3D-Druck mit Harzen:Eine Einführung

Harze sind ein großer Teil der Materialforschung im 3D-Druck und eignen sich ideal für die schnelle Herstellung von Teilen mit hoher Genauigkeit. 3D-Druckharze sind flüssige Photopolymere , die hauptsächlich mit Technologien wie Stereolithographie (SLA) und Material Jetting verwendet wird.

Um Ihnen zu helfen, sich besser in der Welt der 3D-Druckharze zurechtzufinden, behandelt das heutige Tutorial die wichtigsten auf dem Markt verfügbaren Harztypen, die wichtigsten verwendeten Technologien sowie die wichtigsten Anwendungen.

Was sind Photopolymere?

Photopolymere sind lichtempfindliche Harze, die ihre physikalischen oder chemischen Eigenschaften ändern, wenn sie einer Lichtquelle, typischerweise UV-Licht, ausgesetzt werden. Im Gegensatz zu den Thermoplasten, die beim Fused Deposition Modeling (FDM) verwendet werden, sind Photopolymere Duroplaste , was bedeutet, dass das Material zwar beim Erhitzen fester wird, aber nach dem Aushärten durch UV-Licht nicht wieder geschmolzen oder wieder erhitzt werden kann.

Photopolymere sind in der Regel spröder als FDM- oder SLS-Thermoplaste, obwohl sie Objekte mit höherer Auflösung und glatterer Oberflächenbeschaffenheit erzeugen können. Mit einer Reihe von verfügbaren Farben und Eigenschaften eignen sich 3D-gedruckte Harze perfekt für eine Reihe von Anwendungen, darunter visuelle und funktionale Prototypen, medizinische Geräte und Gussmodelle für Schmuck.

3D-Druck mit Harzen:SLA und Material Jetting

Stereolithographie (SLA) und Material Jetting sind die beiden am häufigsten verwendeten Technologien für 3D-Druckharze. Obwohl beide Technologien UV-Licht verwenden, um flüssige Photopolymere zu härten und Stützstrukturen erfordern, enden die Ähnlichkeiten hier.

Der SLA-Prozess

Während des SLA-Produktionsprozesses wird ein Bottich mit einem flüssigen photohärtbaren Harz selektiv durch einen UV-Laser Schicht für Schicht ausgehärtet, wodurch das Harz verfestigt wird. Nach dem Drucken muss das Harzteil nachgehärtet werden, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

Der Materialstrahlprozess

Im Gegensatz dazu ist Material Jetting (oder PolyJet) ein Tintenstrahldruckverfahren und verwendet keine Laser. Material Jetting-Drucker sind mit Druckköpfen ausgestattet, die ein flüssiges photoreaktives Material Schicht für Schicht auf eine Bauplattform aufbringen. Nach dem Aufbringen einer Materialschicht wird diese durch UV-Licht ausgehärtet. Im Gegensatz zu SLA benötigen die gedruckten Teile keine oder nur eine sehr geringe Nachhärtung.

Die Hauptvorteile der Verwendung dieser Technologien mit Harzen sind die hohe Geschwindigkeit und die hohe verfügbare Genauigkeit. Darüber hinaus ist es mit Material Jetting möglich, Vollfarb- und Mehrmaterialteile herzustellen, wobei eine Reihe einzigartiger Verbundmaterialien mit Hybrideigenschaften möglich sind. Dies ist dank der Einzigartigkeit des Materialstrahlverfahrens möglich:Materialstrahlsysteme enthalten typischerweise mehrere Düsen, die unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Farben in einem einzigen Druckprozess auftragen können.

SLA-Harze

SLA kann mit einer Vielzahl von Harzen verwendet werden, die Optionen variieren jedoch je nach Art des SLA-3D-Druckers, für den Sie sich entscheiden. Im Allgemeinen können SLA-Harze entwickelt werden, um verschiedene Eigenschaften herkömmlicher Materialien zu simulieren. Möglich sind beispielsweise die Entwicklung von mit Wachs vergleichbaren Harzen für den Wachsguss oder ein Verbundwerkstoff mit den Materialeigenschaften von Keramik. Andere Harze können die Eigenschaften traditioneller Thermoplaste wie ABS und PP nachahmen.

Standardharze

Standardharze bieten hochpräzise Eigenschaften und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit. Sie sind auch in einer großen Auswahl an Farben erhältlich (von klar bis zu einer Vielzahl von opaken Farben).

Ein Nachteil dieses Materials ist jedoch seine Sprödigkeit, wodurch Standardharze besser für das Prototyping geeignet sind.

Haltbares Harz

Langlebige oder zähe Harze simulieren die Eigenschaften von ABS- und PP-Thermoplasten und ermöglichen eine höhere Festigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit als Standardharze. ABS-ähnliche und PP-ähnliche Harze eignen sich für funktionale Prototypen, Konsumgüter und allgemein reibungs- und verschleißarme mechanische Teile.

PP-ähnliches Harz hat auch halbflexible Eigenschaften und ist ideal für Schnappverbindungen. Bei der Auswahl des richtigen Materials für Ihre Anwendung sollte jedoch die geringe Wärmebeständigkeit dieses Harztyps berücksichtigt werden.

Kautschukähnliches Harz

Dieses Material kann flexible Teile mit einem weichen gummiartigen Gefühl schaffen. Gummiartiges Harz kann komprimiert und gebogen werden, was es zu einer guten Wahl für quetschbare Modelle, Wearables-Prototyping, Griffe und Griffe sowie für Mode- und Schmuckanwendungen macht.

Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Eigenschaften eines gummiartigen Harzes nicht mit echtem Gummi verglichen werden können. Das Material benötigt auch beim 3D-Druck Stützstrukturen.

