יש סיכוי טוב שאם עשית שום ההדפסה 3D, זה היה מהסוג של דוגמנות בתצהיר התמזגו סטנדרטי. FDM הוא דברים פשוטים למדי – לקבל קצת מספיק חם נימה פלסטיק, לסחוט את goo מותך מתוך זרבובית בסדר, לשלוט על המיקום של זרבובית פחות או יותר בדיוק בשלושה ממדים, וחזור במשך שעות ארוכות עד ההדפסה נעשית . לצופה מן הצד זה נראה כמו קסם, אבל לנו זה סתם אחר צהרי יום שבת.

הדפסת שרף הוא דבר אחר לגמרי, והרבה יותר קרוב קסם עבור רוב. היבול הנוכחי של מדפסות stereolithography פשוט יש מסך LCD ברזולוציה גבוהה בין מקור האור האולטרה סגול טנק לבנות עם תחתית שקופה. הדפסים בנויים שכבה אחר שכבה ידי מהבהבים דפוסי אור UV לתוך הטנק כפי צלחת לבנות לאט מרימה אותו למעלה מן שרף, כמו איזה יצור העולה מתוך goo בראשיתי.

כמובן שהכל מדע פשוט, אבל אם יש קסם בהדפסה SLA, בוודאי שהוא שרף המשמש אותו. בקבוקי פלסטיק ייחוד החום שלהם תוויות ירודות מידע לתת רמז קטן לגבי המרכיבים שלהם, למרות הצחנה פחמימנים שלהם והצמיג, מרקם דביק הם רמזים די טובים. בואו נסתכל בתוך בקבוק שרף ולגלות מה זה שעושה את הקסם של SLA לקרות.

הבסיס

בסיס טוב להבנת התהליכים הכימיים מאחורי שרפי stereolithography הוא פילמור של methylmethacrylate (MMA) לתוך polymethylmethacrylate, הידוע גם בשם PMMA או פשוט אקריליק. בעוד ניסוחים שרפים SLA להשתנות, רבים מהם מבוססים על אקרילטים, ולכן הכימיה כאן הוא ישים ישירות הרבה שרפים, כמו גם העקרונות הכלליים.

פילמור של methylmethacrylate הוא מה שנקרא תגובת רדיקלים חופשית. זה עובד כי MMA יש קשר כפול בין שני אטומי פחמן שלה, כמו גם האסטר הסמוכים – הקבוצה עם שני oxygens, אחד מהם קשר כפול. המבנה האלקטרוני של שתי הקבוצות האלה הופך את רגישים פחמן דו-ערובה כדי הפחתה, המהווה את הרווח של אלקטרון.

פילמור שגורמים הרדיקלים החופשיים של MMA לתוך PMMA. מבנה הטבעת הוא יוזם, אשר מפחית את קשר פחמן-פחמן כפול ב מונומר MMA. זה יוצר עוד רדיקלים חופשיים, אשר מפחית עוד MMA, וכן הלאה.
בנסיבות רגילות, מונומרים MMA איננו מגיבים זה עם זה כי אין אלקטרונים חופשיים מרחפים לצמצם את קשר פחמן-פחמן כפול. כדי לקבל MMA כדי לְפַלְמֵר, יוזם – במקרה הזה, בנזואיל פרוקסיד – צריך להוסיף לתערובת. יוזם הוא תרכובת כימית אשר מספקת אלקטרונים מזווגים, או רדיקלים חופשיים. פעם רדיקלים נוכחים, הם נקשרים לפחמן ידי צמצום הקשר הכפול. המוצר של התגובה הראשונה זה יהיה האלקטרון מזווג משלה, אז מה שיכול ללכת על ולצמצם את הקשר הכפול אחרת מונומר MMA, וכן הלאה. ההפקה של מוצר הרדיקלים החופשיים לאחר חניכה היא המפתח פילמור רדיקלים חופשיים.

