

تطبيق راتنجات الإيبوكسي في الطباعة ثلاثية الأبعاد

تاريخ تطوير التكنولوجيا سلا

يشار الآن إلى عملية النماذج الأولية السريعة لعلاج ليزر الأشعة فوق البنفسجية باسم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المجسمة (اختصارًا باسم SLA). حاصل على براءة اختراع في الولايات المتحدة من قبل تشارلز هال في ، وهي واحدة من أقدم تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة. منذ أن تم إطلاق أنظمة 3D لأمريكا لأول مرة في سوق SLA3d راتنجات الايبوكسي الطباعةتم تطوير التكنولوجيا بسرعة ، والتي يمكنها طباعة كائنات ثلاثية الأبعاد معقدة تلقائيًا يصعب صنعها بواسطة طرق معالجة أخرى مختلفة ، مما يمثل أهمية صنع عصور في مجال تكنولوجيا المعالجة. تستخدم SLA ليزر الأشعة فوق البنفسجية الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر لمسح نقطة نقطة على مستوى سائل الراتنج الحساس للضوء وفقًا لشكل المقطع العرضي ثنائي الأبعاد وبالتالي لعلاج الراتنج. ثم يشكل الراتنج المعالج شكل ثنائي الأبعاد. تتكرر هذه العملية طبقة بطبقة للحصول في النهاية على كائن ثلاثي الأبعاد كامل ، مع جودته تعتمد بشكل أساسي على خصائص الراتنج الحساس للضوء.

لأن قوة ليزر الأشعة فوق البنفسجية المستخدم صغيرة جدًا ، تقاس عادة بالمللي واط ، يجب أن يكون الراتنج الحساس للضوء بالأشعة فوق البنفسجية ، بحيث يمكن علاجه مع كمية صغيرة نسبيا من التعرض للأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، كان تطوير الراتنج الحساس للضوء مع حساسية ضوئية جيدة ودقة عالية دائمًا أحد النقاط الساخنة في البحث عن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. وفي الوقت نفسه ، بسبب وجود جزيئات صغيرة مخففة حساسة للضوء في الراتنج حساس للضوء ، والذي يتكون من بريبوليميرات حساسة للضوء ، ومخففة حساسة للضوء ، ومبدئات ، الأجزاء المصنوعة من الراتنج الحساس للضوء لديها مقاومة ضعيفة للحرارة وعرضة للتشوه الحراري. لذلك ، كان تطوير الراتنج الحساس مع مقاومة جيدة للحرارة ودقة عالية أيضًا أحد النقاط الساخنة في البحث عن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

图片2.png

تطوير راتنج سلا حساس للضوء

يمكن تقسيم تطوير الراتنج الحساس المستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى ثلاث مراحل تقريبًا. في المرحلة المبكرة (50-50) ، كانت البوليمرات المسبقة لراتنج حساس للضوء التجاري للنماذج الأولية السريعة من SLA عبارة عن بريبوليميرات أكريليت مع مبادرين للجذور الحرة. تحت تأثير ضوء الاشعة فوق البنفسجية ، يتحلل البادئ الجذري إلى الجذور ، التي تبدأ بلمرة جزيئات الأكريلات ، واحدة تلو الأخرى ، لتشكيل مركبات البوليمر ذات الوزن الجزيئي العالي. يتميز أكريلات البوليمر المسبق الحساس للجذور الحرة بشكل أساسي بحساسية ضوئية أفضل مقارنة بحساسية راتنج الإيبوكسي البوليمر المسبق الكاتيوني ؛ ومع ذلك ، فإنه يحتوي على انكماش أكبر أثناء البلمرة ، مما يؤدي إلى ضعف دقة الأبعاد للأجزاء المصنعة ، ويجعلها عرضة للإلتواء والتشوه. لذلك ، من الصعب تلبية متطلبات الدقة وتم استبدالها تدريجيًا.

في المرحلة الثانية ، تم استخدام راتنجات حساسية للضوء الموجبة النقية المكونة من راتنجات الايبوكسي مسبقة البوليمر ومبدع الموجبة بشكل رئيسي. كان هناك العديد من أنواع البوليمرات المسبقة التحسس للضوء الكاتيوني ، بما في ذلك راتنجات الإيبوكسي من نوع ثنائي الفينول والراتنج الإيبوكسي الفينوليراتنجات إيبوكسي سيكلوليفاتيك. من حيث المبدأ ، يمكن استخدام جميع هذه الأنواع الثلاثة كبريميرات حساسة للضوء الكاتيونية مع النوع الأخير الذي يتمتع بحساسية ضوء أفضل. والسبب هو أن الرابطة الكبيرة المقترنة بحلقة البنزين في راتنجات الإيبوكسي من نوع ثنائي الفينول وراتنج الإيبوكسي الفينولي لها تأثير حثي على إلكترونات مجموعة الإيبوكسي في الجزيء ، تقليل كثافة سحابة الإلكترون من مجموعة الإيبوكسي وبالتالي تقليل التفاعل مع كاشف إليكتروفيليك حمض البروتونيك. على النقيض من ذلك ، لا توجد ظاهرة لإثارة إلكترونات مجموعة الإيبوكسي في الجزيء وتقليل كثافة سحابة الإلكترون بواسطة رابطة كبيرة مترافق من حلقة البنزين في راتنجات الإيبوكسي الحلقي ، ولديهم تفاعل عالي مع كاشف إليكتروفيليك حمض البروتونيك.

