Impresión 3D stereolithographic con acrilatos renovables

Este método puede ayudar a comprender temas clave en el campo de la fabricación aditiva, como la formulación de resinas y el tratamiento posterior a la impresión. La principal ventaja de esta técnica es que permite la fabricación precisa y bajo demanda de productos sostenibles. Este método proporcionará información sobre la estereolitografía basada en láser, pero también se puede aplicar a otras técnicas de impresión 3D, como el procesamiento digital de la luz.

Para empezar, vierta 50 gramos de 1,10-decanodiol diacrilato en un matraz Erlenmeyer de 500 mililitros. Añada 1,0 gramos de TPO y 0,40 gramos de BBOT al matraz. Equipe el matraz Erlenmeyer con un agitador mecánico y agite la mezcla a 200 rpm durante cinco minutos a temperatura ambiente para disolver el TPO y el BBOT en el monómero de acrilato.

Añade 100 gramos de tetraacrilato de pentaeritrirol y 100 gramos de acrilato epoxi multifuncional a la mezcla. Ahora revuelva la mezcla a 200 rpm durante 30 minutos a 50 grados centígrados para asegurar una resina homogénea. Retire el agitador mecánico y coloque un tapón en el matraz.

Envuelva el matraz en papel de aluminio para proteger la resina de fotopolímero de acrilato de base biológica de la luz. Ahora cubra la placa inferior de un reómetro caracterizado por una geometría de placa paralela con la fotoresina. Establezca el espacio entre las placas en un milímetro y cubra el reómetro con una capucha resistente a los rayos UV.

Mida la viscosidad de la resina a temperatura ambiente a velocidades de cizallamiento de 0,1 a 100 segundos inversos. Encienda la impresora 3D SLA y seleccione el modo Abierto. Dependiendo de la arquitectura del producto, se puede integrar una estructura de soporte en el modelo 3D para estabilizar la construcción durante la fabricación.

Inicie el software de preparación del modelo en una computadora. Para elegir la configuración de impresión deseada, seleccione Borrar para el material, la versión V4 y el grosor de capa de 50 micras. Abra el modelo digital del prototipo de forma compleja, que es un archivo de lenguaje de teselación estándar, y luego elija la ubicación y la orientación en la plataforma de construcción.

Cargue el trabajo de impresión en la impresora 3D SLA. Ahora vierte 200 mililitros de la fotorreresina de base biológica en un tanque de resina. Abre la impresora 3D y monta el tanque de resina correctamente.

Monta la base de impresión y cierra la impresora 3D. Después de la preparación de la impresora 3D, inicie el trabajo de impresión. Permite que la impresora 3D fabrique prototipos de formas complejas.

No abra la impresora hasta que finalice el trabajo de impresión. Para el protocolo demostrado, la longitud de onda del láser UV es de 405 nanómetros. El tiempo de impresión del objeto es de 2,5 horas y se muestra aquí en cámara rápida.

Una vez finalizado el trabajo de impresión, abra la impresora. Retire la base de impresión con las piezas producidas conectadas y cierre la impresora. Abra la estación de lavado llena de alcohol isopropílico e inserte la plataforma de impresión.

Comience el procedimiento y enjuague durante 20 minutos para eliminar cualquier resina sin reaccionar. Cuando finalice el procedimiento de enjuague, retire la plataforma de impresión de la estación de lavado y separe los prototipos de la plataforma de construcción. Deje que los prototipos se sequen al aire durante 30 minutos.

Mientras tanto, precaliente el horno UV a 60 grados centígrados. Abra el horno UV y coloque rápidamente los prototipos en la plataforma giratoria. Cierre el horno UV y cure durante 60 minutos a 60 grados centígrados para garantizar una conversión completa.

Cuando finalice el procedimiento de poscurado, abra el horno UV y saque los prototipos. Para caracterizar la morfología de la superficie de los prototipos de forma compleja, corte aproximadamente un centímetro de hélice interna del prototipo de forma compleja con una cuchilla de afeitar. Fije la muestra al portamuestras con cinta conductora de carbono de doble cara.

Antes de la toma de imágenes, cubra la muestra con 30 nanómetros de platino paladio en un sistema de pulverización catódica. Ahora inserte la muestra en un microscopio electrónico de barrido que funcione a un voltaje de aceleración de cinco kilovoltios. Adquiera varias imágenes de la muestra con aumentos de 30X y 120X.

La viscosidad de la resina renovable es un parámetro esencial en el proceso de impresión 3D y está controlada por la relación monómero-oligómero. Por lo general, se logra una velocidad de cizallamiento de 100 segundos inversos durante la recapa de resina líquida en el proceso de impresión. Todas las bioresinas tienen una viscosidad inferior a cinco segundos Pascal y son apropiadas para su aplicación en equipos de impresión estereolitográfica.

Aquí se muestran resultados representativos del comportamiento mecánico de los objetos impresos a partir de diversas bioresinas, incluida la resistencia a la tracción y el módulo e. Sin embargo, la optimización del tratamiento posterior a la impresión mediante la variación de la duración del lavado, el secado, el curado y la temperatura del curado puede conducir a una mejora significativa en el rendimiento mecánico. La superficie lisa y la alta resolución de las características de los prototipos de formas complejas son reveladas por el microscopio electrónico.

Los bordes verticales dentados de las hélices surgen del proceso de impresión SLA capa por capa, en el que la parte superior de una capa expuesta recibe una dosis UV mayor en comparación con la parte posterior de una capa. El grado de agrietamiento de la superficie está relacionado con la viscosidad inicial de la resina. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para la aplicación de bioresinas competitivas en costes para facilitar la fabricación local y sin residuos de productos sostenibles.

No olvides que trabajar con acrilatos puede ser peligroso. Siempre se deben tomar precauciones como el uso de gafas de seguridad y guantes mientras se realiza este procedimiento.