Stampa 3D in resina: spiegazione di Ec, Dp, profondità di polimerizzazione e altro

Dall'inizio della stampa 3D in resina, gli ingegneri della resina stanno lavorando con gerghi come Ec, Dp, cura della profondità, legge della birra Lambert e altro ancora. Anche se rileggi dal "Fondamenti di stereolitografia" del Dr. Paul F. Jacobs, Direttore di R&S 3D-systems pubblicato nel 1992, parlano di questi valori. In questo articolo cerchiamo di spiegare in modo approfondito come funziona, cosa significano questi valori e cosa puoi fare con esso come utente o ingegnere. Per la versione breve, questo articolo sul ns Liqcreate pagina web può essere di interesse.

Spiegazione delle basi di polimerizzazione della stampa 3D in resina

Tutte le resine per la stampa 3D sono materiali fotopolimerizzabili, il che significa che sono reattivi alla luce (con la giusta lunghezza d'onda). Questa reattività controlla il comportamento delle resine su una specifica lunghezza d'onda. I parametri sulla sua reattività sono l'Energia Critica (Ec) e la Profondità di penetrazione (Dp), due valori riscontrabili per tutti Liqcreate materiali nella relativa Scheda Tecnica. Questi due valori sono valori derivati ​​empiricamente basati su misurazioni che utilizzano principalmente una stampante 405D DLP a 3 nm. La reattività alla luce viene misurata esponendo le resine con diverse dosi di energia (esposizione), nella maggior parte dei casi questa viene controllata aumentando il tempo di esposizione nella stampante 3D. Lo spessore dello strato della resina indurita viene misurato e tracciato rispetto al corrispondente input di energia, come mostrato nella figura sottostante. Dare un valore Ec e Dp.

Il fotoiniziatore che si risolve nella resina assorbirà la luce (alla giusta lunghezza d'onda) e utilizzerà l'energia per avviare la reazione. La profondità di polimerizzazione sarà sempre finita, portando a una correlazione logaritmica tra l'esposizione e la profondità di polimerizzazione, nella figura sopra è mostrata una curva tipica. Questo deriva dalla legge della birra di Lambert che descrive la relazione tra la concentrazione e l'assorbanza della soluzione. In questo caso la resina è la soluzione.^,

Quando si traccia la curva di lavoro (spessore in micrometri rispetto all'energia luminosa) è una rappresentazione visiva della correlazione tra stampante e resina. Sulla base di ciò si ricava una correlazione matematica, come mostrato nella formula 1 con:

Cd = Profondità di polimerizzazione [mm] (spessore dello strato)
Dp = Profondità di penetrazione [mm] (pendenza di Cd vs LogExp)
Ec = Energia Critica [J/mm2] (la quantità minima di energia richiesta per formare uno strato solido)

Cd = Dp • In(Esp) + Ec

E dove Exp = esposizione [J/m2 o mJ/cm²], che è una funzione del tempo di esposizione calcolato come indicato nella formula 2, con:

t = Tempo [s] (tempo di illuminazione)
Irr = Irradianza [W/m2] (potenza della sorgente luminosa)

Esp = t • Irr

In che modo questi parametri descrivono il comportamento delle resine in una stampante 3D da un punto di vista più pratico? Ebbene, la profondità di penetrazione (Dp) mostra una sensibilità dei materiali alle variazioni dell'emissione luminosa, il che significa che un materiale con un Dp inferiore ha prestazioni migliori se soggetto a variazioni del tempo di esposizione/potenza della sorgente luminosa, mentre un materiale con un Dp più elevato , è più probabilmente un materiale di stampa più veloce ma anche più sensibile ai guasti alle deviazioni nell'emissione di luce. Mentre sembra che sia preferibile una resina da stampa più veloce, una resina meno sensibile è pratica più utile, a causa dell'elevata probabilità di variazioni nell'emissione di luce dovute alla mancanza di un'adeguata pulizia e al degrado della sorgente luminosa.

L'energia critica (Ec) è un valore per la quantità minima di energia richiesta per formare uno strato solido e quindi la quantità minima di energia richiesta per la stampa 3D. Questi valori derivano da misurazioni pratiche, il che significa che possono variare quando i parametri all'interno della misurazione vengono modificati come temperatura e lunghezza d'onda. L'ultimo valore che si può ricavare da questo grafico è il maxprofondità di cura minima (max Cd) di un materiale. Questo è il pratico maxspessore massimo che si può polimerizzare una resina. Questo è importante quando devi superare il gap del primo strato in una stampante 3D che può essere di diverse centinaia di micron.

Comportamento di polimerizzazione della stampa 3D in resina in pratica

Era tutto teorico, vediamo come funziona in pratica. Abbiamo preso il nostro spot Premium Black resina e l'ho eseguito su due diverse macchine DLP aperte per questo tipo di test. Uno è l'Asiga Max (DLP, 385 nm) che è stato impostato a 8 mW/cm² e 4 mW/cm²  potenza e ha una sorgente luminosa a 385 nm e l'altra un DLP aperto a 405 nm con 8 mW/cm² energia.

Tre diversi set sono stati misurati sull'Asiga a 385 nm a 8 e 4 mW/cm²  con Premium Black resina. Primo Premium Black è stato misurato a 8 mW/cm² ed esposto con tempi/potenze differenti. Successivamente la potenza è stata impostata a 4 mW/cm²  e sono stati misurati altri due set, uno con esposizione 2x (quindi stessa energia totale) e uno con esposizione 2x in due diversi burst. Se si tracciano i dati in spessore (in micrometri) rispetto all'energia (in mW/cm²) sono stati ottenuti questi risultati.

Ciò convalida che all'interno della finestra dell'esperimento, la resina si comporta secondo la legge di Lambert Beers e una diversa strategia di esposizione non ne modifica l'assorbimento o il meccanismo di indurimento in modo significativo.

Lunghezza d'onda di 405 nm contro 385 nm

Quindi fare lo stesso esperimento con Premium Black a 405 nm e 385 nm (entrambi 8 mW/cm²) potenza, puoi vedere grandi differenze poiché la resina si comporta in modo diverso con diverse lunghezze d'onda.

Tre cose che puoi imparare dai test su questa specifica resina:

• – 385 nm è più efficiente con l'inizio della polimerizzazione (Ec inferiore)
• – 405 nm è più efficiente nella polimerizzazione di strati spessi (Dp maggiore)
• – La pendenza del test a 405 nm è più ripida, il che lo rende più suscettibile alla polimerizzazione completa, ma può anche aumentare la velocità di stampa su strati più spessi.

Ec e Dp per una lunghezza d'onda di 405 nm rispetto a 385 nm

Come si può vedere dal grafico precedente, anche i valori Ec e Dp sono differenti per 385nm e 405nm. Quando non viene specificato nulla, la cosa migliore è chiedere al produttore su quale lunghezza d'onda vengono misurati Ec e Dp. Standard lo facciamo a 405 nm, ma intendiamo anche espanderlo a 385 nm.

Calcolando sia Ec che Dp di Premium Black a 405 nm e 385 nm darebbe i seguenti valori:

Speriamo che questa sia stata una lettura interessante ed educativa. Se avete domande o commenti su questo argomento o altri argomenti relativi alla resina, inviateci un'e-mail a info@liqcreate.com.com e i nostri ingegneri ti aiuteranno.