في السنوات الأخيرة ، تم تسويق راتنج حساس للضوء لطباعة SLA ثلاثية الأبعاد في الخارج ، مع بوليمر مسبق حساس للضوء يحتوي على كل من الأكريلات وراتنج الإيبوكسي ومبادئه بما في ذلك كل من بادئ الجذور الحرة (لبدء بلمرة راتنج الأكريليك) والمبادر الكاتيوني (لتتحلل إلى حمض البروتونيك الذي يبدأ حلقة فتح البلمرة من راتنج الإيبوكسي تحت تأثير ضوء الأشعة فوق البنفسجية) ، يتميز بمعدل انكماش أصغر من تمزق الرابطة المزدوجة لراتنج الأكريليك. لذلك ، من الواضح أن دقة الأجزاء المصنعة بهذا النوع من الراتنجات الحساسة للضوء الراديكالية الحرة أفضل من راتنج الحساسية للضوء الراديكالي الحر النقي.

图片1.png

مزايا راتنجات الإيبوكسي في الطباعة ثلاثية الأبعاد

في راتنج حساس للطباعة ثلاثية الأبعاد ،راتنجات الايبوكسي المتخصصةيتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة ، خصائص كيميائية مستقرة ، مقاومة درجات الحرارة العالية/المنخفضة ، معدل انكماش منخفض ، تكاليف منخفضة ، إلخ.

من وجهة النظر الجزيئية ، فإن عملية علاج راتنج حساس للضوء هي التحول من جزيئات صغيرة إلى بوليمر مع جزيئات ضخمة ذات سلسلة طويلة ، مع تغييرات كبيرة في التركيب الجزيئي. لذلك ، الانكماش أمر لا مفر منه أثناء عملية المعالجة. ينقسم انكماش الراتنج بشكل رئيسي إلى جزأين. واحد هو علاج الانكماش ، والآخر هو التمدد الحراري والانكماش البارد الناجم عن التغيرات في درجة الحرارة عندما يمسح الليزر مستوى السائل من الراتنج. إلى جانب ذلك ، فإن مساحة زيادة درجة الحرارة صغيرة ، وبالتالي فإن كمية الانكماش الناجمة عن تغير درجة الحرارة صغيرة ولا تذكر. لا يمكن تجاهل تأثير انكماش الحجم المتولد أثناء عملية التصوير الضوئي للراتنج حساس للضوء على دقة الأجزاء. يؤدي انكماش الحجم إلى إجهاد الانكماش وبالتالي يؤدي إلى التفاف الأجزاء وتشويهها. عند معالجة راتنج الأكريليك ، قد يسبب تفاعل البلمرة لتمزق الكربون-الكربون انكماش كبير الحجم ، في حين قد يحدث تفاعل فتح الحلقة أثناء عملية علاج راتنج الإيبوكسي ، وبالتالي فإن حجم انكماش صغير نسبيا. كما يتضح من النتائج في الشكل أدناه ، من اختبار الانكماش مع راتنجات الايبوكسي Tetra cycloaliphatic ، انكماش حجم راتنج الإيبوكسي السيكلاليفاتي أقل بكثير من حجم الأكريلات تحت ظروف التصوير الضوئي.

微信截图_20230315160804.png

تركيبة: راتينج: بادئ =: صوره من البولي يوريثين السيكلوفيهيكساكريليت

يتميز راتنجات الإيبوكسي cycloaliphate باللزوجة المنخفضة ، ومقاومة الطقس الجيد ، وانكماش منخفض المعالجة ، وكثافة تشابك عالية وتفاعلية عالية ، لذلك يستخدم على نطاق واسع في الطباعة ثلاثية الأبعاد SLA مثل راتنج حساس للضوء ، ويعتبر أحد أهم المصفوفة oligomer.

لهذه التطبيقات ، تم تطبيق راتنجات إيبوكسي سيكلاليفاتيك الأربعة التالية من جيانغسو تترا بالكامل في الممارسة العملية ويمكن أن تلبي معظم متطلبات الراتنجات الحساسة للضوء للطباعة ثلاثية الأبعاد في الداخل والخارج.

TTA15:3 4 epoxycyclohexylmethyl methacrylate

TTA16:استرات أكريليت بالجملة