Hochtemperaturharz

Dieser Harztyp weist eine hohe Hitzebeständigkeit (über 200°C) und Steifigkeit auf. Dank seiner thermischen Eigenschaften kann dieses Hochtemperaturharz zur Herstellung von Werkzeugen für das Spritzgießen und Thermoformen in Kleinserien sowie für verschiedene Vorrichtungen und Vorrichtungen verwendet werden.

Formlabs ist einer der wenigen Hersteller zur Herstellung von Hochtemperaturharzen, und das Material kann neben Spritzgusswerkzeugen auch zur Herstellung von Gieß- und Tiefziehwerkzeugen verwendet werden.

Gießbares Harz

Gießbares Harz ist eine kostengünstige Wahl für die Herstellung von komplizierten Modellen für den Feinguss (oder Schmuck). Beim Feingussverfahren wird um ein Wachsmodell eine Keramikform hergestellt. Wenn die Form erstarrt ist, wird Wachs weggebrannt und das geschmolzene Metall zu einem Teil gegossen.

Zahnärztliches und medizinisches Harz s

Wenn Sie Teile mit biokompatiblen Eigenschaften für dentale und medizinische Anwendungen benötigen, dann sind diese Harztypen die Materialien zum Anfassen. Dentale und medizinische Harze wurden erfolgreich zum 3D-Drucken von individuell angepassten Hörgeräten und Bohrschablonen verwendet.

Mit diesen Harzen gedruckte Teile können für den direkten Gebrauch im Operationssaal dampfsterilisiert werden. Es besteht auch die Möglichkeit eines biokompatiblen Langzeit-Dentalharzes, das in kieferorthopädischen Geräten verwendet werden kann, die für einen längeren Kontakt mit dem menschlichen Körper (bis zu einem Jahr) ausgelegt sind.

Keramikgefülltes Harz

Dieses silikagefüllte Photopolymer bietet eine hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit und erzeugt Teile mit sehr glatten Oberflächen und feinen Merkmalen. Das Keramikharz ist ein relativ neues SLA-Material und erfordert in der Regel ein höheres Maß an Geschick als andere Harze.

Zusätzlich können mit Keramikharz 3D-gedruckte Teile in einem Ofen gebrannt werden, wobei Polymer wegbrennt und zu ein echtes Keramikteil. Das Material eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, von Werkzeugen, Vorrichtungen und Vorrichtungen bis hin zu Schaltschränken und Anwendungen in Kunst und Design.

Material Jetting Harze

Material Jetting verwendet Photopolymerharze ähnlich denen, die in SLA verwendet werden, jedoch in einer weniger viskosen, tintenähnlichen Form. Einige dieser Harze ahmen auch die Eigenschaften von FDM-3D-Druckmaterialien wie PP und ABS nach. Wie SLA-Harze sind Material Jetting-Photopolymere in einer Vielzahl von Farboptionen sowie in einer Reihe von Spezialmaterialien (gießbar, Hochtemperatur, medizinische Qualität) erhältlich. Im Allgemeinen sind Material Jetting-Harze spröde, haben eine niedrige Wärmeformbeständigkeit und ihre Kosten pro Kilogramm sind viel höher als bei SLA-Harzen (ungefähr 300 $ bis 1000 $).

Wie die meisten Harze, die beim Material Jetting verwendet werden ähnliche Eigenschaften wie SLA-Harze haben, konzentrieren wir uns auf die Materialien, die bei der Technologie verwendet werden. Dazu gehören Verbundwerkstoff Materialien für den Multimaterial-3D-Druck. Die Verbundwerkstoffe werden durch die Kombination von zwei oder mehr Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften (wie starre und elastomere oder transluzente und undurchsichtige Kombinationen) in einem Teil hergestellt. Eine Anwendung hierfür wäre im Bereich Prototyping: Beispielsweise können Unternehmen Vollfarb-Prototypen mit einem Aussehen und Gefühl des Endprodukts in 3D drucken.

Darüber hinaus können Verbundwerkstoffe in technischer Qualität eine gute Wahl für Formen für Spritzgussformen in Kleinserien sowie für verschiedene Arten von Vorrichtungen und Vorrichtungen sein.

Endlose Möglichkeiten

In diesem Tutorial haben wir hauptsächlich die mit UV-Licht härtbaren Harze besprochen, die bei weit verbreiteten 3D-Drucktechnologien verwendet werden. Der 3D-Druckmarkt bietet jedoch auch eine neuere Generation von Photopolymerisationstechniken:zum Beispiel die Continuous Liquid Interface Production (CLIP)-Technologie von Carbon, die technische Harze unterstützt und eine höhere Druckgeschwindigkeit als SLA haben soll.

Carbon hat den Anwendungsbereich von Harzen erweitert und bietet derzeit acht verschiedene Arten von Harzen. Zu diesen gehört der Cyanitester (CE) des Unternehmens, ein einzigartiges CLIP-Material mit einer Wärmeformbeständigkeit von 231 °C und einer Festigkeit, die mit glasfaserverstärktem Nylon vergleichbar ist.

Dank kontinuierlicher Fortschritte im Bereich der Photopolymerharzen ist die Zukunft dieser Materialien sicherlich rosig. Ein Unternehmen, das auf diesem Gebiet Pionierarbeit leistet, ist Photocentric, ein in Großbritannien ansässiges Unternehmen, das sich auf photopolymere Materialien spezialisiert hat. Das Unternehmen entwickelt Polymere für den 3D-Druck, die mit einem LCD-Bildschirm anstelle von UV-Licht ausgehärtet werden können, und ist damit Vorreiter auf dem Gebiet der „Tageslichtharze“.

Mit vielen Innovationen im Bereich photopolymerer Materialien können wir nur freue mich auf weitere Anwendungen und Anwendungsfälle in der Zukunft.