rất có thể là tốt nếu bạn đã thực hiện bất kỳ in 3D, nó là của fused nhiều mô hình lắng đọng tiêu chuẩn. FDM là công cụ khá đơn giản – nhận được một chút nhựa đủ sợi nóng, bóp goo nóng chảy ra khỏi một vòi phun tốt, kiểm soát vị trí của vòi phun nhiều hay ít chính xác trong ba chiều, và lặp lại cho ngày giờ kết thúc cho đến khi in của bạn được thực hiện . Để người ngoài nó trông giống như ma thuật, nhưng đối với chúng tôi nó chỉ là một buổi chiều thứ bảy.
in nhựa là một điều hoàn toàn, và gần gũi hơn rất nhiều để kỳ diệu đối với hầu hết chúng ta. Các cây trồng hiện tại của máy in stereolithography chỉ có một màn hình LCD độ phân giải cao giữa một nguồn ánh sáng tia cực tím và một bể xây dựng với đáy trong suốt. in được xây dựng lên lớp, từng lớp, từng nhấp nháy mẫu đèn UV vào thùng như một tấm xây dựng chậm nâng nó lên từ nhựa, giống như một số sinh vật đang nổi lên từ goo nguyên thủy.
Tất nhiên đó là tất cả chỉ là khoa học, nhưng nếu có bất kỳ ma thuật trong SLA in ấn, chắc chắn đó là trong các loại nhựa sử dụng cho nó. chai nhựa màu nâu khó nhận của họ và nhãn thông tin nghèo cho ít đầu mối như những thành phần của họ, mặc dù khói hydrocarbon và nhớt, kết cấu dính là manh mối tốt đẹp. Chúng ta hãy nhìn vào bên trong chai nhựa và tìm hiểu những gì nó là làm cho sự kỳ diệu của SLA xảy ra.
Những thứ cơ bản
Một cơ sở tốt cho sự hiểu biết các quá trình hóa học đằng sau nhựa stereolithography là sự trùng hợp của methyl methacrylate (MMA) vào polymethylmethacrylate, còn được gọi là PMMA hoặc đơn giản là acrylic. Trong khi công thức cho SLA nhựa khác nhau, nhiều trong số họ đều dựa trên acrylates, vì vậy hóa học ở đây được áp dụng trực tiếp cho rất nhiều nhựa, cũng như các nguyên tắc chung.
Sự trùng hợp của methyl methacrylate là những gì được biết đến như một phản ứng gốc tự do. Nó hoạt động vì MMA có một liên kết đôi giữa hai nguyên tử cacbon của nó, cũng như một nhóm este lân cận – nhóm với hai oxy, một trong số họ trong một liên kết đôi. Cấu trúc điện tử của hai nhóm này làm cho dễ bị carbon đúp ngoại quan để giảm, mà là đạt được của một electron.
trùng hợp gốc tự do MMA vào PMMA. Cấu trúc vòng là người khởi xướng, làm giảm carbon-carbon liên kết đôi trong MMA monomer. Điều đó tạo ra một gốc tự do, làm giảm một MMA, và vân vân.
Trong những trường hợp bình thường, MMA monome không phản ứng với nhau vì không có electron tự do trôi nổi xung quanh để làm giảm liên kết đôi carbon-carbon. Để có được MMA polymerize, một người khởi xướng – trong trường hợp này, benzoyl peroxide – cần phải được thêm vào hỗn hợp. Một người khởi xướng là một hợp chất hóa học cung cấp electron chưa ghép cặp, hoặc các gốc tự do. một lần gốc có mặt, họ liên kết với carbon bằng cách giảm liên kết đôi. Các sản phẩm của phản ứng đầu tiên này sẽ có electron lẻ của riêng mình, sau đó có thể tiếp tục và làm giảm liên kết đôi trong một monomer MMA, và vân vân. Việc sản xuất một sản phẩm gốc tự do sau khi bắt đầu là chìa khóa để trùng hợp gốc tự do.