אז זה מתקבל על הדעת כי בקבוק שרף SLA יכיל מונומרים של MMA ו יוזם כלשהו. אבל מה שמחזיק המונומרים מן רק polymerizing בבקבוק? אם היוזם היה משהו כמו בנזואיל פרוקסיד השתמש בדוגמא לעיל, זה בדיוק מה יקרה. אז כדי להיות שימושי עבור עבודת SLA, תמהיל השרף צריך להכיל יוזם שיכול להישאר אדיש בתמהיל עד שזה נחוץ.

Kicking דברים כבוי

זה מקום שבו photoinitiators נכנס לשחק. איפה יוזם כמו בנזואיל פרוקסיד יהיה בקלות לפרק הופכת לרדיקלים חופשיים עם היישום של חום מעט, photoinitiators צריך קצת יותר משדל. מאות photoinitiators שונים פותחו על ידי חברות כימיקלים במשך השנים, כל המותאם קבוצה מסוימת של מונומרים להיות polymerized כמו גם לצרכים תעשייתיים, כגון יעילות של היווצרות רדיקלים חופשיים, רעילות, וריחות אפילו הנחילה על המוגמר מוצר. אבל הם כולם חולקים תכונה משותפת של להיות פעיל עד שהם נחשפים לאור הגל הנכון.

דוגמה טובה של photoinitiator הוא 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, ברחמנות מקוצר כדי DMPA ונמכר תחת השם המסחרי IRGACURE 651 על ידי Ciba. המתחם כולל שני טבעות בנזן מצטרפים לשרשרת דו-חמצני. אחד פחמנים בסעיף והמקשר הוא כפול-ערובה לחמצן, ויצר קבוצת קיטון פונקציונלית. כאשר פוטונים של הגל הנכון – DMPA יש פסגות הקליטה הם 250 ננומטר ו 340 ננומטר – פגע בקבוצת קטון, זה הופך נרגש עד לנקודה שבה אלקטרון הוא יחוסל. באמצעות סדרה של פעולות ביניים שבו אלקטרון החילוף מעורבב סביב אטומים שונים, בחלק והמקשר של הפסקות מולקולה בתהליך הנקרא α-מחשוף. עלים זה מאחורי מינים יציבים – methylbenzoate – בתוספת שני רדיקלים חופשיים שיכולים ליזום פילמור.

DMPA (משמאל) מתפרק methylbenzoate ושני רדיקלים חופשיים (מימין) דרך שלבי ביניים בעת חשיפהלאור UV. מקור: מן Squidonius, ברשות רבה, באמצעות במיזם ויקישיתוף
הקשה על הבלמים

המנגנון של photopolymerization נשאל שאלה: איך את אור UV ב מדפסת SLA לא רק לְפַלְמֵר הטנק השלם של שרף בבת אחת? זה נראה כמו שזה יהיה בעיה, מאז פילמור הוא בעצם תגובת שרשרת פעם יזם. אבל יש גבול מעשי התגובה, היא מסיבות כימיות ופיסיקליות.

מבחינה כימית, בסכום של יוזם השרף הוא בדרך כלל נמוך למדי – רק אחוזים בודדים של התמהיל. אז יש הרבה מקומות להתחיל את התגובה פילמור. תגובות פילמור גם נוטות לעבור סיום שרשרת ספונטנית, בין אם על ידי הפעלת שתי גוברת שרשרות רדיקליות לאגד יחד, או על ידי הפחתה של שרשרת רדיקלית על ידי מזהמים כגון חמצן. שרפים לחלקם יש אפילו תרכובות מעכבות ספציפיות הוסיפו להגביל את המהירות של פילמור. כך או כך, הפסקה ספונטנית שומר הטנקים מלהפוך לבנים מוצקים של פלסטיק.

