Aký je rozdiel medzi UV vytvrdzovanými a termoplastickými 3D tlačovými materiálmi?
Ako dodávateľ 3D tlačiarní som bol svedkom rýchleho vývoja technológie 3D tlače a rozmanitej škály materiálov dostupných na trhu. Dva z najčastejšie používaných typov materiálov v 3D tlači sú UV vytvrdzované a termoplastické materiály. Pochopenie rozdielov medzi týmito dvoma môže pomôcť zákazníkom robiť informovanejšie rozhodnutia pri výbere správneho riešenia 3D tlače pre ich potreby.
1. Zloženie a základné vlastnosti
- UV vytvrdzované materiály: Materiály vytvrdzované UV žiarením sú typicky tekuté živice. Tieto živice sú formulované s fotoiniciátormi, monomérmi a oligomérmi. Keď sú fotoiniciátory vystavené ultrafialovému (UV) svetlu, absorbujú UV energiu a iniciujú chemickú reakciu nazývanú polymerizácia. Táto reakcia spôsobuje, že tekutá živica rýchlo stuhne vrstvu po vrstve a vytvorí 3D objekt. Živice vytvrdzované UV žiarením môžu mať širokú škálu vlastností v závislosti od ich zloženia. Môžu byť pevné, pružné, priehľadné alebo nepriehľadné. Napríklad niektoré dentálne aplikácie používajú UV vytvrdzované živice, ktoré sú biokompatibilné a možno ich použiť na vytváranie zubných modelov, vyrovnávačov a dokonca aj dočasných koruniek.
- Termoplastické materiály: Termoplasty sú polyméry, ktoré je možné viacnásobne roztaviť a znovu stuhnúť bez výraznej degradácie ich vlastností. Zvyčajne sú vo forme filamentov alebo peliet. Bežné termoplastické materiály používané v 3D tlači zahŕňajú akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS), kyselinu polymliečnu (PLA), polykarbonát (PC) a polyetyléntereftalátglykol (PETG). Tieto materiály majú rôzne teploty topenia, mechanické vlastnosti a chemickú odolnosť. Napríklad ABS je známy svojou pevnosťou a odolnosťou proti nárazu, vďaka čomu je vhodný pre funkčné diely, ako sú automobilové komponenty a elektronické kryty.
2. Proces tlače
- Proces tlače vytvrdzovaný UV žiarením: Najbežnejšou technológiou 3D tlače, ktorá využíva materiály vytvrdzované UV žiarením, je stereoolitografia (SLA) a digitálne spracovanie svetla (DLP). V SLA sa na selektívne vytvrdzovanie tekutej živice vrstvu po vrstve používa laserový lúč. Konštrukčná platforma sa po vytvrdnutí každej vrstvy pohybuje smerom nadol a na vytvrdenú vrstvu sa nanesie nová vrstva živice. Na druhej strane DLP využíva digitálny svetelný projektor na premietanie celej vrstvy UV svetla na živicu naraz, čo môže mať za následok rýchlejšie časy tlače v porovnaní so SLA. Ďalšou výhodou UV vytvrdzovanej tlače je vysoká úroveň detailov a hladkej povrchovej úpravy, ktorú je možné dosiahnuť. Vďaka tomu je ideálny pre aplikácie, kde je dôležitá estetika a presnosť, ako je výroba šperkov a prototypovanie malých, zložitých dielov.
- Proces termoplastickej tlače: Fused Deposition Modeling (FDM) je najpoužívanejšia technológia 3D tlače pre termoplastické materiály. Pri FDM sa termoplastické vlákno privádza do vyhrievaného extrudéra, kde sa roztaví a potom vytlačí cez dýzu na stavebnú platformu. Extrudér sa pohybuje v smere X a Y, aby uložil roztavený materiál v špecifickom vzore, a stavebná platforma sa po dokončení každej vrstvy pohybuje smerom nadol v smere Z. FDM tlačiarne sú vo všeobecnosti cenovo dostupnejšie a jednoduchšie na obsluhu v porovnaní s SLA alebo DLP tlačiarňami. Povrchová úprava dielov potlačených FDM však nemusí byť taká hladká ako dielov potlačených materiálmi vytvrdzovanými UV žiarením a môžu sa na nich vyskytovať viditeľné čiary vrstiev.