Vì vậy, nó đứng vào lý do đó một chai nhựa SLA sẽ chứa monome của MMA và một người khởi xướng của một số loại. nhưng những gì giữ cho monome từ chỉ trùng hợp trong chai? Nếu người khởi xướng là một cái gì đó giống như peroxide benzoyl sử dụng trong ví dụ trên, đó là chính xác những gì sẽ xảy ra. Vì vậy, để có ích cho SLA công việc, sự pha trộn nhựa có chứa một khởi có thể duy trì trơ trong hỗn hợp cho đến khi nó cần thiết.
Đá thứ Tắt
Đây là nơi photoinitiators đi vào chơi. Trường hợp người khởi xướng như benzoyl peroxide sẽ dễ dàng phân hủy thành các gốc tự do với việc áp dụng một nhiệt ít, photoinitiators cần một chút dỗ dành hơn. hàng trăm photoinitiators khác nhau đã được phát triển bởi công ty hóa chất trong những năm qua, mỗi thiết kế riêng cho các thiết lập cụ thể của monome được polymer hóa cũng như nhu cầu công nghiệp, chẳng hạn như hiệu quả của sự hình thành gốc tự do, độc tính, và thậm chí cả mùi truyền trên thành sản phẩm. nhưng họ đều có chung những đặc điểm chung là không hoạt động cho đến khi họ được tiếp xúc với ánh sáng của các bước sóng chính xác.
Một ví dụ điển hình của một photoinitiator là 2,2-dimetoxy-2-phenylacetophenone, thương xót viết tắt DMPA và bán dưới tên thương mại IRGACURE 651 bởi Ciba. Hợp chất này có hai vòng benzen tham gia của một chuỗi hai-carbon. một trong những nguyên tử cacbon trong phần trình liên kết là đôi liên kết với ôxy, tạo thành một nhóm chức xeton. Khi photon của bước sóng đúng – DMPA có đỉnh hấp thụ là 250 nm và 340 nm – nhấn nhóm xeton, nó trở nên bị kích thích tới điểm mà một electron được đánh bật khỏi. thông qua một loạt các bước trung gian trong đó electron tùng được xáo trộn xung quanh các nguyên tử khác nhau, phần liên kết của các phân tử phá vỡ trong một quá trình gọi là α-cát khai. Đây lá đằng sau một loài ổn định – methylbenzoate – cộng với hai gốc tự do có thể bắt đầu trùng hợp.
DMPA (trái) bị phân hủy thành methylbenzoate và hai gốc tự do (bên phải) qua các bước trung gian khi tiếp xúcvới tia UV. Nguồn: từ Squidonius, phạm vi công cộng, qua Wikimedia Commons
Khai thác Phanh
Cơ chế photopolymerization đặt ra một câu hỏi: làm thế nào để ánh sáng tia cực tím trong một máy in SLA không chỉ polymerize toàn bộ thùng nhựa cùng một lúc? Nó có vẻ như đó sẽ là một vấn đề, vì trùng hợp về cơ bản là một phản ứng dây chuyền một khi khởi xướng. nhưng có những giới hạn thực tế để phản ứng, cho cả hai lý do hóa chất và vật lý.
Về mặt hóa học, lượng người khởi xướng trong nhựa thường là khá thấp – chỉ một vài phần trăm của hỗn hợp. Vì vậy, không có nhiều nơi để bắt đầu phản ứng trùng hợp. phản ứng trùng hợp cũng có xu hướng trải qua chấm dứt chuỗi một cách tự nhiên, hoặc do có hai phát triển chuỗi triệt để ràng buộc với nhau, hoặc bằng cách giảm một chuỗi triệt để bởi các chất ô nhiễm như oxy. Một số loại nhựa thậm chí có hợp chất ức chế cụ thể thêm để hạn chế tốc độ của phản ứng trùng. Dù bằng cách nào, chấm dứt tự giữ xe tăng từ trở thành một viên gạch rắn nhựa.
