kemungkinan besar bahwa jika Anda telah melakukan apapun pencetakan 3D, itu adalah standar menyatu berbagai pemodelan deposisi. FDM adalah hal yang cukup sederhana – mendapatkan sedikit filamen plastik cukup panas, memeras goo cair keluar dari nozzle halus, mengontrol posisi nozzle yang lebih atau kurang tepat dalam tiga dimensi, dan ulangi selama berjam-jam sampai cetak Anda dilakukan . Untuk orang luar tampak seperti sihir, tapi kami itu hanyalah Sabtu sore.

pencetakan resin adalah hal lain sama sekali, dan jauh lebih dekat dengan sihir bagi kebanyakan dari kita. Tanaman saat printer stereolithography hanya memiliki layar LCD resolusi tinggi antara sumber cahaya UV dan tangki membangun dengan dasar transparan. cetakan yang dibangun lapis demi lapis dengan berkedip pola sinar UV ke dalam tangki sebagai piring membangun perlahan-lahan mengangkat itu dari resin, seperti beberapa makhluk yang muncul dari goo primordial.

Tentu saja itu semua hanya ilmu pengetahuan, tetapi jika ada sihir di SLA cetak, pasti itu dalam resin yang digunakan untuk itu. mencolok botol plastik coklat dan label informasi-miskin memberikan sedikit petunjuk mengenai bahan-bahan mereka, meskipun bau hidrokarbon dan kental, tekstur lengket cukup petunjuk yang baik. Mari kita lihat di dalam botol resin dan mencari tahu apa yang membuat keajaiban SLA terjadi.

Dasar

Sebuah dasar yang baik untuk memahami proses kimia balik resin stereolithography adalah polimerisasi metilmetakrilat (MMA) ke polimetilmetakrilat, juga dikenal sebagai PMMA atau hanya akrilik. Sementara formulasi untuk resin SLA bervariasi, banyak dari mereka didasarkan pada akrilat, sehingga kimia di sini adalah langsung berlaku untuk banyak resin, seperti prinsip-prinsip umum.

Polimerisasi metilmetakrilat adalah apa yang dikenal sebagai reaksi radikal bebas. Ia bekerja karena MMA memiliki ikatan ganda antara dua atom karbon, serta kelompok ester terdekat – kelompok dengan dua oksigen, salah satu dari mereka dalam ikatan ganda. Struktur elektronik dari dua kelompok ini membuat rentan karbon ganda terikat pengurangan, yang merupakan keuntungan dari sebuah elektron.

polimerisasi radikal bebas dari MMA dalam PMMA. Struktur cincin adalah inisiator, yang mengurangi karbon-karbon ikatan ganda MMA monomer. Yang menciptakan radikal bebas lain, yang mengurangi MMA lain, dan sebagainya.
Dalam keadaan normal, MMA monomer tidak bereaksi satu sama lain karena tidak ada elektron bebas mengambang sekitar untuk mengurangi ikatan karbon-karbon ganda. Untuk mendapatkan MMA untuk polimerisasi, inisiator – dalam hal ini, benzoil peroksida – kebutuhan untuk ditambahkan ke dalam campuran. Inisiator adalah senyawa kimia yang menyediakan elektron yang tidak berpasangan, atau radikal bebas. sekali radikal yang hadir, mereka mengikat karbon dengan mengurangi ikatan ganda. Produk dari reaksi pertama ini akan memiliki elektron yang tidak berpasangan sendiri, yang kemudian dapat terus dan mengurangi ikatan ganda monomer MMA lain, dan sebagainya. Produksi produk radikal bebas setelah inisiasi adalah kunci untuk polimerisasi radikal bebas.

Sehingga berdiri untuk alasan bahwa botol resin SLA akan berisi monomer MMA dan inisiator dari beberapa macam. tapi apa yang membuat monomer dari hanya polimerisasi dalam botol? Jika inisiator adalah sesuatu seperti benzoil peroksida digunakan dalam contoh di atas, itulah yang akan terjadi. Jadi untuk menjadi berguna untuk pekerjaan SLA, campuran resin harus mengandung inisiator yang dapat tetap lembam dalam campuran sampai diperlukan.

Menendang hal Off

Di sinilah photoinitiators ikut bermain. Di mana inisiator seperti benzoil peroksida akan mudah terurai menjadi radikal bebas dengan penerapan sedikit panas, photoinitiators perlu sedikit lebih membujuk. ratusan photoinitiators yang berbeda telah dikembangkan oleh perusahaan-perusahaan kimia selama bertahun-tahun, masing-masing disesuaikan dengan set tertentu monomer yang akan dipolimerisasi serta kebutuhan industri, seperti efisiensi pembentukan radikal bebas, toksisitas, dan bahkan bau disampaikan pada selesai produk. tetapi mereka semua berbagi ciri umum yang tidak aktif sampai mereka terkena cahaya dari panjang gelombang yang tepat.

Sebuah contoh yang baik dari fotoinisiator adalah 2,2-dimetoksi-2-phenylacetophenone, untungnya disingkat DMPA dan dijual dengan nama dagang IRGACURE 651 oleh Ciba. Senyawa ini memiliki dua cincin benzena bergabung dengan rantai dua-karbon. salah satu atom karbon pada bagian linker adalah double-terikat oksigen, membentuk kelompok fungsional keton. Ketika foton dari panjang gelombang yang tepat – DMPA memiliki puncak serapan 250 nm dan 340 nm – memukul kelompok keton, menjadi gembira ke titik di mana sebuah elektron akan terlepas. melalui serangkaian langkah-langkah perantara di mana elektron cadang dikocok sekitar untuk atom yang berbeda, bagian linker dari istirahat molekul dalam proses yang disebut α-belahan dada. Ini daun belakang spesies yang stabil – methylbenzoate – ditambah dua radikal bebas yang dapat memulai polimerisasi.

