Постотверждение для SLA 3D-печати

3D печатный прототип, сидящий в УФ печи ProtoFab

Постотверждение - это этап печати SLA, который часто упускается из виду, но может значительно повлиять на конечные свойства печатной детали. Постотверждение не является универсальным процессом. Существует опыт и умения, необходимые для выбора правильной длины последующего отверждения для различных материалов и размеров деталей. Для некоторых частей пост-отверждение является существенным, в то время как для других это совсем не важно. Давайте внимательнее посмотрим на науку, стоящую за пост-отверждением SLA, и обсудим, почему важно сделать это правильно.

Что такое пост-отверждение?

Во время SLA-печати определенные участки смолы подвергаются воздействию лазера, что приводит к их отверждению. После завершения этого процесса вся деталь будет отверждена, поэтому может быть не совсем понятно, почему существует необходимость в последующем отверждении. Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны понять свойства хоточувствительной смолы и как она превращается из жидкости в твердое вещество. Находясь в жидком состоянии, смола состоит из множества несвязанных мономеров, смешанных с фотоинициаторами. Воздействие на эту смесь сильного ультрафиолетового света от лазера вызывает реакцию фотоинициаторов, а мономеры соединяются и образуют полимер. Это основная стадия отверждения. Отвержденная смола представляет собой сшитую макромолекулу, что означает, что каждая ее часть напрямую связана с любой другой ее частью. Тем не менее, после печати все еще будет много секций, которые не сшиты настолько, насколько это возможно, что влияет на прочность на разрыв и другие свойства. Ультрафиолетовый свет может быть использован для завершения молекулярной связи и обеспечения того, чтобы все сшивки, которые могли быть сделаны, были сделаны.

Для целей последующего отверждения солнце на самом деле не является плохим источником ультрафиолетового света. Многие любители, использующие потребительские SLA-принтеры, на какое-то время просто размещают отпечатанные детали на солнце, и это делает работу. Тем не менее, в более профессиональных условиях обычно используется ультрафиолетовая печь, которая гораздо более управляема.

Почему после лечения?

Постотверждение не только делает детали более прочными, но и делает их более стабильными. Наличие непрореагировавших фотоинициаторов и несвязанных полимеров в детали будет означать, что ее состояние может продолжать изменяться еще долго после печати, особенно при воздействии солнечного света. Для деталей, которые должны быть точными, таких как зубные вставки, это совершенно недопустимо. Неокрашенные детали могут также изменить цвет при воздействии солнечного света, если они не были должным образом отверждены. Это проблема со смолами SLA в целом, но она будет более выраженной, если деталь недостаточно отверждена.

Основная причина последующего отверждения обычно заключается в увеличении прочности на растяжение и устранении поверхностной липкости. Некоторые печатные материалы могут быть слегка мягкими перед последующим отверждением, а более слабые участки конструкции могут провисать или свисать, что влияет на точность.

Существует также вопрос безопасности, поскольку неотвержденная смола токсична для человека. Если части, которые не были полностью отверждены, обрабатывать обнаженной кожей, это может вызвать раздражение или другие проблемы, особенно если пальцы оператора позже соприкасаются с их ртом. Последующее отверждение детали делает смолу полностью стабильной и безопасной на ощупь.

Полностью отвержденная 3D печатная часть

Химия отверждения

На отверждение влияет как тепло, так и свет. Тепло увеличивает энергию в сшитой полимерной сети и вызывает большее движение на молекулярном уровне. Это увеличение энергии и подвижности значительно упрощает контакт реактивных групп друг с другом и создание дополнительных связей.

Однако ультрафиолетовый свет является основным ингредиентом, необходимым для последующего отверждения. Хотя оборудование называется печью или печью, на самом деле температура внутри совсем не высока, не намного выше температуры солярия. Смола, используемая в печати SLA, является светочувствительной, и воздействие ее на свет вызывает реакцию. Как обсуждалось выше, во время первоначальной фазы отверждения печати не все скрепления, которые могли быть сделаны, и, следовательно, необходимо стимулировать дальнейшие реакции. При воздействии ультрафиолетового света во время последующего отверждения образуются свободные радикалы, которые связываются с соседними группами и вызывают полимеризацию.

