Eine Übersicht über Photopolymere

Der Begriff Photopolymer bezieht sich auf eine Klasse von lichtempfindlichen Harzen, die sich verfestigen, wenn sie ultraviolettem (UV) Licht ausgesetzt werden. Wenn das flüssige Photopolymerharz mit einer UV-Lichtquelle in Kontakt kommt – typischerweise eine Lampe, ein Laser oder ein Projektor – wandeln Photoinitiatoren diese Lichtenergie in chemische Energie um. Dann verbinden sich Oligomere oder „Bindemittel“ und Monomere, härten aus und bilden Bindungen, die die Polymerstruktur erzeugen. Photopolymere sind entweder Thermoplaste, die bei hohen Temperaturen schmelzen, oder Duroplaste, was bedeutet, dass sie nach dem Aushärten durch Hitze nicht geschmolzen oder umgeformt werden können.

Photopolymere stellen den größten Teil des Marktes für additive Fertigungsmaterialien dar und haben eine Vielzahl von Anwendungen. Heutzutage sind Photopolymere gängige Kandidaten für Teile, die in der Dentalindustrie verwendet werden, und werden häufig zum Kleben von Zähnen oder Schutzbeschichtungen verwendet. Klebstoffe aus Photopolymerharz werden auch häufig zur Herstellung von Kathetern, medizinischen Filtern, chirurgischen Masken und sogar Spezialelektronik verwendet.

Hier finden Sie einen Crashkurs zu diesem beliebten Material und seiner Verwendung sowie wichtige Überlegungen für Ingenieure.

Fotopolymer-3D-Druckverfahren

Photopolymere sind mit einer Reihe von additiven Herstellungsverfahren kompatibel. Bei all diesen Prozessen wird ein Harz mit Licht ausgehärtet, dann wird ein vollständiges Teil oder ein Prototyp Schicht für Schicht bis zur Fertigstellung aufgebaut. Zu den beliebtesten Photopolymer-3D-Druckverfahren gehören die folgenden:

Stereolithographie (SLA)

Stereolithographie (SLA) ist das ursprüngliche Photopolymer-3D-Druckverfahren. Während des Druckens schießt ein Laser hochkonzentrierte ultraviolette Lichtstrahlen (wie ein Laser) auf die Oberfläche eines Bottichs aus Photopolymerharz.

Der Laser verfestigt einzelne Harzschichten auf einer Plattform, bis das endgültige Teil fertig ist. Beim invertierten SLA wird der Projektor unten platziert und die Plattform bewegt sich nach oben, bis der Druckvorgang abgeschlossen ist. Mit diesem Verfahren hergestellte Teile weisen eine außergewöhnliche Oberflächenbeschaffenheit auf, sind jedoch normalerweise nicht so stark wie Teile, die mit anderen Verfahren hergestellt wurden, z. B. Fused Deposition Modeling (FDM).

Digitale Lichtsynthese (DLS)

Carbon® Digital Light Synthesis (DLS)™, früher bekannt als Continuous Liquid Interface Production (CLIP), verwendet einen digitalen Projektor, um Teile zu bauen. Dieser photochemische Prozess projiziert UV-Licht durch ein UV-transparentes, sauerstoffdurchlässiges Fenster am Boden des Bottichs. Die Sequenz von UV-Bildern wird durch das Fenster und in das Photopolymerharz projiziert, wodurch sich das Teil verfestigt und die Konstruktionsplattform ansteigt.

DLS ist aufgrund einiger dieser Prozessverbesserungen ein kontinuierlicher und schneller Druckprozess. Die meisten Materialien, die über DLS erhältlich sind, sind jedoch zweiteilig ausgehärtet, was bedeutet, dass sie nach dem Drucken thermisch getrocknet werden müssen, um ihre endgültige Form und Eigenschaften zu erreichen. Dieser zweite Backschritt ermöglicht einen schnelleren Druckprozess und erzeugt hochwertigere Materialeigenschaften mit außergewöhnlicher Steifigkeit und Festigkeit. Ingenieure wenden sich an DLS, wenn sie kleine, isotrope Teile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herstellen möchten.

PolyJet

PolyJet verwendet keinen Bottich mit flüssigem Photopolymerharz, um Teile zu bauen, was es von SLA und DLS unterscheidet. Stattdessen wird eine Schicht des Harzes auf eine Gelmatrix gesprüht und nach Abschluss des Herstellungsprozesses wieder aufgelöst.

Mit diesem Verfahren hergestellte Teile sind nicht für ihre Festigkeit bekannt und sehr empfindlich gegenüber UV-Strahlen. Was den PolyJet-Teilen an Stärke fehlt, machen sie glücklicherweise durch die Auflösung wett. PolyJet ist das 3D-Druckverfahren der Wahl für die Herstellung ästhetisch ansprechender Teile mit unübertroffener Oberflächenbeschaffenheit.

Vor- und Nachteile von Photopolymerharz

Photopolymere haben Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen, aber diese Anwendungen sind im Allgemeinen hochspezialisiert. Photopolymerharze sind im Vergleich zu ähnlichen hochfesten Spritzgussmaterialien nicht besonders stark oder haltbar, und sie neigen zum Kriechen, nachdem sie über einen langen Zeitraum schwere Lasten getragen haben. Mit diesem Harz können Ingenieure jedoch kleine, hochauflösende Prototypen mit gleichmäßigen Oberflächen und komplexen Geometrien bauen. Für jede Anwendung müssen Ingenieure die spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung verstehen und wissen, ob die verfügbaren Materialien geeignet sind.

Erste Schritte mit Photopolymerharz

Trotz Einschränkungen sieht die Zukunft von Photopolymeren rosig aus. Verschiedene Arten von Photopolymeren weisen bereits einzigartige chemische und mechanische Eigenschaften auf, die für eine Reihe spezifischer Anwendungsfälle ideal sind. Und mit fortschreitender Technologie werden sich Photopolymere zwangsläufig weiterentwickeln, sodass Hersteller und Produktteams die Vorteile des Materials nutzen können, ohne Abstriche bei der Haltbarkeit oder Oberflächenqualität zu machen.

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