Die wichtige Rolle lichtempfindlicher Harzmaterialien in der 3D-Drucktechnologie

Lichthärtende Materialien wurden bereits vor mehr als 4000 Jahren von den alten Ägyptern zur Herstellung von Mumien verwendet. Aufzeichnungen zufolge umhüllten die alten Ägypter Mumien mit Leinenstreifen, die mit Asphalt getränkt und beschichtet waren. Da der Asphalt ungesättigte Verbindungen enthält, kann er in der Sonne ausgehärtet werden. Die Leute in meinem Land verwenden Tungöl, um Holzutensilien mit einer Tauchbeschichtung zu versehen und sie zum Aushärten in die Sonne zu legen, wodurch sich auch eine wasser- und auslaufsichere, verschleißfeste Schutzschicht auf der Oberfläche der Holzutensilien bilden kann. Tatsächlich ist dies auch die Anwendung der Lichthärtungstechnologie.
Harz ist ein Rohstoff für die Herstellung von Kunststoffprodukten und es gibt viele Arten, darunter Naturharz und Kunstharz. Wenn man sich auf Harze beschränkt, die gegenüber ultraviolettem Licht empfindlich sind (lichtempfindliche Harze), ist die Selektivität der Harze gering. Lichtempfindliche Harzmaterialien eignen sich für die 3D-Drucktechnologie Photopolymerisationsformen, hauptsächlich einschließlich lichthärtendes Formen (SLA), digitale Lichtverarbeitung (DLP), Polymerstrahlverfahren (PolyJet) sowie die aufkommende kontinuierliche Liquid-World-Manufacturing-Technologie (CLIP), zwei- Photonen-3D-Druck (TPP).
Lichtempfindliches Harz, auch UV-Harz genannt, ist ein Spezialharz mit vielen Vorteilen. Es besteht aus lichtempfindlichem Vorpolymer, Aktivverdünner und Photosensibilisator. Das lichtempfindliche Harz ist im Allgemeinen flüssig und löst sofort eine Polymerisationsreaktion aus und vervollständigt die Aushärtung, wenn es mit ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge (250 nm bis 400 nm) bestrahlt wird. Das lichtempfindliche Harz hat ein breites Anwendungsspektrum. Damit lassen sich hochfeste, hochtemperaturbeständige und wasserdichte Materialien herstellen. Es zeichnet sich durch Energieeinsparung, geringe Umweltverschmutzung, schnelle Aushärtungsgeschwindigkeit und hohe Produktionseffizienz aus. ...
Qualifiziertes lichtempfindliches Harz, das für den 3D-Druck geeignet ist, muss die folgenden Anforderungen erfüllen. ...
1. Hohe Empfindlichkeit gegenüber Lichtquellen mit bestimmten Wellenlängen. Beim 3D-Druck wird meist eine Lichtquelle einer bestimmten Wellenlänge als Lichtquelle zum Auslösen der Reaktion verwendet, was eine hohe Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Harzmaterials gegenüber der Lichtquelle erfordert.
2. Angemessene Lichthärtungsgeschwindigkeit. Lichtempfindliches Harz für den 3D-Druck muss eine hohe Aushärtungsgeschwindigkeit haben, um sicherzustellen, dass die nächste Harzschicht und die obere Harzschicht schnell ausgehärtet werden können, aber die Aushärtungsgeschwindigkeit sollte nicht zu schnell sein. Das als Bindemittel verwendete lichtempfindliche Harz muss sicherstellen, dass die Aushärtungsgeschwindigkeit geringer ist als die Eindringgeschwindigkeit des Harzes, um zu verhindern, dass das Harz aushärtet, bevor es eingedrungen ist, und das Harz nicht weiter fließen kann, was zu einer schlechten Bindungsleistung führt. ...
Derzeit werden gängige lichtempfindliche Harze in zwei Kategorien unterteilt: Acrylate und Epoxidharze. ...
