Stereolitograficzny druk 3D z odnawialnymi akrylanami

Metoda ta może pomóc w zrozumieniu kluczowych zagadnień z zakresu wytwarzania przyrostowego, takich jak formułowanie żywicy i obróbka po druku. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona dokładne wytwarzanie zrównoważonych produktów na żądanie. Ta metoda zapewni wgląd w stereolitografię laserową, ale może być również zastosowana do innych technik druku 3D, takich jak cyfrowe przetwarzanie światła.

Na początek wlej 50 gramów 1,10-dekanodiolu diakrylanu do 500-mililitrowej kolby Erlenmeyera. Dodać 1,0 g TPO i 0,40 g BBOT do kolby. Wyposażyć kolbę Erlenmeyera w mieszadło mechaniczne i mieszać mieszaninę z prędkością 200 obr./min przez pięć minut w temperaturze pokojowej w celu rozpuszczenia TPO i BBOT w monomerze akrylanowym.

Do mieszaniny dodać 100 gramów tetraakrylanu pentaerytrytrolu i 100 gramów wielofunkcyjnego akrylanu epoksydowego. Teraz mieszaj mieszaninę z prędkością 200 obr./min przez 30 minut w temperaturze 50 stopni Celsjusza, aby uzyskać jednorodną żywicę. Wyjąć mieszadło mechaniczne i założyć kolbę z korkiem.

Owiń kolbę folią aluminiową, aby chronić biopochodną akrylową żywicę fotopolimerową przed światłem. Teraz przykryj dolną płytkę reometru charakteryzującego się geometrią płytki równoległej fotożywicą. Ustaw odstęp między płytkami na jeden milimetr i przykryj reometr kapturem odpornym na promieniowanie UV.

Zmierz lepkość żywicy w temperaturze pokojowej przy szybkości ścinania od 0,1 do 100 sekund odwrotnych. Włącz drukarkę 3D SLA i wybierz tryb otwarty. W zależności od architektury produktu, konstrukcja nośna może być zintegrowana z modelem 3D w celu ustabilizowania konstrukcji podczas produkcji.

Uruchom oprogramowanie do przygotowywania modeli na komputerze. Aby wybrać żądane ustawienia drukowania, wybierz opcję Przezroczysty dla materiału, wersji V4 i grubości warstwy 50 mikronów. Otwórz cyfrowy model prototypu o złożonym kształcie, który jest standardowym plikiem języka tesselacji, a następnie wybierz lokalizację i orientację na platformie konstrukcyjnej.

Prześlij zadanie drukowania do drukarki 3D SLA. Teraz wlej 200 mililitrów fotożywicy na bazie biologicznej do zbiornika z żywicą. Otwórz drukarkę 3D i prawidłowo zamontuj zbiornik na żywicę.

Zamontuj platformę roboczą i zamknij drukarkę 3D. Po przygotowaniu drukarki 3D rozpocznij zadanie drukowania. Pozwól drukarce 3D wytwarzać prototypy o skomplikowanych kształtach.

Nie otwieraj drukarki, dopóki zadanie drukowania nie zostanie zakończone. W przypadku zademonstrowanego protokołu długość fali lasera UV wynosi 405 nanometrów. Czas wydruku obiektu wynosi 2,5 godziny i jest on tutaj pokazany w przyspieszonym tempie.

Po zakończeniu zadania drukowania otwórz drukarkę. Zdejmij platformę roboczą z podłączonymi wyprodukowanymi częściami i zamknij drukarkę. Otwórz stację mycia wypełnioną alkoholem izopropylowym i włóż platformę roboczą.

Rozpocznij procedurę i płucz przez 20 minut, aby usunąć nieprzereagowaną żywicę. Po zakończeniu procedury płukania zdejmij platformę roboczą ze stacji mycia i odłącz prototypy od platformy roboczej. Pozostaw prototypy do wyschnięcia na powietrzu przez 30 minut.

W międzyczasie rozgrzej piekarnik UV do 60 stopni Celsjusza. Otwórz piec UV i szybko umieść prototypy na obrotowej platformie. Zamknij piekarnik UV i utwardzaj przez 60 minut w temperaturze 60 stopni Celsjusza, aby zapewnić całkowitą konwersję.

Po zakończeniu procedury utwardzania otwórz piec UV i wyjmij prototypy. Aby scharakteryzować morfologię powierzchni prototypów o skomplikowanych kształtach, wytnij około jednego centymetra wewnętrznej spirali z prototypu o złożonym kształcie za pomocą żyletki. Przymocuj próbkę do uchwytu próbki za pomocą dwustronnej taśmy przewodzącej węgiel.

Przed obrazowaniem należy pokryć próbkę 30 nanometrami palladu platynowego w systemie rozpylania. Teraz włóż próbkę do skaningowego mikroskopu elektronowego działającego przy przyspieszającym napięciu pięciu pięciu kilowoltów. Zrób kilka zdjęć próbki w powiększeniu 30x i 120x.

Lepkość żywicy odnawialnej jest istotnym parametrem w procesie drukowania 3D i jest kontrolowana przez stosunek monomeru do oligomeru. Zazwyczaj szybkość ścinania wynosząca 100 sekund odwrotnych jest osiągana podczas ponownego powlekania płynnej żywicy w procesie drukowania. Wszystkie biożywice mają lepkość poniżej pięciu paskali sekundy i nadają się do stosowania w urządzeniach do druku stereolitograficznego.

Poniżej przedstawiono reprezentatywne wyniki dotyczące zachowania mechanicznego obiektów wydrukowanych z różnych biożywic, w tym wytrzymałości na rozciąganie i modułu e. Jednak optymalizacja obróbki po wydrukowaniu poprzez zmianę czasu prania, suszenia, utwardzania i temperatury utwardzania może prowadzić do znacznej poprawy wydajności mechanicznej. Gładka powierzchnia i wysoka rozdzielczość cech prototypów o skomplikowanych kształtach ujawnia się pod mikroskopem elektronowym.

Ząbkowane pionowe krawędzie helis powstają w procesie drukowania SLA warstwa po warstwie, w którym górna część naświetlanej warstwy otrzymuje większą dawkę promieniowania UV w porównaniu z tylną częścią warstwy. Stopień pękania powierzchni jest związany z początkową lepkością żywicy. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę do zastosowania konkurencyjnych kosztowo biożywic w celu ułatwienia bezodpadowej i lokalnej produkcji zrównoważonych produktów.

Nie zapominaj, że praca z akrylanami może być niebezpieczna. Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak noszenie okularów i rękawic ochronnych.