Каква е разликата между UV - втвърдени и термопластични 3D печатни материали?
Като доставчик на 3D принтери бях свидетел на бързото развитие на технологията за 3D печат и разнообразната гама от материали, налични на пазара. Два от най-често използваните видове материали при 3D печат са UV - втвърдени и термопластични материали. Разбирането на разликите между тези две може да помогне на клиентите да вземат по-информирани решения, когато избират правилното решение за 3D печат за техните нужди.
1. Състав и основни свойства
- UV - втвърдени материали: UV-втвърдените материали обикновено са течни смоли. Тези смоли са формулирани с фотоинициатори, мономери и олигомери. Когато са изложени на ултравиолетова (UV) светлина, фотоинициаторите абсорбират UV енергията и инициират химическа реакция, наречена полимеризация. Тази реакция кара течната смола да се втвърди бързо, слой по слой, за да образува 3D обект. UV - втвърдените смоли могат да имат широк спектър от свойства в зависимост от тяхната формула. Те могат да бъдат твърди, гъвкави, прозрачни или непрозрачни. Например, някои дентални приложения използват UV - втвърдени смоли, които са биосъвместими и могат да се използват за създаване на зъбни модели, алайнери и дори временни корони.
- Термопластични материали: Термопластичните пластмаси са полимери, които могат да бъдат разтопени и повторно втвърдени многократно без значително влошаване на свойствата им. Те обикновено са под формата на нишки или пелети. Общите термопластични материали, използвани в 3D печата, включват акрилонитрил бутадиен стирен (ABS), полимлечна киселина (PLA), поликарбонат (PC) и полиетилен терефталат гликол (PETG). Тези материали имат различни точки на топене, механични свойства и химическа устойчивост. Например ABS е известен със своята здравина и устойчивост на удар, което го прави подходящ за функционални части като автомобилни компоненти и електронни кутии.
2. Процес на печат
- UV - втвърден процес на печат: Най-разпространената технология за 3D печат, която използва UV - втвърдени материали, е стереолитографията (SLA) и цифровата обработка на светлината (DLP). При SLA се използва лазерен лъч за селективно втвърдяване на течната смола слой по слой. Платформата за изграждане се движи надолу, след като всеки слой е втвърден, и нов слой смола се разстила върху втвърдения слой. DLP, от друга страна, използва цифров светлинен проектор, за да проектира цял слой UV светлина върху смолата наведнъж, което може да доведе до по-бързо време за печат в сравнение със SLA. Друго предимство на UV-втвърдения печат е високото ниво на детайлност и гладка повърхност, които могат да бъдат постигнати. Това го прави идеален за приложения, където естетиката и прецизността са от решаващо значение, като изработка на бижута и прототипиране на малки, сложни части.
- Процес на термопластичен печат: Моделирането на разтопено отлагане (FDM) е най-широко използваната технология за 3D печат за термопластични материали. При FDM термопластичната нишка се подава в нагрят екструдер, където се разтопява и след това се екструдира през дюза върху платформата за изграждане. Екструдерът се движи в посоките X и Y, за да отложи разтопения материал в определен модел, а платформата за изграждане се движи надолу в посока Z, след като всеки слой е завършен. FDM принтерите обикновено са по-достъпни и по-лесни за работа в сравнение със SLA или DLP принтерите. Повърхностното покритие на FDM - отпечатаните части обаче може да не е толкова гладко като тези, отпечатани с UV - втвърдени материали и може да има видими линии на слоя.
3. Механични свойства
- Сила и издръжливост: Като цяло термопластичните материали имат по-добра механична якост и издръжливост в сравнение с UV-втвърдените материали. Термопласти като ABS и PC могат да издържат на по-големи натоварвания и удари, което ги прави подходящи за приложения, при които отпечатаната част ще бъде подложена на интензивна употреба. UV - втвърдените материали, въпреки че могат да бъдат формулирани да бъдат здрави, може да нямат същото ниво на издръжливост като термопластичните. Например, термопластична автомобилна част може да се справи с вибрациите и силите по време на шофиране, докато UV-втвърдена част може да бъде по-склонна към напукване или счупване при подобни условия.