DMPA (kiri) terurai menjadi methylbenzoate dan dua radikal bebas (kanan) melalui langkah-langkah perantara bila terkenasinar UV. Sumber: dari Squidonius, domain publik, melalui Wikimedia Commons
Menekan Rem

Mekanisme photopolymerization menimbulkan pertanyaan: bagaimana sinar UV dalam printer SLA bukan hanya polimerisasi seluruh tangki resin sekaligus? Sepertinya itu akan menjadi masalah, karena polimerisasi pada dasarnya adalah reaksi berantai sekali dimulai. tetapi ada batas praktis untuk reaksi, baik untuk alasan kimia dan fisik.

Kimia, jumlah inisiator dalam resin biasanya cukup rendah – hanya beberapa persen dari campuran. Jadi ada banyak tempat untuk memulai reaksi polimerisasi. Reaksi polimerisasi juga cenderung mengalami pemutusan rantai secara spontan, baik dengan memiliki dua tumbuh rantai radikal mengikat bersama-sama, atau dengan pengurangan rantai radikal dengan kontaminan seperti oksigen. Beberapa resin bahkan memiliki senyawa inhibitor spesifik ditambahkan untuk membatasi kecepatan polimerisasi. Either way, penghentian spontan membuat tank dari menjadi bata padat plastik.

Ada juga alasan fisik untuk photopolymerization tidak berjalan liar melalui membangun tangki. Sinar UV yang berasal dari layar LCD di bagian bawah tangki tidak terlalu kuat, dan cenderung diserap oleh resin sebelum perjalanan sangat jauh. Inilah sebabnya mengapa SLA resin cenderung tidak berat berpigmen, dan mengapa setiap pigmen yang ditambahkan ke resin harus dipilih dengan hati-hati untuk tidak menyerap sinar UV. Ini juga mengapa SLA cetakan membutuhkan pembersihan tambahan dan menyembuhkan langkah setelah pencetakan; polimerisasi yang terjadi di dalam tangki tidak lengkap, dengan resin yang tidak bereaksi tersisa dalam cetak. Memandikan cetak dalam sinar UV-intensitas tinggi melengkapi proses dan mengeras cetak.

Mengisi Up pada Kedelai

Antara pemrakarsa, monomer, pigmen, dan mungkin inhibitor, SLA resin sudah tampak seperti minuman penyihir bahan kimia. tapi kami belum selesai. Resin jarang hanya menggunakan monomer, bukan menggunakan campuran khusus dari monomer dan oligomer – rantai pendek dari pra-polimerisasi monomer. menambahkan oligomer ke resin cenderung untuk mempercepat polimerisasi dengan memberikan rantai tumbuh kepala mulai. Hal ini juga cenderung meningkatkan viskositas resin, sehingga tidak berair dan tidak aduk sekitar dalam membangun tangki dan gelembung.

Selain umum lain untuk resin SLA adalah cross-linker. Cross-linker merupakan senyawa yang dapat membentuk koneksi antara dua atau lebih tumbuh rantai polimer. Cross-linking cenderung membuat rantai polimer menjadi lebih dari sebuah struktur matriks, pinjaman kekuatan dan kekakuan untuk produk akhir. Cross-linking juga dapat mengubah sifat-sifat bahan, dan bahkan memungkinkan untuk kopolimerisasi dari berbagai jenis monomer, seperti menambahkan urethane untuk akrilat untuk menambah ketangguhan dan fleksibilitas.

Beberapa resin SLA juga mengandung bahan pengisi. Pengisi cukup umum di plastik – banyak jadwal 40 pipa PVC mengandung kapur bubuk, misalnya. Dalam resin SLA, pengisi ditambahkan massal plastik dengan mengisi ruang antara helai silang polimer. Banyak baru SLA resin “eco-friendly” datang ke mengaku dibuat dari kedelai, dan sementara itu benar – setidaknya untuk beberapa resin – masih ada banyak bahan dalam resin yang jelas tidak dari kacang kedelai. dan minyak kedelai yang ada di sana benar-benar hanya pengisi – tanpa monomer akrilat dan crosslinkers terdaftar atau fotoinisiator itu, resin akan cukup berguna.

Seperti ibu yang digunakan untuk membuat? Terepoksidasi minyak kedelai (Esbo) digunakan sebagai plasticizer dalam banyak plastik. Ini dibuat dengan memperlakukan trigliserida kedelai tak jenuh ganda dengan peroksida untuk mengkonversi C = C ikatan ganda untuk epoksida. Sumber: dari Ed, domain publik melalui Wikimedia Commons
Tidak hanya untuk Percetakan

Sementara kita sudah terkonsentrasi terutama pada SLA mencetak resin sini, itu jauh dari satu-satunya aplikasi untuk photopolymers. Jika Anda sudah memiliki gigi diisi setiap saat dalam tiga dekade terakhir atau lebih, kemungkinan besar bahwa dokter gigi Anda menggunakan photopolymer yang mengandung monomer metakrilat dan disembuhkan dengan serat optik tongkat yang memancarkan UV cahaya. dicetak produsen papan sirkuit menggunakan macam photopolymers, baik di lapisan photoresist yang digunakan untuk etch papan, dan topeng solder yang diterapkan ke papan. Photopolymers juga digunakan untuk masking selama proses photolithographic yang terlibat dalam pembuatan sirkuit terpadu.