Investigating UV Exposure and Thermal Cure in Vat Photopolymerization

Vat Fotopolimerizasyon Konfigürasyonu

Hızlı baskı için optimize edilmiş ilginç bir yapılandırma, tüm katmanın maske projeksiyonunu ve yapı platformunun yukarıdan aşağıya hareketini kullanmaktır. Bu, UV lazerin her katmanın şeklini piksel bazında izlemediği, bunun yerine lazer ışınının tüm katmanın geometrisine göre şekillendirildiği ve hepsini bir kerede ortaya çıkardığı anlamına gelir. Aynı zamanda, yukarıdan aşağıya yaklaşım, yapı platformunun reçineye batırıldığı ve UV ışık projeksiyonunun alttan bir pencere aracılığıyla gerçekleştiği anlamına gelir. Her katmandan sonra platform bir katman yüksekliği kadar yukarı taşınır ve işlem tekrarlanır. Pencere boşluğu ile yapı platformu veya parçanın önceki katmanları arasındaki bir katmanın kürlenmesi, parçanın pencereye yapışmasına neden olabilir ve yukarı doğru hareketi etkileyebilir. İşlem prensibi burada açıklanmıştır.

Bu nedenle, genellikle Dijital Işık Sentezi (DLS) olarak adlandırılan bir varyasyonda, pencere gerçekten de oksijen geçirgen bir membrandır. Bu, oksijenin pencereden geçerek reçine boşluğuna difüzyonuna izin verir. Tüm difüzyon süreçlerinde olduğu gibi, konsantrasyon değişimi zamana bağlıdır ve reçine ile pencerenin ara yüzeyinde oksijen doygunluğuna ve reçinenin daha yukarısında daha düşük konsantrasyonlara neden olur. Bu etki, reaksiyonu oksijen tarafından engellenen oksijene duyarlı reçinelerde kullanılır. Tipik bir örnek akrilatlar olabilir.

Bu etki nedeniyle reçine, pencerenin ara yüzeyinde sıvı halde kalır ve platformun yukarı doğru hareketi sırasında kolayca serbest kalabilir. Bununla birlikte, UV ışığına maruz kalan boşluktaki reçinenin geri kalanı kürlenmektedir. Belirli bir reçinenin UV kürlenme davranışını anlamak için, UV ışık kaynağı ile donatılmış Diferansiyel Fotokalorimetri (bir Foto-DSC tarafından verilir) kullanılabilir.

Foto-DSC nasıl çalışır?

Philip Obstet ve arkadaşları [1], "DLS işlemi sırasında RPU 70'in çift kürlenme reaksiyonu ve sonuçta ortaya çıkan mekanik parça özellikleri üzerinde maruz kalma süresinin etkisinin araştırılması" başlıklı makalelerinde, iki bileşenli bir reçinenin termal çapraz bağlanma derecesinin, foto-polimerizasyon sırasında önceki çapraz bağlanma reaksiyonu tarafından belirlendiğini göstermek için yola çıkmışlardır [1].

NETZSCH Analyzing & Testing ile işbirliği içinde gerçekleştirilen çalışmada, OmniCure^® S2000 SC UV ışık uzantısına sahip bir Photo-DSC 204 F1 Phoenix^® kullanılmış ve sert bir poliüretan reçine analiz edilmiştir.

Reçine, 3D baskı işlemi sırasında başlangıçta UV ışığı ile kürlenen bir çift Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme sistemidir. Daha sonra, bileşenin mekanik özelliklerini ve termal stabilitesini daha da iyileştirmek için bir fırında yüksek sıcaklıklarda kürlenir. Her iki adım da UV ışık kaynağının sıcaklık rampaları ve İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal segmentlerle birlikte serbestçe programlanabildiği NETZSCH Photo-DSC ile incelenebilir. UV ışığı, DSC'de bulunan 200 W cıva kısa arc lamba tarafından yayılır ve optik fiberler ve lensler aracılığıyla hem numune hem de boş tava üzerine ölçüm odasına gönderilir. Pozlama sürelerinin yanı sıra ışık yoğunluklarının doğrudan NETZSCH Proteus^® yazılımında hassas bir şekilde ayarlanmasını sağlamak için döner bir iris mekanizması kullanılır. Omnicure sistemi ayrıca, bir uygulama için belirli dalga boylarına ihtiyaç duyulması halinde bant sınırlayıcı filtrelerle uyarlanabilen geniş bir çıkış spektrumu sunar.

NETZSCH Photo-DSC ile UV ve termal kürlenme nasıl ölçülür?

Çalışmanın tamamına buradan ulaşılabilmekle birlikte, analizleri de içeren örnek bir ölçüm burada sunulacaktır.

Gerçekleştirilen deneyler için OmniCure^® cihazının tüm spektrumu kullanılmıştır. Işık çıkışı ile numune arasındaki 20 mm'lik sabit mesafe nedeniyle bir YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk kaybı meydana gelir. Bu nedenle, kaybı ayarlamak için bir dönüştürme faktörü kullanılmıştır. 3D yazıcıda oluşan yaklaşık 9 ^mW/cm2 'lik ışık yoğunluğunu elde etmek için yazılımda 0,5 ^W/cm2 'lik bir ayar kullanılmıştır.

Her ölçüm için, UV maruziyeti 5 dakikalık İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal segment sırasında 30°C'de gerçekleştirilir. Ardından, numune 3 K/dak ısıtma hızı kullanılarak 120°C'ye ısıtılır ve 30°C'ye geri soğutulmadan önce kürlenmenin tamamlandığından emin olmak için 10 dakika boyunca sabit tutulur.