Крупная автомобильная часть, прошедшая постотверждение

Правильный вид света

Тем не менее, дело не в том, что чем больше света вы обеспечите, тем быстрее будет процесс или тем сильнее будет материал. Что более важно, так это длина волны света, используемого по отношению к смоле, из которой сформирована деталь. Светочувствительные смолы предназначены для реагирования на определенные длины волн света, и использование длины волны, отличной от этой, при последующем отверждении даст субоптимальные результаты. Вот почему одна из причин, по которой профессиональные команды 3D-печати используют специализированное оборудование для последующего отверждения. В случае с ProtoFab наши смолы лучше всего отверждаются при использовании света с длиной волны 355 нм. Если используются смолы от другого поставщика, это значение будет другим. Например, смолы Formlabs лучше всего отверждаются при использовании ультрафиолетового излучения с длиной волны 405 нм. Это очень хорошая причина для использования собственной УФ-печи ProtoFab, если вы уже используете смолы, поставляемые ProtoFab. Использование УФ-печи другого типа или УФ-отвердителя лака для ногтей будет способствовать некоторой степени дополнительного отверждения, но не позволит раскрыть максимальные механические свойства материала.

Другая проблема с использованием солнечного или неспецифического оборудования заключается в том, что отверждение будет неравномерным. Солнце будет светить больше с одной стороны, чем с другой, если вы не будете постоянно вращать его, и то же самое будет справедливо для отвердителей лака для ногтей, которые излучают свет только сверху. В специальных печах для отверждения обычно имеется вращающаяся платформа или ультрафиолетовые лампы, полностью окружающие деталь для обеспечения равномерного отверждения.

УФ-печь ProtoFab поставляется с каждой продажей принтера бесплатно

Какие детали нуждаются в наибольшей степени после отверждения?

Смолы бывают разных типов и обладают широким спектром свойств. Как и следовало ожидать, это влияет на последующее отверждение. Материалы, которые имеют особенно низкую прочность или высокую гибкость, часто не требуют последующего отверждения или требуют только очень небольшого количества. Чрезмерное отверждение таких материалов снижает гибкость и приводит к тому, что они становятся хрупкими. С другой стороны, материалы, выбранные специально для их прочности или жесткости, потребуют наибольшего дополнительного отверждения, чтобы обеспечить улучшение этих свойств.

Последующее отверждение требуется для стандартных материалов SLA, таких как ABS-подобные смолы, хотя это не должно происходить в течение особенно длительного времени. В ProtoFab мы, как правило, в наших печах для отверждения в течение примерно 20 минут после отверждения производим ABS-подобные материалы. Прозрачные материалы потребуют чуть меньше времени, где-то в районе 10-15 минут. Все смолы ProtoFab, как правило, требуют некоторой степени постотверждения, только в исключительных случаях мы решаем вообще не завершать последующее отверждение.

Размер детали также является важным фактором, который следует учитывать при определении продолжительности последующего отверждения. Очень большие детали потребуют намного больше времени в духовке, в то время как мелкие детали будут входить и выходить через несколько минут. Вот где важен опыт. Опытный техник знает идеальное количество послеотверждения для деталей из разных материалов и размеров, следя за тем, чтобы механические свойства всех напечатанных деталей оставались неизменными.

Более мелкие детали обычно требуют меньше времени для последующего отверждения

Простой способ улучшить прочность и качество

Хорошее последующее отверждение - это быстрый и простой способ повысить качество деталей SLA. Части, которые даже немного недостаточно отверждены, страдают от целого ряда проблем и имеют намного более низкую прочность на разрыв, чем должным образом отвержденные детали. Для деталей, напечатанных из более мягких или более гибких материалов, вы можете быть немного осторожнее, но подавляющее большинство материалов SLA будет значительно улучшено, если вы проведете некоторое время в сушильной печи.

Последующее отверждение деталей с использованием гибких материалов должно выполняться с осторожностью