Ngoài ra còn có nguyên nhân vật lý cho photopolymerization không chạy hoang dã qua bể xây dựng. Ánh sáng tia cực tím phát ra từ màn hình LCD ở dưới cùng của hồ là không thực sự mạnh, và có xu hướng để có được hấp thụ bởi nhựa trước khi đi du lịch rất xa. Đây là lý do tại sao SLA nhựa có xu hướng không được sắc tố nặng nề, và tại sao bất kỳ sắc tố được bổ sung vào nhựa phải được lựa chọn cẩn thận để không hấp thụ tia UV. Đó là lý do tại sao cũng SLA in cần một dọn dẹp bổ sung và chữa bước sau in; trùng hợp xảy ra trong bể là không đầy đủ, với nhựa không phản ứng còn lại bên trong in ấn. Tắm in trong ánh sáng tia cực tím cường độ cao hoàn thành quá trình này và hóa thạch bản in.
Điền Up trên đậu nành
Giữa người khởi xướng, monome, bột màu, và có thể ức chế, SLA nhựa đã có vẻ như bia của một phù thủy của hóa chất. nhưng chúng tôi vẫn chưa xong. Nhựa hiếm khi chỉ cần sử dụng monome, thay vì sử dụng một sự pha trộn đặc biệt của monome và oligome – chuỗi ngắn các monome tiền polymer. thêm oligomer vào nhựa có xu hướng tăng tốc độ trùng bằng cách đưa ra các chuỗi phát triển một khởi đầu. Nó cũng có xu hướng tăng độ nhớt của nhựa, vì vậy mà nó không chảy nước mũi và không Slosh xung quanh trong bể xây dựng và nhận được bong bóng.
Một sự bổ sung phổ biến để SLA nhựa là một mối liên kết chéo. Cross-linkers là những hợp chất có thể hình thành mối liên hệ giữa hai hay phát triển hơn chuỗi polymer. Liên kết ngang có xu hướng làm cho các chuỗi polymer vào chi tiết của một cấu trúc ma trận, cho vay sức mạnh và độ cứng cho sản phẩm cuối cùng. Cross-liên kết cũng có thể thay đổi các thuộc tính của vật chất, và thậm chí cho phép đồng trùng hợp của các loại khác nhau của monome, giống như thêm urethan để acrylates để thêm dẻo dai và linh hoạt.
Một số loại nhựa SLA cũng chứa vật liệu phụ. Chất độn là khá phổ biến trong sản xuất nhựa – rất nhiều lịch trình 40 ống PVC có chứa đá vôi bột, ví dụ. Trong SLA nhựa, chất độn được thêm vào với số lượng lớn lên nhựa bằng cách điền vào các khoảng trống giữa các sợi liên kết ngang của polyme. Rất nhiều mới “thân thiện với môi” SLA nhựa đang đến tự xưng được làm từ đậu nành, và trong khi đó là sự thật – ít nhất là đối với một số loại nhựa – vẫn còn rất nhiều tài liệu trong nhựa đó là rõ ràng không phải từ đậu nành. và dầu đậu nành đó là trong đó thực sự chỉ là một phụ – mà không monome acrylat và crosslinkers niêm yết hoặc photoinitiator, nhựa sẽ được khá vô dụng.
Cũng giống như mẹ sử dụng để thực hiện? dầu đậu nành đã epoxy hóa (ESBO) được sử dụng như một chất làm dẻo trong nhiều loại nhựa. Nó được thực hiện bằng cách xử lý triglyceride đậu tương polyunsaturated với peroxide để chuyển đổi liên kết đôi C = C đến epoxit. Nguồn: từ Ed, phạm vi công cộng qua Wikimedia Commons
Không chỉ dành riêng cho in ấn
Trong khi chúng tôi đã tập trung chủ yếu vào SLA nhựa in ở đây, đó là xa từ các ứng dụng chỉ dành cho Photopolymer dùng. Nếu bạn đã có một chiếc răng điền bất cứ lúc nào trong ba thập kỷ qua, hay như vậy, rất có thể là tốt mà nha sĩ của bạn sử dụng một photopolymer chứa monome metacrylat và chữa khỏi với một sợi quang cây đũa đó phát ra ánh sáng UV. nhà sản xuất bảng mạch in sử dụng loại giấy nến, cả trong lớp phủ cản quang được sử dụng để etch các bảng, và trong mặt nạ hàn được áp dụng với hội đồng quản trị. Photopolymer dùng cũng được sử dụng cho mặt nạ trong suốt quá trình photolithographic tham gia vào sản xuất mạch tích hợp.