Fotopolymers Uitgelegd: Fundamenten & Toepassingen

De term fotopolymere verwijst naar een klasse van lichtgevoelige harsen die uitharden wanneer ze blootgesteld worden aan ultraviolet (UV) licht. Wanneer de vloeibare fotopolymerhars in contact komt met een UV-lichtbron – doorgaans een lamp, laser of projector – transformeren foto-initiatoren die lichtenergie in chemische energie. Vervolgens combineren oligomeren of "bindmiddelen" en monomeren, harden uit en vormen bindingen die de polymere structuur creëren. Fotopolymere zijn ofwel thermoplasten, die bij hoge temperatuur smelten, of thermoharders, wat betekent dat ze eenmaal uitgehard door hitte niet meer gesmolten of herschapen kunnen worden.

Fotopolymere vertegenwoordigen het grootste deel van de additieve productiematerialenmarkt en hebben een brede verscheidenheid aan toepassingen. Vandaag de dag zijn fotopolymere veelvoorkomende kandidaten voor onderdelen die in de tandheelkundige industrie worden gebruikt en worden frequent gebruikt in tandhechting of beschermende coatingen. Lijmen gemaakt met fotopolymerhars worden ook breed gebruikt om cathelters, medische filters, chirurgische maskers en zelfs gespecialiseerde elektronica te maken.

Hier is een crashcursus over dit populaire materiaal en hoe het gebruikt wordt, plus belangrijke overwegingen voor ingenieurs.

Fotopolymer 3D-printprocessen

Fotopolymere zijn compatibel met een aantal additieve productieprocessen. In al deze processen wordt een hars uitgehard met licht, waarna een volledig onderdeel of prototype laag voor laag wordt opgebouwd tot voltooiing. De meest populaire fotopolymer 3D-printprocessen omvatten het volgende:

Stereolithografie (SLA)

Stereolithografie (SLA) is het originele fotopolymer 3D-printproces. Tijdens het printen schiet een laser hooggeconcentreerde bundels ultraviolet licht (zoals een laser) op het oppervlak van een vat fotopolymerhars.

De laser verijdelt individuele lagen hars op een platform tot het eindonderdeel voltooid is. In het geval van geïnverteerde SLA, wordt de projector onderaan geplaatst en het platform beweegt omhoog tot het printen voltooid is. Onderdelen gemaakt met het proces bekomen een uitzonderlijke oppervlakteafwerking, maar zijn doorgaans niet zo sterk als onderdelen gemaakt met andere processen, zoals fused deposition modeling (FDM).

Digital Light Synthesis (DLS)

Carbon® Digital Light Synthesis (DLS)™, voorheen bekend als Continuous Liquid Interface Production (CLIP), gebruikt een digitale projector om onderdelen te bouwen. Dit fotochemische proces projecteert UV-licht door een UV-doorlatend zuurstof-doorlatend venster aan de bodem van de vat. De reeks UV-beelden worden door het venster en in de fotopolymerhars geprojecteerd, waardoor het onderdeel uithardt en het bouwplatform omhoog stijgt.

DLS is een continu en snel printproces dankzij een aantal van deze procesverbeteringen. Echter, de meeste materialen beschikbaar via DLS zijn een tweedelige uitharding, wat betekent dat ze een thermische bak na het printen vereisen om hun eindvorm en eigenschappen te bereiken. Deze tweede stap van bakken stelt het printproces in staat sneller te zijn en hogere graad materiaaleigenschappen te produceren met uitzonderlijke stijfheid en kracht. Ingenieurs wenden zich tot DLS wanneer ze kleine, isotrope onderdelen met uitstekende mechanische eigenschappen willen creëren.

PolyJet

PolyJet gebruikt geen vat vloeibare fotopolymerhars om onderdelen te bouwen, wat het onderscheidt van SLA en DLS. In plaats daarvan wordt een laag van de hars op een gelmatrix gespoten en vervolgens opgelost zodra het productieproces voltooid is.

Onderdelen gemaakt met dit proces zijn niet bekend om hun kracht en zijn hoogst gevoelig voor UV-stralen. Gelukkig compenseren PolyJet-onderdelen wat ze aan kracht ontbreken met resolutie. PolyJet is het 3D-printproces van keuze voor het produceren van esthetisch aantrekkelijke onderdelen met ongekende oppervlakteafwerkingen.

Voordelen en nadelen van fotopolymerhars

Fotopolymere hebben toepassingen in een brede verscheidenheid aan industrieën, maar deze toepassingen zijn doorgaans hoogst gespecialiseerd. Fotopolymerharsen zijn niet bijzonder sterk of duurzaam vergeleken met vergelijkbare high-strength injectiejitharsmaterialen, en ze zijn vatbaar voor creep na het dragen van zware lasten gedurende een lange periode. Echter, ingenieurs kunnen kleine, hoge-resolutie prototypes met gladde oppervlakken en complexe geometrieën bouwen met deze hars. Voor elke toepassing moeten ingenieurs hun specifieke vereisten van hun toepassing begrijpen en of de beschikbare materialen geschikt zijn.

Aan de slag met fotopolymerhars

Beperkingen daargelaten, ziet de toekomst van fotopolymere er licht uit. Verschillende soorten fotopolymere vertonen al unieke chemische en mechanische eigenschappen die ideaal zijn voor een reeks specifieke use cases. En naarmate de technologie vooruitgaat, zullen fotopolymere zeker evolueren, waardoor fabricanten en productteams de voordelen van het materiaal kunnen benutten zonder in te boeten op duurzaamheid of oppervlakteafwerkingskwaliteit.

Wanneer u partner wordt van Fast Radius, heeft u een toegewijd team van productie-experts tot uw beschikking. Ongeacht waar u bent in het ontwerp- en ontwikkelproces, kan ons team van ervaren ingenieurs en ontwerpers het productieproces vereenvoudigen, of dat nu betekent ontwerpoptimalisatie, advies over materialen en afwerkingen, of het combineren van 3D-printprocessen met traditionele. Bij Fast Radius zijn we toegewijd aan het helpen van elke cliënt sneller en effectiever te innoveren. We zijn er voor u – neem vandaag nog contact met ons op.

Geïnteresseerd in meer leren over de basisprincipes van additieve productie? Bekijk het Fast Radius kenniscentrum.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?

Start uw offerte