Undersøgelse af dobbelthærdende harpiks til digital lyssyntese (DLS) med Photo-DSC 204 F1 Phoenix^®

Brugen af fotopolymerer til Additive Manufacturing (AM) teknologi Vat Photopolymerization (VP) er steget i de senere år. Årsagerne til denne stigning er bl.a. den vellykkede indsats for at forbedre materialernes mekaniske, optiske, kemiske og termiske egenskaber. Digital Light Synthesis (DLS) er en af de seneste udviklinger inden for dette område.

Lær mere om DLS, også kendt som Continuous Liquid Interface Production (CLIP), i vores videoserie Material Science in Additive Manufacturing. Klik her for at komme til videoen!

Hvad er dobbelthærdende resiner?

Det californiske firma Carbon, Inc. udviklede ikke kun DLS-processen, men var også banebrydende med et todelt harpikssystem.

Del A og del B af harpikssystemet "blandes oprindeligt i et foruddefineret blandingsforhold og opnår deres dimensionsstabilitet gennem ultraviolet (UV) Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning under DLS. Deres endelige mekaniske egenskaber opnås dog ved sekventiel termisk Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning i en konvektionsovn." [1]

Selv om denne dobbelte hærdningsmekanisme gør en lang række materialer egnede til DLS, øges den samlede behandlingstid af yderligere Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning i konvektionsovnen, der kan tage flere timer at opnå fuldstændig Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning.

Udfordringen med AM-fotopolymerer

Den største udfordring ved fotopolymerer er deres skørhed. Materialer opnår kun status som produktionsstandard, hvis der er garanti for meget ensartede og reproducerbare egenskaber samt processtabilitet. "Termisk Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning og dermed temperatur er en afgørende faktor for systemer med dobbelt hærdning. Indtil videre ved man dog kun lidt om konsekvenserne af øgede temperaturer, f.eks. på grund af den stærke eksoterme reaktionsvarme, der forårsages af den radikale fotopolymerisation under DLS eller højere rumtemperaturer." [1]

Forskningsspørgsmål og mål

Forskningsartiklen "Undersøgelse af temperaturens indflydelse på den dobbelthærdende urethan-methacrylat-harpiks Rigid Polyurethane 70 (RPU 70) i digital lyssyntese (DLS)" blev skrevet af J. Bachmann, E. Gleis, G. Fruhmann, J. Riedelbauch, S. Schmölzer og O. Hinrichsen. Den har til formål at "karakterisere temperaturens indflydelse på en dobbelthærdende resin [...] og at give en dybere forståelse af den kemiske reaktionsmekanisme for RPU 70 i den dobbelte hærdningsproces." [1]

Den fulde artikel er tilgængelig her: https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101677

Sporing af den komplette reaktion og den termiske omdannelse med Photo-DSC

"Den termiske omdannelse af den flydende harpiks til en elastomer blev analyseret med viskositetsmålinger, Fourier-transform infrarød spektroskopi (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC) og Photo-DSC." [1]

Analysen med NETZSCH Photo-DSC 204 F1 Phoenix^® var den mest effektive metode til at spore den termiske omdannelse samt til at identificere optimale eksponeringstider og eksponeringsintensitet for UV-reaktive harpikser.

Photo-DSC er derfor velegnet til at spore den komplette fotopolymeriseringsproces for dobbelt hærdende harpikser i DLS og desuden detektere termisk efterhærdning.

Kilde: [1

[1] https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101677