλυσίδας αυθόρμητα, είτε από το ότι έχουν δύο καλλιεργητικές ρίζα αλυσίδες ενώνονται μαζί, ή με αναγωγή μίας ρίζας αλύσου από τις προσμείξεις όπως το οξυγόνο. Μερικές ρητίνες έχουν ακόμη ειδικές ενώσεις αναστολέα προσθέτονται να περιορίσει την ταχύτητα του πολυμερισμού. Είτε έτσι είτε αλλιώς, αυθόρμητο τερματισμό κρατά τις δεξαμενές από το να γίνει ένα συμπαγές τούβλο από πλαστικό.
Υπάρχουν επίσης φυσικούς λόγους για φωτοπολυμερισμό δεν τρέχει άγρια μέσα στη δεξαμενή κατασκευής. Το υπεριώδες φως που προέρχεται από την οθόνη LCD στο κάτω μέρος της δεξαμενής δεν είναι ιδιαίτερα ισχυρή, και τείνει να απορροφάται από τη ρητίνη πριν ταξιδέψετε πολύ μακριά. Αυτός είναι ο λόγος ρητίνες SLA τείνουν να μην να χρωματιστεί σε μεγάλο βαθμό, και γιατί τυχόν χρωστικές ουσίες που προστίθενται στη ρητίνη πρέπει να επιλεγούν προσεκτικά για να μην απορροφήσει το υπεριώδες φως. Είναι, επίσης, λόγος για τον οποίο SLA εκτυπώσεις χρειάζεται επιπλέον καθαρισμό και βήμα θεραπεία μετά την εκτύπωση? Ο πολυμερισμός που εμφανίζεται στη δεξαμενή είναι ατελής, με μη αντιδράσασα ρητίνη που παραμένει στο εσωτερικό του εκτύπωσης. Κολύμβησης την εκτύπωση σε υπεριώδες φως υψηλής έντασης ολοκληρώνει τη διαδικασία και να σκληραίνει την εκτύπωση.
Πλήρωση Up για σόγιας
Μεταξύ εμπνευστές, μονομερή, χρωστικές ουσίες, και, ενδεχομένως, αναστολείς, ρητίνες SLA φαίνεται ήδη σαν ετοιμάζω μια μάγισσα των χημικών ουσιών. αλλά δεν έχουμε τελειώσει ακόμα. Ρητίνες σπάνια απλά χρησιμοποιήστε μονομερή, αντί να χρησιμοποιούν ένα ειδικό μείγμα των μονομερών και ολιγομερών – βραχείες αλυσίδες της προ-πολυμερισμένο μονομερή. προσθήκη ολιγομερών εντός της ρητίνης τείνει να επιταχύνει τον πολυμερισμό δίνοντας την αυξανόμενη αλυσίδες ένα προβάδισμα. Τείνει επίσης να αυξήσει το ιξώδες της ρητίνης, έτσι ώστε να μην είναι ρευστή και δεν πλατσουρίζουν γύρω στη δεξαμενή κατασκευής και να πάρει φυσαλίδες.
Ένα άλλο κοινό εκτός από ρητίνες SLA είναι μία εγκάρσια συνδετήρα. Cross-συνδέτες είναι ενώσεις που μπορούν να σχηματίσουν συνδέσεις μεταξύ δύο ή περισσοτέρων αναπτυσσόμενων αλυσίδων πολυμερούς. Διασταυρούμενη σύνδεση τείνει να καταστήσει την αλυσίδα του πολυμερούς σε περισσότερο από μια δομή μήτρας, δανείζοντας αντοχή και ακαμψία στο τελικό προϊόν. Εγκάρσια-σύνδεση μπορεί επίσης να αλλάξει τις ιδιότητες του υλικού, και επιτρέπει ακόμη και για συμπολυμερισμό των διαφόρων τύπων μονομερών, όπως την προσθήκη ουρεθάνη να ακρυλικοί να προσθέσετε σκληρότητα και ευκαμψία.
Μερικές ρητίνες SLA περιέχουν επίσης πληρωτικό υλικό. Πληρωτικά είναι αρκετά κοινό στα πλαστικά – πολλά από το χρονοδιάγραμμα 40 σωλήνα PVC περιέχει κονιοποιημένο ασβεστόλιθο, για παράδειγμα. Σε ρητίνες SLA, είναι πληρωτικά προστίθενται στο χύμα επάνω στο πλαστικό, συμπληρώνοντας τα κενά μεταξύ των με σταυροειδείς δεσμούς κλώνων πολυμερών. Πολλά νέα «φιλικό προς το περιβάλλον» ρητίνες SLA έρχονται να ισχυρίζονται ότι είναι κατασκευασμένα από σόγια, και ενώ αυτό είναι αλήθεια – τουλάχιστον για μερικές ρητίνες – υπάρχει ακόμα πολύ υλικό στη ρητίνη που δεν είναι σαφώς από σόγια. και το σογιέλαιο που είναι εκεί είναι πραγματικά ακριβώς ένα πλήρωσης – χωρίς τα ακρυλικά μονομερή και μέσα διασύνδεσης εισηγμένες ή το φωτοεκκινητή, η ρητίνη θα είναι αρκετά άχρηστο.
Ακριβώς όπως η μαμά που χρησιμοποιούνται για να κάνουν; Εποξειδωμένο σογιέλαιο (ESBO) χρησιμοποιείται ως πλαστικοποιητής σε πολλά πλαστικά. Είναι κατασκευασμένα με κατεργασία πολυακόρεστων τριγλυκεριδίων σόγιας με υπεροξείδιο για να μετατρέψει C = C διπλούς δεσμούς σε εποξείδια. Πηγή: από Ed, δημόσιο τομέα μέσω του Wikimedia Commons
Όχι μόνο για εκτύπωση
Ενώ έχουμε επικεντρώθηκε κυρίως στην εκτύπωση ρητίνες SLA εδώ, αυτό είναι μακριά από το μόνο αίτηση φωτοπολυμερή. Αν είχατε ένα δόντι γεμάτο κάθε φορά τις τελευταίες τρεις δεκαετίες περίπου, οι πιθανότητες είναι καλές ότι τον οδοντίατρό σας χρησιμοποίησε ένα φωτοπολυμερές περιέχει μονομερή μεθακρυλικό και θεραπεύεται με ένα οπτικών ινών ραβδί που εκπέμπει υπεριώδες φως. τυπωμένο κατασκευαστές κυκλώματος κάνουν ευρεία χρήση των φωτοπολυμερή, τόσο στις επιστρώσεις φωτοευαίσθητο υλικό που χρησιμοποιείται για να χαράξει τα διοικητικά συμβούλια, και στη μάσκα κολλήσεις που είναι εφαρμόστηκε στο διοικητικό συμβούλιο. Φωτοπολυμερή χρησιμοποιούνται επίσης για την επικάλυψη κατά την διάρκεια των φωτολιθογραφικών διαδικασιών που εμπλέκονται στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.