Види смол для 3д принтерів

З появою фотополімерних смол для 3D-принтерів, стало можливо друкувати пластикові деталі з високою деталізацією малих елементів і гладкою поверхнею. Завдяки різноманітності фотополімерних смол, вони застосовуються в безлічі галузей промисловості та стали дуже популярним матеріалом для 3D-друку.

Що таке фотополімерна смола?

Фотополімерна смола – це полімер, який змінює свої властивості при впливі світла, найчастіше ультрафіолетового. Варіабельність фотополімерних смол полягає в тому, що їх властивостями можна маніпулювати шляхом зміни формули. Виробники можуть створювати смоли з різноманітними характеристиками матеріалу, міняючи типи та кількість мономерів, олігомерів, фотоініціаторів та добавок. Таким чином, в результаті досягаються різні рівні гнучкості, твердості, прозорості, кольору та стійкості до тепла чи хімічних речовин.

Технології 3D-друку з використанням фотополімерної смоли

Фотополімерні смоли для 3д принтерів використовуються в різних технологіях 3D-друку, зокрема стереолітографії (SLA), цифрового світлового оброблення (DLP) та маскованої стереолітографії (mSLA). У цих методах світлове джерело вибірково затверджує шар за шаром смолу, створюючи кінцевий 3D-об'єкт.

1. SLA (Стереолітографія)

Стереолітографія (SLA) – одна з найстаріших і найбільш поширених технологій 3D-друку, яка використовує фотополімерні смоли. Винайдена в 1980-х роках, цей процес передбачає те, що УФ-лазер відстежує заданий дизайн на поверхні смоли. Лазер вибірково затверджує смолу шар за шаром для формування кінцевого об'єкта.

В процесі друку SLA об'єкт формується шляхом звертання (полімеризації) тонких шарів рідкого полімеру за допомогою ультрафіолетового лазерного променя. SLA забезпечує високу роздільну здатність і точність, здатною виготовляти деталі з гладкою поверхнею та високим рівнем деталізації. Вона ідеально підходить для створення прототипів, моделей та виробничих деталей в різних галузях, включаючи інженерію, автомобільну та стоматологію.

2. DLP (Цифрове світлове оброблення)

DLP представляє собою інший популярний метод 3D-друку, який використовує фотополімерні смоли. На відміну від SLA, в процесі друку за допомогою DLP технології об'єкт створюється за допомогою проекції світла через маску зображень, яка розташована на дні бака з полімером. Світлодіоди або інші джерела світла випромінюють світло через маску, що відбиває образ об'єкта на поверхню полімеру, викликаючи його полімеризацію. Цей підхід пришвидшує виготовлення виробів, оскільки одночасно полімеризується весь шар за один раз через проекцію світла через всю поверхню.

Однак якість друку DLP може залежати від розміру пікселів проектора. Цей метод ідеально підходить для задач, де важлива швидкість без втрати рівня деталізації, наприклад, для стоматологічних апаратів або в ливарному виробництві.

3. mSLA (Маскована стереолітографія)

Маскована стереолітографія (як і DLP, mSLA) також виставляє весь шар одночасно, але робить це за допомогою світлодіодного джерела УФ та рідкокристалічного дисплея (LCD), який визначає, де світло затверджує смолу.

Дисплей LCD оновлюється для кожного шару, що дозволяє швидкий, високороздільний друк. mSLA поєднує деякі переваги SLA та DLP, збалансовуючи швидкість, вартість і якість. Ця технологія корисна для виготовлення мініатюр, прототипів та моделей для стоматології.

