Driedimensionaal (3D) printen, ook bekend als additieve fabricage (AM), kan een materiaal laag voor laag transformeren om een ​​interessant object te bouwen. 3D-printen is geen nieuw concept, sinds de jaren 80 bestaan ​​er stereolithografische printers. De wijdverbreide beschikbaarheid en kosteneffectiviteit van de technologie heeft een verscheidenheid aan moderne toepassingen in de biomedische technologie mogelijk gemaakt.

Het hedendaagse proces van laaggewijze additieve fabricage is niettemin traag en heeft invloed op de snelheid van objectfabricage voor objecten met geribbelde oppervlakken. Continu stereolithografisch printen kan de limieten overwinnen door de printsnelheden te verhogen om objecten met gladde oppervlakken te genereren. Nu aan het schrijven wetenschappelijke vooruitgang , Martin P. de Beer, Harry L. van der Laan en collega's demonstreren een nieuwe methode voor snelle en continue stereolithografische additieve fabricage (SLA) in één keer door de grondstof te koppelen aan twee golflengten van licht.

De materiaalwetenschappers ontwikkelden een methode met twee lichtbronnen; een om de hars te laten stollen en een ander ultraviolet licht om te voorkomen dat de hars tijdens de fabricage van het object uithardt op het apparaatvenster. Een zone zonder ongewenste stolling (remmingsvolumes) maakte een efficiënt gebruik van harsen mogelijk en verhoogde de snelheid van 3D-printen in een enkele belichting, in tegenstelling tot laagsgewijs, conventionele fabricage. Een verscheidenheid aan materialen, inclusief thermoplasten, polymeerharsen en anorganische poeders zijn gebruikt als media voor additieve fabricage (AM), met een verscheidenheid aan methoden, waaronder materiaalextrusie, tot poederbedfusie en bindmiddelstralen. Vooral, stereolithografische AM (SLA) was van belang in het onderzoek omdat het is gebaseerd op een verlichtingsbron met patronen om dwarsdoorsneden van een gewenste geometrie te genezen.

In de studie, de Beer en Laan et al. ontwikkelde een AM-systeem dat continu kon printen, bij relatief hoge lineaire snelheden om 3D-structuren te vormen in een enkele belichting. De experimentele opstelling omvatte een bouwkop omhoog getrokken uit een fotopolymeriseerbare hars en twee verlichtingsbronnen met optica die op verschillende golflengten werken (365 nm en 458 nm). In de proefopstelling is patroonverlichting ging van onderen door een transparant glazen raam en startte de harspolymerisatie.

Verlichting met een tweede golflengte remde het polymerisatieproces direct naast het glazen venster om continue werking mogelijk te maken door polymeeradhesie aan het glas te elimineren. De Beer et al. bereikte printsnelheden tot twee meter per uur met behulp van een proces dat compatibel is met een verscheidenheid aan harsen, waaronder acrylaten, methacrylaten en vinylethers. Door de lichtintensiteit per pixel te variëren, het systeem kan ook materiaaloppervlakpatronen maken in een enkele belichting van de laag, zonder het toneel te vertalen.

Een uniek kenmerk van de experimenten ontwikkeld door de Beer et al., was het bereiken van volumetrische patronen met behulp van een meerkleurig systeem voor initiatie en remming van fotochemische polymerisatie. Voor fotopolymeriseerbare harsen, de wetenschappers gebruikten kamferchinon (CQ) en ethyl-4(dimethylamino)benzoaat (EDAB) als zichtbare foto-initiator en mede-initiator. Voor de fotoremmer gebruikten ze bis[2-(o-chloorfenyl)-4, 5-difenylimidazool] (o-Cl-HABI).

In het proces, één golflengte fotochemisch geactiveerde polymerisatie, terwijl een tweede golflengte die reactie remde na het vormen van de gewenste geometrie. Om de dikte van het polymerisatieremmingsvolume naast het venster van het apparaat te regelen, de wetenschappers varieerden de verhouding van lichtintensiteiten van de twee verlichtingsbronnen met behulp van aangepaste LabVIEW-software. Met opzet, polymerisatie kan daarom continu optreden boven het gebied voor het afdrukken van objecten, door schadelijke raamhechting te vermijden.

De wetenschappers gebruikten DesignSpark Mechanical 2.0 of Autodesk Fusion 360 om modellen te ontwerpen voor 3D-printen en exporteerden ze als STL-bestanden (bestandsindeling gemaakt in 3D-systemen). Om beeldsegmenten te maken van de STL-bestanden, ze gebruikten de slice-functie in Autodesk Netfabb 2017. Tijdens het printen, ze toonden de beeldplakken tegelijkertijd terwijl ze de bouwkop bewogen met behulp van LabVIEW VI. De maximale printsnelheid voor continue snelheid en continu printen was afhankelijk van de intensiteit van de initiërende en remmende golflengte en de hoeveelheid energie die nodig is om de hars uit te harden, zoals afgeleid in de studie. Als een proof-of-principle, de Beer et al. geprinte onderdelen met snelheden van ongeveer 2 m/uur om argyle-structuren te creëren. Nadien, de wetenschappers spoelden de gedrukte delen in isopropanol om niet-uitgeharde hars te verwijderen.

Om de 3D-producten te karakteriseren, de Beer et al, gebruikte een gaspyknometer om het volume van de 3D-geprinte onderdelen te meten. Tijdens de experimenten, de wetenschappers plaatsten een monstermassa in een cilindrische monstercel, die daarna met heliumgas onder druk werd gezet. Door vervolgens de druk los te laten, ze waren in staat om het volume van heliumgas uit te breiden, die omgezet in het volume van het monster. De wetenschappers voerden op dezelfde manier experimenten uit om de gelfractie te bepalen van monsters die zijn bereid via snel en continu 3D-printen.

In het fabricagesysteem de Beer et al. controleerden de diepte tot waar het licht doordrong en hardden uiteindelijk de hars uit door de blauwe absorptie van de hars te regelen, die in het onderzoek is afgeleid. Het proces van foto-initiatie en fotoinhibitie beschreven in de studie was overdraagbaar naar een verscheidenheid aan monomeerklassen voor gebruik in de opstelling. De technieken en resultaten die in het onderzoek zijn waargenomen, zijn momenteel onbereikbaar met hedendaagse methoden. Eerdere studies konden alleen tweekleurenbestraling bereiken voor subdiffractie en direct-write-fotolithografie met behulp van verschillende foto-initiator- en remmersystemen, aan degenen die op dit moment gedetailleerd zijn.

In aanvulling, de Beer en Laan gebruikten bestraling met variabele intensiteit om in één stap uitgeharde materialen met ingewikkelde topografische kenmerken van het oppervlak te produceren. Dit maakte een snelle generatie van gepersonaliseerde producten mogelijk, terwijl de veelvoudige en tijdrovende stappen die typisch worden gebruikt in microfabricage worden geëlimineerd. Op deze manier, de toepassing van multigolflengtesystemen op SLA die in de studie werd aangetoond, vormt een nieuwe richting in de door licht ondersteunde productie van additieven. Naast volumetrische polymerisatiecontrole die in de context wordt beschreven, de wetenschappers stellen zich voor dat het tweekleurensysteem een ​​snelle fabricage van onderdelen met gelokaliseerde variaties van materialen en chemische eigenschappen in een enkele stap mogelijk maakt.

© 2019 Wetenschap X Netwerk