Tüm ölçüm koşulları aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:

Tablo 1: Ölçüm koşulları

Şekil 1'de UV kürü ve ardından termal kürün sonucu gösterilmektedir. İzotermal bölümün başlangıcında, numune 6,8 saniye boyunca maruz bırakılır ve elde edilen EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal entalpi 78,4 J/g olarak ölçülür. Takip eden ısıtma adımı sırasında, numunenin termal kürlenmesi gerçekleşir ve 120°C son sıcaklığa ulaşıldığında zaten bitmiştir.

Bu durum, taban çizgisinden sapmanın vurgulandığı Şekil 2'de daha iyi gözlemlenebilir. Termal kürlenmeden kaynaklanan EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal entalpinin 20,89 J/g olduğu görülebilir.

UV'ye maruz kalma sırasında, saf ışık tarafından üretilen ölçülen enerjinin düzeltilmesi gerekir. Bu nedenle, UV'ye maruz bırakma adımı tamamen kürlenmiş reçine numunesi üzerinde tekrarlanır ve entalpi artışı ölçülür. Sonuç Şekil 3'te gösterilmektedir. Mavi eğri ilk ölçümü (bkz. Şekil 1), siyah eğri ise tamamen kürlenmiş reçinenin UV maruziyetinin entalpisini göstermektedir. İçindeki çıkarma fonksiyonunu kullanarak Proteus^® yazılımı ile düzeltilmiş entalpi hesaplanır ve yeşil eğri olarak görselleştirilir. Düzeltme sonrası EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal entalpi 70,29 J/g'dır.

Doğru denge önemlidir

Bu örnek, 6,8 saniyelik bir maruz kalma süresiyle, termal kürlenmeye (21 J/g) kıyasla kürlenmenin büyük kısmının UV maruziyeti sırasında gerçekleştiğini göstermektedir. Foto-DSC ve geleneksel DSC işlevselliğinin kombinasyonunun bu tür karmaşık malzeme sistemlerini analiz edebildiği görülebilir. Çalışmanın tamamı, daha düşük maruz kalma sürelerinin bu oranı ters yönde değiştirdiğini göstermektedir: düşük maruz kalma süresinde, çapraz bağların çoğu termal Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme adımı sırasında oluşmaktadır.

Yazarlar bu sonuçları numuneler üzerinde yapılan mekanik testlerle birleştirmiş ve şu sonuca varmışlardır: UV ışığına maruz kalma nedeniyle ne kadar fazla kürleşme olursa, ortaya çıkan parçalar o kadar güçlü olur (bkz. Şekil 4).

Bu, termal çapraz bağlanmanın UV'ye maruz kalma sırasında önceden oluşan ağa bağlı olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, yazarlar ayrıca termal kürlemeden kaynaklanan çapraz bağ miktarının çok düşük olması durumunda gevrekleşmenin meydana gelebileceğini ve dolayısıyla mekanik performansın da düşebileceğini bulmuşlardır. Çalışmanın tamamını buradan okuyabilirsiniz!

Kaynak ve Bağlantılar

1] Obst, P^.a, Riedelbauch, J.^a, Oehlmann, P.^a, Rietzel, D.^a, Launhardt, M.^c, Schmölzer, S.^d, Osswald, T.A^.e ve Witt, G.^b (2020): Maruz kalma süresinin DLS işlemi sırasında RPU 70'in çift kürlenme reaksiyonu ve sonuçta ortaya çıkan mekanik parça özellikleri üzerindeki etkisinin araştırılması. Katmanlı Üretim Cilt 32. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.101002

^aBMWGroup, Katmanlı Üretim Merkezi, Münih, Almanya, ^bÜretimMühendisliği ^Enstitüsü, Duisburg Üniversitesi - Essen, Duisburg, Almanya, ^cPolimerTeknolojisi ^Enstitüsü, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg, Erlangen, Almanya, ^dNETZSCH GmbH & Co. KG, Selb, Almanya, ^ePolimerMühendisliği Merkezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Wisconsin-Madison Üniversitesi, Madison, WI 53706 ABD

NETZSCH Photo-DSC ile Çift Kürlemeli Reçineler hakkında daha fazla araştırma

Photo-DSC 204 ile Dijital Işık Sentezi (DLS) için Çift Kürlemeli Reçinelerin Araştırılması F1 Phoenix^®

Katmanlı Üretim teknolojisi Dijital Işık Sentezinde (DLS) kullanılan fotopolimerler zorlu malzemelerdir. Şimdiye kadar, örneğin daha yüksek oda sıcaklıkları nedeniyle artan sıcaklıkların sonuçları hakkında çok az şey bilinmektedir. A research makalesi, sıcaklıkların bu tür çift kürlemeli reçineler üzerindeki etkisini araştırmayı amaçlamakta ve Foto-DSC'nin termal dönüşümü izlemenin yanı sıra optimum pozlama sürelerini belirlemede en etkili yöntem olduğunu bulmaktadır.

Foto-DSC, Katmanlı Üretim için Sıvı Numunelerin Test Protokollerini Nasıl Geliştiriyor

Fotopolimerler birçok sektörde giderek artan bir önem kazanmıştır. Bir Eklemeli Üretim Teknolojisi olan Dijital Işık Sentezi (DLS), fotopolimerlerin kullanımı için en iyi örnektir. NETZSCH Photo-DSC'nin Katmanlı Üretim sürecini optimize etmek için neden kanıtlanmış bir yöntem olduğunu öğrenin.