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Application de la résine époxyde dans l'impression 3D

Histoire du développement de la technologie SLA

Le processus de prototypage rapide du traitement laser UV est maintenant appelé processus d'impression 3D de stéréolithographie (en abrégé SLA). Brevetée aux États-Unis par Charles Hull en 1984, c'est l'une des premières technologies d'impression 3D développées. Depuis que 3D Systems of America a lancé pour la première fois SLA commercialisé en 1988, ceRésine époxy d'impression 3dLa technologie s'est développée rapidement, ce qui peut imprimer automatiquement des objets 3D complexes qui sont difficiles à fabriquer par diverses autres méthodes de traitement, ce qui représente une importance historique dans le domaine de la technologie de traitement. SLA utilise un laser UV contrôlé par ordinateur pour scanner point par point sur le niveau de liquide de résine photosensible en fonction de la forme de la section transversale bidimensionnelle et ainsi durcir la résine. Ensuite, la résine durcie forme une forme bidimensionnelle. Ce procédé est répété couche par couche pour finalement obtenir un objet 3D complet, avec sa qualité dépendant principalement des propriétés de la résine photosensible.

Pour la puissance du laser UV utilisé est très petite, généralement mesurée en milliwatts, la résine photosensible doit être sensible à la lumière UV, de sorte qu'il puisse être guéri avec une quantité relativement faible d'exposition aux UV. Par conséquent, le développement de la résine photosensible avec une bonne photosensibilité et une haute précision a toujours été l'un des points chauds dans la recherche sur la technologie d'impression 3D SLA. Pendant ce temps, en raison de la présence de diluants photosensibles à petites molécules dans la résine photosensible, qui est composée de prépolymères photosensibles, de diluants photosensibles et d'initiateurs, les pièces en résine photosensible ont une faible résistance à la chaleur et sont sujettes à la déformation thermique. Par conséquent, le développement de la résine photosensible avec une bonne résistance à la chaleur et une haute précision a également été l'un des points chauds dans la recherche sur la technologie d'impression 3D SLA.

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Développement de la résine photosensible SLA

Le développement de la résine photosensible appliquée à l'impression 3D SLA peut être grossièrement divisé en trois étapes. Au stade précoce (1988-1995), les prépolymères de résine photosensible commercialisée pour le prototypage rapide SLA étaient des prépolymères d'acrylate avec des initiateurs de radicaux libres. Sous l'action de la lumière UV, un initiateur de radicaux se décompose en radicaux, qui initient la polymérisation des molécules d'acrylate, une à une, pour former des composés polymères de haut poids moléculaire. L'acrylate de prépolymère photosensible à radicaux libres présente principalement une meilleure photosensibilité par rapport à celle de la résine époxy de prépolymère photosensible cationique; cependant, il a un plus grand retrait pendant la polymérisation, ce qui conduit à une mauvaise précision dimensionnelle des pièces fabriquées, et le rend sujet au gauchissement et à la déformation. Par conséquent, il est difficile de répondre aux exigences de précision et a été progressivement remplacé.

Dans la deuxième étape, des résines photosensibles cationiques pures composées de résine époxy prépolymère et d'initiateur cationique ont été principalement utilisées. Il y avait de nombreux types de prépolymères photosensibles cationiques, y compris principalement la résine époxy de type bisphénol A, la résine époxy phénolique etRésines époxy cycloaliphatiques. En principe, tous ces trois types peuvent être utilisés comme prépolymères photosensibles cationiques, le dernier type ayant une meilleure photosensibilité. La raison en est que la grande liaison conjuguée du cycle benzénique dans la résine époxy de type bisphénol A et la résine époxy phénolique a un effet inductif sur les électrons du groupe époxy dans la molécule, réduire la densité du nuage d'électrons du groupe époxy et ainsi diminuer la réactivité avec l'acide protonique réactif électrophile. En revanche, il n'y a pas de phénomène d'induction d'électrons du groupe époxy dans la molécule et de réduction de la densité du nuage d'électrons par la grande liaison conjuguée du cycle benzène dans la résine époxy cycloaliphatique, et ils ont une réactivité élevée avec l'acide protonique réactif électrophile.

Ces dernières années, la résine photosensible a commercialisé pour l'impression 3D SLA à l'étranger, avec son prépolymère photosensible contenant à la fois de la résine acrylate et époxy et ses initiateurs, y compris les deux initiateurs de radicaux libres (Initier la polymérisation de la résine acrylique) et de l'initiateur cationique (se décomposer en acide protonique qui consiste à initier la polymérisation par ouverture de cycle de la résine époxy sous l'effet de la lumière UV), présente un taux de retrait plus faible que la rupture à double liaison de la résine acrylique. Par conséquent, la précision des pièces fabriquées avec un tel type de résine photosensible à radicaux libres cationiques est évidemment meilleure que celle de la résine photosensible à radicaux libres purs.

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Avantages de la résine époxyde dans l'impression 3D

En résine photosensible d'impression 3D, leRésines époxy spécialesPrésente d'excellentes propriétés mécaniques, des propriétés chimiques stables, une résistance à haute/basse température, un faible taux de retrait, de faibles coûts, etc.

Du point de vue moléculaire, le processus de durcissement de la résine photosensible consiste à passer de petites molécules à des polymères avec des macromolécules à longue chaîne, avec des changements significatifs dans la structure moléculaire. Par conséquent, le rétrécissement est inévitable pendant le processus de durcissement. Le retrait de la résine est principalement divisé en deux parties. L'un est le retrait de durcissement, et l'autre est la dilatation thermique et la contraction à froid causées par les changements de température lorsque le laser scanne le niveau de liquide de la résine. En outre, la zone d'augmentation de la température est petite, de sorte que la quantité de retrait causée par le changement de température est faible et négligeable. L'impact du retrait du volume généré lors du processus de photodurcissement de la résine photosensible sur la précision des pièces ne peut être ignoré. Le rétrécissement du volume génère la contrainte de retrait et entraîne ainsi l'enveloppement et la déformation des pièces. Lors du durcissement de la résine acrylique, la réaction de polymérisation de la rupture carbone-carbone peut provoquer un rétrécissement de volume important, tandis que la réaction d'ouverture de l'anneau peut se produire pendant le processus de durcissement de la résine époxy, de sorte que le retrait du volume est relativement petit. Comme on peut le voir sur les résultats de la figure ci-dessous, du test de retrait avec de la résine époxy Tetra cycloaliphatique, le retrait volumique de la résine époxy cycloaliphatique est significativement inférieur à celui de l'acrylate dans les conditions de photodurcissement.

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Formule: Résine: Photo-initiateur = 100:0.5 6145-100: Polyuréthane cycloaliphatiqueHexaacrylate

La résine époxy cycloaliphatique présente une faible viscosité, une bonne résistance aux intempéries, un faible retrait de durcissement, une densité de réticulation élevée et une réactivité élevée, elle est donc largement utilisée dans l'impression 3D SLA comme résine photosensible, et considéré comme l'un des oligomères matriciels les plus importants.

Pour de telles applications, les quatre résines époxy cycloaliphatiques suivantes de Jiangsu Tetra ont été pleinement appliquées dans la pratique et peuvent répondre à la plupart des exigences des résines photosensibles pour l'impression SLA 3D à la fois au pays et à l'étranger.

TTA15:3 4 méthacrylate d'époxycyclohexylméthyle

TTA16:Esters d'acrylate en gros