Переваги використання фотополімерної смоли для 3D-друку

• Висока швидкість друку. Процеси друку високої швидкості значно скорочують виробничі цикли, роблячи можливим доставку функціональних прототипів та кінцевих деталей за рекордний час – це допомагає трансформувати економіку та виробничу логістику.
• Різноманітність характеристик матеріалу. Фотополімерні смоли пропонують широкий спектр характеристик матеріалу для конкретних застосувань. Ця універсальність означає, що фотополімерні смоли можна використовувати, як у виготовленні ювелірних виробів та моделей для стоматології, так і у створенні прототипів та функціональних деталей в різних галузях.
• Висока точність складних геометрій. Одна з ключових особливостей 3D-друку фотополімерною смолою – це здатність відтворювати складні геометричні фігури з високою точністю. Процес затвердження смоли на основі світла дозволяє захоплювати дрібні деталі, що робить можливим друк витончених форм, які було б важко або неможливо виконати іншими методами виробництва. Ця точність особливо важлива в аерокосмічній, медичній та стоматологічній сферах, де компоненти часто мають складний дизайн та повинні бути виготовленні з максимальною точністю.
• Гладка поверхня виробу. Процес затвердження шар за шаром у фотополімерному 3D-друці дозволяє досягати гладкої поверхні виробів, зменшуючи необхідність післядрукової обробки. Ця перевага є суттєвою в сферах, де естетика кінцевого продукту є важливою, наприклад, в дизайні продуктів та споживчих товарів. Крім того, гладка поверхня може мати важливе функціональне значення, наприклад, при виготовленні медичних пристроїв чи деталей, які повинні точно взаємодіяти між собою.

Недоліки фотополімерного 3D-друку

Незважаючи на безліч переваг використання фотополімерних смол у 3D-друці, існують також певні обмеження, про які користувачам варто знати.

1. Деякі смоли можуть бути крихкими

Хоча фотополімерні смоли пропонують широкий спектр характеристик матеріалу, деякі смоли можуть бути крихкими, особливо при друку екстремально тонких чи складних геометричних фігур. Ця крихкість може обмежувати їх використання в конструкціях, де потрібна висока міцність або стійкість до ударів, таких як функціональні деталі в механічних системах.

З часом надруковані деталі також можуть ставати більш крихкими через вплив світла та повітря, що може призводити до подальшого руйнування матеріалу. Однак постійно з'являються на ринку нові види міцних та ударостійких фотополімерів.

2. Вимагає додаткової обробки після друку

Післядрукова обробка зазвичай включає в себе вимивання надрукованої деталі для видалення незатверділої смоли, а потім запуску процесу затвердіння виробу, щоб він набув своїх механічних властивостей. Це може збільшити складність процесу виробництва та збільшити час виготовлення кінцевого продукту.

Види фотополімерних смол та їх властивості

1. Стандартні фотополімерні смоли

Найбільш поширеними смолами для SLA-друку є стандартні фотополімерні смоли на основі акрилових або епоксидних полімерних ланцюгів.

Переваги:

• хороша деталізація та гладка поверхня виробів;
• широкий спектр властивостей матеріалу – від різних рівнів стійкості, довговічності та ін.
• доступні ціни – економічний варіант для більшості друкувань.

Недоліки: стандартні смоли можуть бути крихкими та схильними до тріщин при великому напруженні або ударі, а також можуть деформуватися під впливом різних температур.

Ідеально для: прототипування загального призначення та деталей, які не вимагають великої міцності чи гнучкості. Можливе застосування в стоматології та ювелірній справі.

2. Міцні та гнучкі смоли

Міцні та гнучкі смоли містять еластомери або термопластичний поліуретан (ТПУ), щоб покращити довговічність.

Переваги включають:

• збільшена еластичність;
• високий опір удару, не тріскає та не розбивається під навантаженням;
• покращена міцність на розрив.

Недоліки: нижча роздільна здатність та точність друку.

Ідеальні для:

• функціональних прототипів з високою стійкістю до ударів;
• виготовлення гнучких та нетвердих виробів, таких як ручки, ущільнення та зачіпки.

3. Литтєві смоли

Цей матеріал дозволяє створювати моделі з дрібними деталями та гладкою поверхнею, і при цьому не залишає попелу чи залишків після вигорання.

Литтєва смола дозволяє отримати готовий виріб безпосередньо від дизайну до прецизійного лиття за допомогою лише одного 3D-друкованого елементу. Цей матеріал ідеально підходить для створення ювелірних виробів та інших дрібних та складних компонентів.

4. Композитні смоли

Композитні смоли містять додані частинки або волокна, такі як: кераміка, вуглецеве волокно, скловолокно, дерево або камінь.