1. Epoxidharz
Epoxidharz (kurz EP) ist ein gängiges lichtempfindliches Harz im 3D-Druck*. Im Jahr 1930 wurde Epoxidharz erstmals von Pierre Castan in der Schweiz synthetisiert und S.Q. Greenlee in den Vereinigten Staaten, und es war ein duroplastischer Kunststoff. Unser Land erforscht seit 1958 Epoxidharz und es wurde sehr schnell in die industrielle Produktion überführt. Diese Harze können in verschiedenen Bereichen der Landesverteidigung und Volkswirtschaft in großem Umfang als Gieß-, Imprägnier-, Laminiermaterialien, Klebstoffe, Beschichtungen usw. Verwendung finden.
Als Material für den 3D-Druck wird Epoxidharz verwendet, zur Erhöhung der Viskosität können Nano-Clay-Flocken eingesetzt werden, zusätzlich zu Siliziumkarbid und Kohlefaser als Füllstoffe. Durch die Änderung der Kombination dieser Füllstoffe können Wissenschaftler die Festigkeit des Materials frei steuern, um verschiedene Anforderungen zu erfüllen. Dieses neue Material eignet sich ideal für den Bau leichterer Autos oder Flugzeuge oder als Strukturbauteil in Leichtbaugebäuden. ...
3D-gedruckte Wabenstruktur mit Epoxidharz und ca. 1 % Volumen Kohlefaserverbundwerkstoff
Eine weitere wichtige Verwendung von Epoxidharz im 3D-Druck ist die Verwendung als Bindemittel. Epoxidharz ist gut mit anorganischen und Metallpulvermaterialien verträglich und kann schnell in die Oberfläche von anorganischen oder Metallpulvermaterialien eindringen. Als lichtempfindliche Beschichtung wurde Epoxidharz umfassend erforscht und im täglichen Leben der Menschen eingesetzt. Es gibt viele Arten von Produkten und ein breites Anwendungsspektrum. Entsprechende lichtempfindliche Epoxidharzmaterialien finden sich in unterschiedlichen Systemen.
2. Acryl
Acrylester zeichnet sich durch helle Farbe, Lichtbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit aus. Daher gibt es für Beschichtungen aus Acrylester ein breites Anwendungs- und Variantenspektrum. Wenn die 3D-Drucktechnologie in Kombination mit Acrylatmonomeren verwendet wird, kann das Acrylatmonomer mit einem Photoinitiator gemischt werden, und der Photoinitiator absorbiert eine bestimmte Energiewellenlänge im ultravioletten Bereich und der Initiator erzeugt freie Radikale. Der Vorteil der radikalischen Polymerisation liegt in der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit und kurzen Aushärtezeit. Die Polymerisation freier Radikale wird jedoch durch Sauerstoff beeinflusst: Freie Radikale reagieren mit Sauerstoff in der Luft und werden verbraucht, was zu einer behinderten Polymerisation führt. Die makroskopische Leistung besteht darin, dass die ausgehärtete Oberfläche des lichtempfindlichen Harzes nicht vollständig ausgehärtet ist und sich die Hand klebrig anfühlt.
Darüber hinaus können auch Keramiken und Metalle als Druckmaterialien verwendet werden. Nach dem Mischen von Keramikpulver mit Acrylat im Verhältnis 1:1 kann das Harz als Bindemittel fungieren. Das mit Keramikpulver versetzte Harz härtet bis zu einem gewissen Grad aus und seine Härte reicht gerade aus, um die tatsächliche Form beizubehalten. Anschließend wird das mit Keramikpulver versetzte Endprodukt in einem Ofen gebrannt, um das Polymer zu entfernen und die Keramikkomponenten miteinander zu verbinden, sodass der Keramikanteil im Endprodukt bis zu 99 % beträgt. Diese Methode ist auch auf Acrylharze anwendbar, die Metallpulver enthalten.

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