Bevezetés
A fotopolimerek fényérzékeny anyagok, amelyek fény hatására polimerizálódnak, és a folyékony monomerek vagy oligomerek szilárd, funkcionális hálózatokká alakulnak át. Az additív gyártási (AM) eljárásokban, beleértve a multifoton litográfiát és a fúziós sugárzást (FJ) [1], az akrilát fotopolimerek keményedési viselkedését erősen befolyásolja mind az UV-fény intenzitása, mind a hőmérséklet. Az AM-ben az anyag keményítése rétegenként történik, jellemzően 50-100 μm körüli rétegvastagsággal [2,3], ahol az anyag önmelegedést tapasztal az ExotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció exoterm, ha hő keletkezik.exotermikus keményítési reakció miatt.
E tanulmány célja a diakrilát fotopolimer rétegek termikus viselkedésének vizsgálata változó IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus körülmények és UV-fényintenzitás mellett, a NETZSCH dielektromos analízis kísérleti nyomon követése mellett Kinetics Neo [5] és a Termica Neo [6] szoftvereket a kinetikai elemzéshez, a termikus szimulációhoz és a hotspotok azonosításához.
Mérési feltételek
A DEA méréseket a NETZSCH DEA műszerrel végeztük az 1. táblázatban felsorolt mérési feltételek mellett. A kapott DEA-görbék képezik a kinetikai elemzés alapját.
Az 1. ábra mutatja a dielektromos analízishez (DEA) használt műszerünket, amely lehetővé teszi a különböző reaktív anyagok kikeményedési viselkedésének in-situ mérését. A több érzékelő lehetővé teszi a hőmérséklet és az ionviskozitás pontos mérését, így biztosítva az optimális teljesítményt és minőséget.
Táblázat: Mérési feltételek
| Műszer | NETZSCH DEA 288 Ionic |
|---|---|
| Anyag | Fotopolimer diakrilátok (UV DLP cég) |
| IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.Izotermikus hőmérséklet/°C | 30, 90 és 150 |
UV intenzitások 30°C-on/mW/cm² | 36, 75, 150 és 300 |
| Sugárzási idő/min | 10 |
| Érzékelő | IDEX érzékelő |
| Frekvencia/Hz | 10 |
Kinetikai elemzés
Kinetics Neo szoftver segítségével egységes modellt hozunk létre különböző hőmérsékletű és intenzitású UV-fényre I0 = 75 mW/cm² intenzitással. A különböző UV-intenzitások mellett történő keményedés kinetikai modellezéséről részletes információ az 1. részben[4] található.
A 2. ábra a hőmérséklet és az UV-intenzitás hatását mutatja a fotopolimer diakrilátok keményedési viselkedésére, DEA (dielektromos analízis) segítségével mérve. Egy közös kinetikai modellt hoztunk létre a Kinetics Neo szoftver segítségével. A rombusz szimbólumok a kísérleti adatokat, a folytonos vonalak pedig az illesztett görbéknek felelnek meg. A 2. táblázat részletezi a DEA méréseken alapuló kinetikai paramétereket.
Táblázat: A fotopolimer akrilátok kinetikai paraméterei DEA-mérések alapján
| Reakciós lépés | A → B |
|---|---|
| Reakció típusa | Cnm |
| Aktiválási energia [kJ/mol} | 5.174 |
| Log (preexponenciális tényező) [Log (1/s)] | -1.793 |
| A reakció sorrendje | 1.724 |
| Log (Autocat preexponenciális tényező [Log(1/s)] | 1.629 |
| AutcatPower mf | 1.136 |
| nUV Fény | 0.619 |
| I0 [mW/cm²] | 75 |
| Meghatározási együttható (R²) | 0.996 |
Cnm: N-edik rendű reakció m-teljesítményű autokatalízissel
Termica Neo szoftver: Szimuláció
Az ExotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció exoterm, ha hő keletkezik.exotermikus kikeményedési folyamat önmelegedést idéz elő az anyagban, ami belső hőmérsékleti gradiensek kialakulásához vezet. Ebben a munkában végtelen lemezgeometriaként modellezett, 100 μm és 300 μm vastagságú, 301 J/g entalpiájú, DSC méréseinkből származó dikrilát fotopolimer rétegek termikus kikeményedési viselkedését szimuláljuk. Az AM-folyamatok szimulációja során a reaktív réteget egy 10 cm vastag polimerblokk fölé helyeztük, amely alatt 25 °C-os szabályozott hőmérséklet van. E reaktív réteg felső felületén a környező hőmérséklet 90°C és 150°C adott, 75 mW/cm2 intenzitású UV-expozíció mellett. A szimuláció azt mutatja, hogy a hőmérséklet hogyan változik a rétegekben a kikeményedési folyamat során.