Переваги:

• покращена міцність;
• збільшена стійкість до тепла;
• краща стабільність при збільшенні розмірів;
• унікальні естетичні ефекти.

Часто використовуються для:

• виробництва елементів с високою теплостійкість та зносостійкістю;
• виготовлення механічних деталей з міцнішими та жорсткішими характеристиками, ніж пластик сам по собі;
• створення художніх об'єктів з імітацією каменю, дерева або металу;
• надання виробам властивостей, які не можуть забезпечити стандартні смоли.

5. Спеціалізовані смоли

Існують також спеціалізовані смоли, розроблені для особливих застосувань:

• медичні/стоматологічні – біосумісні, автоклавовані;
• ювелірні – як правило, литтєві для забезпечення високої точності;
• автомобільні – витримують вплив різних паливо-мастильних матеріалів та тепла;
• авіаційні – забезпечують екстремальну міцність та стійкість до тепла.

6. Рослинні смоли

Рослинна смола для 3D друку — це екологічно чистий матеріал, виготовлений на основі біорозкладних компонентів, здебільшого з рослинних ресурсів, таких як соєва олія. Вона є альтернативою традиційним смолам, які зазвичай виготовляються на основі хімічних полімерів. Основні переваги рослинної смоли полягають у тому, що вона менш токсична, має менший вплив на довкілля та, в багатьох випадках, легше розкладається або переробляється.

Основні характеристики рослинної смоли для 3D друку:

1. Біорозкладність: вона частково розкладається під дією природних процесів.
2. Менша токсичність: у порівнянні з традиційними смолами, вона виділяє менше шкідливих речовин під час друку.
3. Якість друку: рослинні смоли забезпечують чіткі деталі та гарну поверхневу обробку, що робить їх підходящими для створення високоточних моделей.
4. Сумісність: зазвичай підходять для фотополімерних 3D-принтерів, які використовують технологію SLA або DLP.

Недоліком рослинної смоли може бути її вища вартість та іноді трохи менша міцність у порівнянні з традиційними матеріалами.

 

Основні характеристики фотополімерних смол

Завжди варто підбирати метод затвердження відповідно до специфікацій вашого принтера. Смоли LED та УФ несумісні між собою.

1. В'язкість

В'язкість вимірює товщину смоли та її стійкість до текучості. Смоли з меншою в'язкістю мають кращу роздільність, але можуть розливатися або витікати на друковану платформу.

Смоли з більшою в'язкістю зменшують розливання, але обмежують деталізацію.

Шукайте рекомендований діапазон в'язкості для вашого принтера.

2. Звуження

Коли

фотополімерна 3d смола

переходить з рідкого в твердий стан, процес зв'язування призводить до її стиснення та скорочення.

Звичайне звуження становить близько 2-6%. Вищий коефіцієнт може призвести до викривлення або деформації друкованих виробів.

3. Механічні властивості

Механічні характеристики вказують на те, як матеріал буде вести себе під різними умовами навантаження:

• Тягова міцність – опір ламання під тяговим або розтягуючим навантаженням.
• Згинна міцність – здатність витримувати деформації або силу згину.
• Еластичність при розриві – наскільки далеко вона може розтягнутися перед ламанням.
• Твердість – опір втискання.

Порівнюйте із вашими потребами застосування. Гнучкі смоли забезпечують велику еластичність, але меншу міцність.

4. Теплові властивості

Важливі теплові характеристики:

• Температура переходу (Tg) – значення, де смола переходить від твердого пластику до гумового стану.
• Температура вигину – температура, при якій матеріал суттєво деформується під навантаженням.

Основні моменти, які важливо запам'ятати

• Смоли SLA не є універсальними для всіх застосувань. Вибирайте смолу, розроблену для вашого конкретного випадку.
• Механічні, теплові та естетичні властивості відрізняються в залежності від типу смоли. Порівнюйте характеристики з вашими потребами.
• Завжди дотримуйтесь методу затвердження (довжина хвилі LED або УФ-лазера) між смолою та принтером.
• Дотримуйтеся рекомендацій виробника щодо правил використання та безпеки.
• Враховуйте, що при налаштуванні параметрів друку для кожної нової смоли, необхідно виконувати тестові друки для оптимізації результатів.