Impresión 3D stereolithographic con acrilatos renovables
Summary
Se presenta un protocolo para la fabricación aditiva con resinas renovables fotopolímero en un aparato de estereolitografía.
Abstract
La accesibilidad de materiales renovables competitivos en costo y su aplicación en la fabricación aditiva es esencial para una economía de base biológica eficiente. Demostramos la creación rápida de prototipos de resinas sostenibles mediante una impresora 3D de stereolithographic. Formulación de resina ocurre por simple mezcla de base biológica acrilato monómeros y oligómeros con photoinitiatior y amortiguador de óptico. Viscosidad de la resina es controlado por el monómero al cociente de oligómero y se determina en función de la tarifa del esquileo de un reómetro con geometría de placas paralelas. Un aparato de stereolithographic cargado con las resinas de base biológica se emplea para producir prototipos forma complejos con gran precisión. Los productos requieren un tratamiento posterior, como enjuague de alcohol y la irradiación UV, para asegurar un curado completo. La resolución de la característica alto y excelente superficie de acabado de los prototipos es revelado por microscopía electrónica de barrido.
Introduction
Prototipado rápido permite libertad de diseño y producción bajo demanda y que la fabricación eficiente de 3D construye en forma de capa por capa1. Como resultado, la impresión 3D como una técnica de fabricación ha desarrollado rápidamente en últimos años2. Varias tecnologías están disponibles, todo depende de la traducción de modelos virtuales en objetos físicos y la aplicación de procesos como extrusión, deposición de energía directa, solidificación de polvo, laminación de hoja y fotopolimerización. Este último consiste en paso a paso UV curado de resinas de fotopolímero líquido. En 1986, casco y sus colaboradores desarrollaron el aparato de la estereolitografía (SLA), una impresora 3D basada en láser UV. Más recientemente, un proceso similar llamado luz digital (DLP) de procesamiento ha estado disponible, en que photopolymerization es iniciado por un proyector de luz. Juntos, DLP y SLA se denominan estereolitografía 3D impresión3.
SLA aplica en alta resolución de prototipos y fabricación de dispositivos biomédicos4,5. Esta tecnología es superior a la deposición fundida ampliamente utilizada modeling (FDM) en términos de precisión, acabado superficial y resolución6. Dependiendo de la arquitectura del producto, una estructura de apoyo está integrada en el modelo 3D para estabilizar la construcción durante la fabricación. Además, un tratamiento post-impresión de piezas fabricadas es necesario7,8. Por lo general, objetos impresos son lavados en un baño de alcohol para disolver resina sin reaccionar y posterior curado en horno UV se realiza para garantizar la completa conversión de la polimerización9.
En general, resinas para la fabricación aditiva basada en litografía dependen de sistemas fotocurables que contiene acrilatos o epóxidos multifuncional10. Resinas de fotopolímeros actuales en el mercado comercial son fósil y caros, mientras que la disponibilidad de resinas renovables de bajo costo es necesario para facilitar la fabricación local y libre de residuos de productos 3D sostenibles para una economía de base biológica1 , 6. recientemente, fotopolímero resinas a base de acrilatos renovables desarrolladas y aplicadas con éxito en estereolitografía 3D impresión11,12. En este protocolo detallado, demostramos la creación rápida de prototipos con resinas de base biológica sobre un aparato comercial de estereolitografía. Se presta especial atención a los pasos críticos en el procedimiento, es decir, resina de formulación y posterior impresión de tratamientos, para ayudar a los nuevos profesionales en el campo de la fabricación aditiva.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fabricación aditiva se aplica en la fabricación de prototipos a medida y pequeñas series, cuando los mayores costos de producción por parte pueden competir con los procesos convencionales ya no es necesario para la producción de moldes y herramientas. En la última década, los ingresos de servicios y productos relacionados con la fabricación aditiva han crecido de manera exponencial13. La fracción más grande de las ventas de material es de fotopolímeros. El crecimiento atrajo atención e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por el centro de solicitud de polímero GreenPAC como parte del proyecto 140413: “impresión 3D en producción”. Nos gustaría reconocer Albert Hartman, Corinne van Noordenne, Rens van Leeuwen, Anniek Bruins, Femke Tamminga, Jur van Dijken y Albert Woortman para facilitar el rodaje del video.
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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