Wraz z ciągłym postępem technologii druku 3D z użyciem żywicy SLA, powszechną praktyką stało się wykorzystywanie drukarek 3D do tworzenia modeli głównych z żywicy UV przy produkcji form silikonowych. Jednakże, gdy silikon addycyjny wejdzie w kontakt z modelami z żywicy UV, które nie zostały w pełni utwardzone światłem UV, proces sieciowania może ulec zahamowaniu (inhibicji). Niniejszy artykuł przedstawia rozwiązania problemu inhibicji utwardzania silikonu addycyjnego spowodowanej przez modele z żywicy UV.
zahamowanie utwardzania silikonu
Analiza przyczyn
Żywica UV to popularny materiał stosowany w druku 3D, który potrafi gwałtownie stwardnieć pod wpływem promieniowania UV. Analizy wskazują, że w modelach wydrukowanych w technologii 3D niepełne utwardzenie fotoinicjatorów na bazie tlenku fosfiny może powodować zatrucie katalizatora platynowego, co jest powszechnym problemem w przypadku materiałów żywicznych SLA. Niemniej jednak, fotoinicjatory te można zneutralizować poprzez odpowiednią obróbkę po wydruku (post-curing).
Zasada utwardzania żywicy UV
W procesie druku SLA (Stereolitografia) wiązka lasera jest kierowana na określone obszary materiału żywicznego, aby zainicjować utwardzanie. Po zakończeniu tego etapu cały obiekt uważa się za gotowy. Jednakże wydrukowany obiekt z żywicy nie jest na tym etapie w pełni utwardzony. Aby zrozumieć to zjawisko, należy zagłębić się w zasadę przejścia żywicy UV ze stanu ciekłego w stały.
Płynna żywica składa się z mieszaniny różnych wolnych monomerów i fotoinicjatorów. Pod wpływem światła ultrafioletowego (UV) fotoinicjatory ulegają reakcji, która powoduje łączenie i sieciowanie wolnych monomerów, co prowadzi do zestalenia. Reprezentuje to jednak tylko początkowy etap utwardzania, a wiele obszarów może nie osiągnąć pożądanego stopnia usieciowania. Dlatego proces dodatkowego utwardzania po wydruku ma ogromny wpływ na końcowe właściwości wydrukowanego obiektu, co w druku SLA jest często bagatelizowane.
Silikon addycyjny nadaje się do większości modeli drukowanych w technologii SLA 3D, ale pod warunkiem, że modele te są całkowicie utwardzone. Niestety, w przypadku większości wydruków 3D z żywicy UV utwardzenie jest niepełne, a bezpośrednie zalanie ich silikonem addycyjnym skutkuje uzyskaniem lepkiego, nieutwardzonego materiału. Aby rozwiązać ten problem, przygotowaliśmy cztery metody do Twojej dyspozycji.
1. Obróbka powierzchni
Umieść obiekt wydrukowany w 3D w alkoholu izopropylowym (91%) lub etanolu i pozostaw na 10-15 minut, aby usunąć wszelkie pozostałości nieutwardzonej żywicy z powierzchni modelu. Następnie umyj model w kąpieli z płynem do naczyń lub mydłem, a potem dokładnie spłucz wodą. Na koniec wysusz model na powietrzu i zakończ proces suszeniem termicznym (zaleca się 80-90°C przez 3-5 minut).
Ocena: Alkohol izopropylowy jest stosowany ze względu na swoją zdolność do rozkładania nieutwardzonej żywicy fotopolimerowej.
2. Dodatkowe utwardzanie (Post-Curing)
Modele z żywicy UV osiągają znacznie lepsze efekty utwardzania, gdy są wystawione na jednoczesne działanie ciepła i światła. W rzeczywistości światło słoneczne jest również doskonałym źródłem promieniowania UV. Jeśli dysponujesz odpowiednią ilością czasu, umieszczenie modelu pod lampą UV lub w bezpośrednim świetle słonecznym może znacząco pomóc w procesie sieciowania. Czas utwardzania może się różnić w zależności od modelu i jego ekspozycji na światło UV lub promienie słoneczne w różnych miejscach. Należy bezwzględnie upewnić się, że wszystkie obszary modelu są wystawione na działanie promieni UV w celu całkowitego utwardzenia.
Ocena: Dwie powyższe metody można stosować łącznie, a kroki czyszczenia i naświetlania można również powtórzyć 2-3 razy.
3. Podkład (Primer)
Metoda ta polega na nałożeniu cienkiej, równomiernej warstwy podkładu (takiego jak podkład nitrocelulozowy, bezbarwny lakier akrylowy, preparat Inhibit X itp.) na powierzchnię modelu – poprzez przecieranie, zanurzanie lub natryskiwanie. Po wyschnięciu podkład tworzy na powierzchni warstwę ochronną, pełniącą rolę bariery. Zapobiega to jakimkolwiek interakcjom między nieutwardzonym fotoinicjatorem na modelu a silikonem addycyjnym, skutecznie eliminując problem inhibicji.
Ocena: Metoda ta jest szczególnie skuteczna w przypadku modeli ze skomplikowanymi podcięciami (głębokie zakamarki, nietypowe kąty), ponieważ naświetlenie tych wgłębień światłem UV bywa trudne. Warto jednak pamiętać, że rozwiązanie to może prowadzić do minimalnych odchyleń wymiarowych w odlanej formie.
4. Metoda zastępcza
Najpierw stwórz formę silikonową używając silikonu kondensacyjnego bezpośrednio na modelu z żywicy UV. Jeśli Twój projekt dopuszcza pewien stopień skurczu, możesz po prostu użyć silikonu kondensacyjnego jako docelowej formy, ponieważ nie ulega on inhibicji w kontakcie z żywicą UV.
Następnie odlej model z żywicy epoksydowej w powstałej formie z silikonu kondensacyjnego. Uzyskasz w ten sposób kopię, idealnie odwzorowującą oryginalny model z żywicy UV. Choć użycie żywicy epoksydowej na tym etapie nie jest obowiązkowe, możesz zastosować inne twarde materiały. Ważne jest jednak, aby upewnić się, że wybrany materiał zastępczy nie hamuje procesu utwardzania silikonu addycyjnego.
Na koniec użyj odlewu z żywicy epoksydowej jako nowego modelu głównego i stwórz docelową formę przy użyciu silikonu addycyjnego.
Ocena: Silikon kondensacyjny wykazuje nieco wyższy skurcz w porównaniu do silikonu addycyjnego i ma wyższą lepkość, co wymaga użycia pompy próżniowej do odpowietrzania przed wylaniem.
Należy pamiętać, że powyższe rozwiązania są jedynie sugestiami. Skuteczność konkretnej metody może się różnić w zależności od użytego silikonu i materiału do druku 3D. Dlatego konieczna jest walidacja wybranego rozwiązania poprzez wykonanie testów dopasowanych do Twojego projektu.