- Гъвкавост: Някои смоли, втвърдени с ултравиолетови лъчи, могат да бъдат формулирани така, че да бъдат много гъвкави, което ги прави подходящи за приложения като създаване на меки захващащи устройства или гъвкави уплътнения. Въпреки това, термопластите като термопластичните еластомери (TPE) също предлагат отлична гъвкавост. Изборът между двете зависи от специфичните изисквания на приложението, като например необходимата степен на гъвкавост и условията на околната среда, на които частта ще бъде изложена.
4. Изисквания за последваща обработка
- UV - втвърдени материали: След отпечатване, UV-втвърдените части често изискват допълнително последващо втвърдяване. Това включва излагане на отпечатаната част на повече UV светлина, за да се гарантира, че реакцията на полимеризация е завършена и да се подобрят механичните свойства на частта. Освен това може да се наложи UV-втвърдените части да бъдат измити в разтворител, за да се отстрани невтвърдената смола от повърхността. Тази последваща обработка може да отнеме много време и изисква подходящи предпазни мерки при работа с разтворители.
- Термопластични материали: Термопластичните части може да изискват по-малко последваща обработка в сравнение с UV-втвърдените части. Въпреки това може да се наложи да премахнат поддържащите структури, които понякога могат да оставят следи по повърхността. Може да се извърши шлайфане или полиране, за да се подобри покритието на повърхността. В някои случаи термопластичните части могат също да бъдат термично обработени, за да се облекчат вътрешните напрежения и да се подобрят техните механични свойства.
5. Приложения
- UV - втвърдени материали: Високото ниво на детайлност и гладката повърхност на UV-втвърдените материали ги правят популярни в стоматологичната и бижутерийната индустрия. В областта на денталната медицина те се използват за създаване на точни зъбни модели, алайнери и хирургически водачи.Стоматологичен интраорален скенерможе да се използва заедно с UV - втвърден 3D печат за създаване на персонализирани стоматологични продукти. В производството на бижута UV - втвърдените смоли могат да се използват за създаване на сложни модели, подобни на восък, за отливане на благородни метали.
- Термопластични материали: Термопластите се използват широко в промишлени приложения, прототипи и потребителски продукти. Те са подходящи за създаване на функционални части като механични компоненти, кутии за електронни устройства и предмети от бита.Фреза с автоматична смяна на дисковеможе да се използва за допълнителна обработка на термопластични части за постигане на по-висока прецизност. В денталната индустрия,Стоматологичен метален 3D принтерможе да работи и в комбинация с термопластични - печатни форми за леене на метал.
6. Съображения за разходите
- Материални разходи: UV-втвърдените смоли обикновено са по-скъпи от термопластичните нишки или пелети. Това се дължи на сложната формула на смолите и необходимостта от висококачествени фотоинициатори. Въпреки това цената на UV-втвърдените материали може да бъде компенсирана от високото ниво на детайлност и прецизност, което предлагат, което може да намали необходимостта от допълнителна последваща обработка или повторна обработка.
- Цена на принтера: SLA и DLP принтерите, които използват UV-втвърдени материали, обикновено са по-скъпи от FDM принтерите, които използват термопластични материали. Това се дължи на по-сложната технология, използвана при UV-втвърдения печат, като например лазерните или цифровите светлинни проектори. Разликата в цените между различните видове 3D принтери обаче постепенно се стеснява, докато технологията узрява.
В заключение, както UV-втвърдените, така и термопластичните 3D печатни материали имат своите уникални предимства и недостатъци. Изборът между двете зависи от различни фактори като изискванията на приложението, необходимите механични свойства, възможностите за последваща обработка и бюджета. Като доставчик на 3D принтер, аз се ангажирам да помагам на клиентите да разберат тези разлики и да изберат най-подходящото решение за 3D печат за техните специфични нужди. Ако се интересувате да научите повече за нашите 3D принтери и материалите, които предлагаме, или ако имате някакви въпроси относно UV - втвърдени и термопластични 3D печатни материали, моля не се колебайте да се свържете с нас за подробно обсъждане и преговори за доставка.
Референции
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015). Технологии за адитивно производство: 3D печат, бързо прототипиране и директно дигитално производство. Спрингър.
- Wohlers, T., & Gornet, P. (2018). Доклад на Wohlers 2018: 3D печат и адитивно производство Състояние на индустрията. Wohlers Associates.