Köraform 3D-Druck mit erneuerbaren Acrylaten
Summary
Ein Protokoll für additive Fertigung mit erneuerbaren Photopolymer Harzen auf einem Stereolithographie-Apparat wird vorgestellt.
Abstract
Die Zugänglichkeit der kostengünstige erneuerbare Materialien und deren Anwendung bei der additiven Fertigung ist für eine effiziente biobasierten Wirtschaft unerlässlich. Wir demonstrieren das rapid Prototyping von nachhaltigen Harzen mit einem köraform 3D-Drucker. Harz-Formulierung erfolgt durch einfache Vermischung von biobasierten Acrylat-Monomere und Oligomere mit Photoinitiatior und optischen Absorber. Harz-Viskosität wird gesteuert durch das Monomer Oligomer-Verhältnis und wird als Funktion der Schergeschwindigkeit durch ein Rheometer mit parallelen Plattengeometrie bestimmt. Ein köraform Apparat aufgeladen mit den biobasierten Harzen wird eingesetzt, um komplex geformte Prototypen mit hoher Genauigkeit zu fertigen. Die Produkte erfordern eine Nachbehandlung, einschließlich Alkohol spülen und UV-Bestrahlung, um vollständige Heilung zu gewährleisten. Die hohe Funktion Auflösung und hervorragende Oberflächenbearbeitung der Prototypen wird aufgedeckt durch Rasterelektronenmikroskopie.
Introduction
Rapid-Prototyping bedarfsgesteuerte Produktion und Design-Freiheit ermöglicht und erlaubt, dass die effiziente Herstellung von 3D in einer Schicht für Schicht Weise1konstruiert. Infolgedessen hat 3D-Druck als Herstellung Technik schnell in den letzten Jahren2entwickelt. Verschiedene Technologien zur Verfügung, alle unter Berufung auf die Übersetzung von virtuellen Modellen in physische Objekte und Prozesse wie z. B. Extrusion, direkte Energie Ablagerung, Pulver Erstarrung, Blatt Laminieren und Photopolymerisation anwenden. Dieser umfasst schrittweise UV-Härtung von flüssigen Photopolymer-Harzen. Im Jahr 1986 entwickelt Rumpf und Kollegen Vorrichtung Stereolithographie (SLA), ein UV-Laser-basierten 3D Drucker. In jüngerer Zeit, ein ähnlicher Prozess namens digital Light processing (DLP) verfügbar geworden sind, in welche Photopolymerisation durch ein Lichtprojektor initiiert wird. Zusammen, sind DLP und SLA Stereolithografie 3D Druck3genannt.
SLA ist in hoher Auflösung Prototyping und Fertigung von biomedizinischer Geräte4,5angewendet. Diese Technologie ist besser als weit verbreitete fused Deposition modeling (FDM) in Bezug auf Genauigkeit, Oberflächenveredelung und Auflösung6. Je nach Architektur des Produkts ist eine Unterstützungsstruktur im 3D-Modell, das Konstrukt zu stabilisieren während der Fertigung integriert. Darüber hinaus ist eine Post-Druck Behandlung der hergestellten Teile erforderlich7,8. In der Regel gedruckte Objekte werden in einem Alkohol-Bad aufzulösen nicht umgesetztes Harz gewaschen und anschließende Aushärtung im Backofen UV wird durchgeführt, um die vollständige Umwandlung der Polymerisation9zu gewährleisten.
Im Allgemeinen setzen Harze für Lithographie-basierte additive Fertigung auf lichthärtenden Systeme mit multifunktionalen Acrylaten oder Epoxide10. Aktuelle Photopolymer-Harze auf dem kommerziellen Markt sind fossile und teuer, während die Verfügbarkeit von kostengünstigen erneuerbare Harze benötigt wird, um abfallfreie und lokale Herstellung von nachhaltigen 3D-Produkte für einen biobasierten Wirtschaft1 zu erleichtern , 6. vor kurzem Photopolymer Harze basierend auf erneuerbaren Acrylaten entwickelt und erfolgreich in Stereolithographie 3D Druck11,12angewendet wurden. In diesem ausführlichen Protokoll zeigen wir das rapid Prototyping mit biobasierten Harzen auf einem kommerziellen Stereolithographie-Apparat. Besonderes Augenmerk ist zu kritischen Schritte des Verfahrens, d. h. Harz Formulierung und Post-Drucken-Behandlungen, neue Praktiker im Bereich der additiven Fertigung helfen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Additiver Fertigung wird bei der Herstellung von maßgeschneiderten Prototypen und Kleinserien, angewendet, wenn die höheren Produktionskosten pro Teil mit herkömmlichen Verfahren konkurrieren können, da gibt es keine Notwendigkeit für die Herstellung von Formen und Werkzeugen. In den letzten zehn Jahren haben die Einnahmen aus Dienstleistungen und Produkte rund um die additive Fertigung13exponentiell gewachsen. Der größte Teil der materiellen Umsatz ist von Photopolymeren. Das Wachstum für…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde unterstützt durch GreenPAC Polymer-Antrags-Zentrum im Rahmen des Projekts 140413: “3D Druck in der Produktion”. Wir würden gerne Albert Hartman, Corinne van Noordenne anerkennen, Rens van Leeuwen, Anniek Bruins, Femke Tamminga, Jur van Dijken und Albert Woortman zur Erleichterung der video-Aufnahmen.
Materials
| Isobornyl acrylate | Sartomer | SA5102 | Acrylate monomer |
| 1,10-decanediol diacrylate | Sartomer | SA5201 | Acrylate monomer |
| Pentaerythritol tetraacrylate | Sartomer | SA5400 | Acrylate monomer |
| Multifunctional epoxy acrylate | Sartomer | SA7101 | Acrylate oligomer |
| Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (TPO), 97% | Sigma Aldrich | 415952 | Photoinitiator |
| 2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl)thiophene (BBOT), 99% | Sigma Aldrich | 223999 | Optical absorber |
| Isopropyl alcohol (IPA), 99% | Bleko | 1010500 | For alcohol bath (applied in Form Wash) |
| Paar Physica MCR300 | Anton Paar | – | Rheometer with parallel plate geometry |
| Form 2 Printer | Formlabs | – | Desktop SLA 3D printer |
| Form Wash | Formlabs | – | Washing station |
| Form Cure | Formlabs | – | UV oven |
| Instron 4301 1KN Series IX | Instron | – | Universal testing machine |
| Philips XL30 ESEM-FEG | Philips | – | Scanning electron microscope |
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