A 3. (a) és 3. (b) ábra a hőmérséklet alakulásának szimulációját mutatja be három perc alatt a keményítési folyamat során a 100 μm-es és a 300 μm-es rétegek esetében. Mindkét réteg körülbelül ugyanabban az időben (0,7 perc) éri el a csúcshőmérsékletét: 90.a 100 μm-es réteg esetében 4°C, a 300 μm-es réteg esetében 92,4°C, x=100% esetén, ami megfelel a felső felületi réteg teljes referenciavastagságának. A magasabb hőmérséklet a vastagabb rétegben a hőleadás csökkenésére utal. A vastag rétegekben az exoterm reakció több felhalmozott entalpiát szabadít fel belsőleg, ami önmelegedéshez és magasabb hőmérséklethez vezet, mint a vékony rétegekben.
(a) és 300 μm
(b) azonos 90°C-os hőmérsékleten és 75 mW/cm² intenzitás mellett.
A 4. (a) és 4. (b) ábra a szimulált hőmérsékleti profilokat mutatja egy 100 μm-es réteg háromperces kikeményítési ciklusa alatt, különböző 50°C-os és 150°C-os IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus körülmények között. Mindkét réteg esetében a csúcshőmérséklet körülbelül 0,35°C-kal nőtt a 100 μm-es réteg esetében. A különböző 50°C-os és 150°C-os IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus körülmények között a fő különbség az x=100%-os csúcshőmérséklet elérésének idejében volt, ami megfelel a teljes referencia vastagságnak a felső felületi rétegnél: 150°C-on ez gyorsabban, 0,6 perc alatt következett be, míg 50°C-on 1,1 perc alatt.
(a) és 150°C
(b) azonos, 100 μm-es rétegvastagság és 75 mW/cm² intenzitás mellett.
Az 5. ábra (a) a hőmérséklet alakulásának szimulációját mutatja három perc alatt egy 300 μm-es réteg 150 °C-on történő kikeményedése során. A csúcshőmérséklet körülbelül 2,6°C-kal nőtt ennél a rétegnél x=100% esetén, ami megfelel a felső felületének.
Az 5. (b) ábra a hőmérsékletet a rétegmélység és az idő függvényében szemléltető 3D felületi ábrát mutatja. Az 5. (c) ábra egy 3D hőtérképet mutat be, amely a hőmérséklet térbeli változását mutatja a rétegben az idő függvényében. Ezek a megjelenítések lehetővé teszik a termikus forró pontok gyors azonosítását.
a) Hőmérsékleti profilok a rétegben különböző függőleges pozíciókban a kikeményedés során
b) A rétegben a hőmérséklet alakulásának 3D-s felületi ábrázolása a koordináták és az idő függvényében
c) A rétegben a hőmérséklet alakulásának 3D-s hőtérképét.
Következtetés
A dielektromos elemzés (DEA) hatékony eszköz az UV-fotopolimerek ellenőrzésére. Nemcsak laboratóriumban, hanem közvetlenül a gyártósoron is használható. Ha kombináljuk a Kinetics Neo szoftverrel kombinálva a DEA-mérések bizonyítottan hatékonyan határozzák meg a kinetikai paramétereket, amelyek mind a hőmérséklet, mind az UV-intenzitás függvényei. A Termica Neo szoftver jelentős hozzáadott értéket képvisel a fotopolimer rétegek termikus viselkedésének szimulálásával, a hőmérséklet alakulásának előrejelzésével, a potenciális forró pontok azonosításával, valamint a rétegvastagság és a kikeményedési feltételek optimalizálásának lehetővé tételével.
A termikus szimuláció előnyei
Termikus biztonság és megbízhatóság: A hőmérséklet alakulásának szimulálása különböző rétegvastagságokban a túlmelegedés vagy az egyenetlen kikeményedés megelőzése érdekében.
Forró pontok azonosítása: A termikus forró pontok felderítése 3D hőmérsékleti profilok és hőtérképek segítségével.
Idő- és költséghatékonyság: Csökkentse a próba- és hibakísérleteket és minimalizálja az anyagpazarlást.
Alkalmazási megjegyzés: 1. rész
Tudjon meg többet: Kinetics Neo és DEA segítségével a fotopolimer keményedésének kinetikai elemzése változó UV-fényintenzitás mellett az 1. részben