ישנן גם סיבות פיזי עבור photopolymerization לא משתולל דרך הטנק לבנות. אור UV המגיע תצוגת LCD בתחתית מיכל אינו חזק במיוחד, ונוטה נספג על ידי השרף לפני הנסיעה רחוקה מאוד. זו הסיבה מדוע שרפים SLA נוטים שלא להיות שזוף מאוד, ומדוע כל פיגמנטים מתווספים שרף צריך להיות שנבחרו בקפידה כדי לא לספוג אור UV. זו גם הסיבה לכך הדפסים SLA צריך ניקוי נוספים צעד בריפוי לאחר ההדפסה; פילמור המתרחשת בתוך הטנק אינו שלם, עם שרף unreacted הנותרים בתוך האותיות. רחיצת ההדפסה לאור UV בעצמה גבוהה משלימה את התהליך ומתקשה את האותיות.

מתמלא על סויה

בין יוזמים, מונומרים, פיגמנטים, ואולי מעכבים, שרפי SLA כבר נראו כמו המשקה של מכשפה של כימיקלים. אבל אנחנו לא נעשה עדיין. שרף נדירות פשוט להשתמש מונומרים, במקום באמצעות תערובת מיוחדת של מונומרים oligomers – שרשראות קצרות של מונומרים-polymerized מראש. הוספת oligomers לתוך השרף נוטה להאיץ פילמור על ידי מתן הרשתות גדלו יתרון. הוא גם נוטה להגדיל את הצמיגות של השרף, כך שזה לא נזלת לא לשכשך סביב הטנק לבנות ולקבל בועות.

עוד תוספת משותפת שרפי SLA היא מקשר צולב. קרוס-linkers הם תרכובות שיכולות להיווצר קשרים בין שניים או יותר גדל שרשראות הפולימר. Cross-linking נוטה להפוך את שרשרת הפולימר לתוך יותר של מבנה מטריקס, הלוואות כוח ואת נוקשות על המוצר הסופי. גם cross-linking יכול לשנות את תכונות החומר, ואף מאפשר copolymerization של סוגים שונים של מונומרים, כמו הוספת urethane כדי אקרילטים להוסיף קשיחות וגמישות.

חלק שרפי SLA מכילים גם חומרי מילוי. פילרים הם די נפוצים פלסטיק – הרבה צינור זמני 40 PVC מכיל גיר אבקה, למשל. שרפי SLA, חומרי מילוי מתווספים בתפזורת את הפלסטיק על ידי מילוי הרווחים בין הגדילים הצולבים של פולימרים. הרבה חדש “ידידותי לסביבה” שרפים SLA באים בטענה להתבצע מפולי סויה, ובעוד זה נכון – לפחות עבור שרפים חלק – עדיין יש הרבה חומר שרף כי לא ברור מפולי סויה. ואת שמן סויה כי שנמצא שם הוא באמת סתם כתבת צבע – ללא מונומרים crosslinkers acrylate רשומה או photoinitiator, שרף יהיה די חסר תועלת.

בדיוק כמו אמא נהגה להכין? שמן סויה אפוקסיד (ESBO) משמש plasticizer ב פלסטיק רב. הוא מיוצר על ידי טיפול טריגליצרידים סויה רב בלתי רווי עם חמצן כדי להמיר C = C אג”ח כפול epoxides. מקור: מ אד, לרשות הציבור באמצעות במיזם ויקישיתוף
לא רק עבור הדפסה

למרות שאנו כבר מרוכזים בעיקר על שרפי הדפסת SLA כאן, זה רחוק מהיישום רק עבור photopolymers. אם היה לך סתימה בשן עת בשלושת העשורים האחרונים או כך, רוב הסיכויים הם טובים כי רופא השיניים שלך השתמשו photopolymer המכיל מונומרים methacrylate נרפא עם סיבים אופטיים שרביט הפולט אור UV. יצרני מעגלים מודפס לעשות שימוש רחב של photopolymers, הם ציפויי photoresist המשמשים כדי לחרוט את הלוחות, ובסופו של מסכת ההלחמה שהוחלה ללוח. פוטופולימרים משמשים גם עבור מיסוך במהלך תהליכי פוטו מעורב בייצור מעגלים משולבים.