3. Mechanické vlastnosti
- Pevnosť a odolnosť: Vo všeobecnosti majú termoplastické materiály lepšiu mechanickú pevnosť a trvanlivosť v porovnaní s materiálmi vytvrdzovanými UV žiarením. Termoplasty ako ABS a PC dokážu vydržať vyššie namáhanie a nárazy, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, kde bude tlačený diel vystavený veľkému zaťaženiu. Materiály vytvrdzované UV žiarením, hoci môžu byť formulované tak, aby boli pevné, nemusia mať rovnakú úroveň húževnatosti ako termoplasty. Napríklad termoplastický automobilový diel dokáže zvládnuť vibrácie a sily počas jazdy, zatiaľ čo diel vytvrdený UV žiarením môže byť za podobných podmienok náchylnejší na prasknutie alebo zlomenie.
- Flexibilita: Niektoré UV vytvrdzované živice môžu byť formulované tak, aby boli vysoko flexibilné, vďaka čomu sú vhodné na aplikácie, ako je vytváranie mäkkých chápadiel alebo flexibilných tesnení. Avšak termoplasty ako termoplastické elastoméry (TPE) tiež ponúkajú vynikajúcu flexibilitu. Voľba medzi týmito dvoma závisí od špecifických požiadaviek aplikácie, ako je stupeň potrebnej flexibility a podmienky prostredia, ktorým bude diel vystavený.
4. Požiadavky na následné spracovanie
- UV vytvrdzované materiály: Časti vytvrdené UV žiarením po tlači často vyžadujú dodatočné vytvrdenie. To zahŕňa vystavenie vytlačeného dielu väčšiemu množstvu UV žiarenia, aby sa zabezpečilo, že polymerizačná reakcia je dokončená a zlepšili sa mechanické vlastnosti dielu. Okrem toho môže byť potrebné časti vytvrdené UV žiarením umyť v rozpúšťadle, aby sa z povrchu odstránila nevytvrdená živica. Toto následné spracovanie môže byť časovo náročné a vyžaduje správne bezpečnostné opatrenia pri manipulácii s rozpúšťadlami.
- Termoplastické materiály: Termoplastické diely môžu vyžadovať menej následného spracovania v porovnaní s dielmi vytvrdenými UV žiarením. Možno však budú musieť odstrániť nosné konštrukcie, ktoré môžu niekedy zanechať stopy na povrchu. Na zlepšenie povrchovej úpravy je možné vykonať brúsenie alebo leštenie. V niektorých prípadoch môžu byť termoplastické diely tiež tepelne spracované, aby sa uvoľnili vnútorné napätia a zlepšili sa ich mechanické vlastnosti.
5. Aplikácie
- UV vytvrdzované materiály: Vysoká úroveň detailov a hladká povrchová úprava UV vytvrdzovaných materiálov ich robí obľúbenými v dentálnom a klenotníckom priemysle. V stomatologickej oblasti sa používajú na vytváranie presných zubných modelov, vyrovnávačov a chirurgických návodov.Zubný intraorálny skenermožno použiť v spojení s 3D tlačou vytvrdenou UV žiarením na vytvorenie dentálnych produktov na mieru. Pri výrobe šperkov sa živice vytvrdzované UV žiarením môžu použiť na vytvorenie zložitých voskových vzorov na odlievanie drahých kovov.
- Termoplastické materiály: Termoplasty sa široko používajú v priemyselných aplikáciách, prototypoch a spotrebných produktoch. Sú vhodné na vytváranie funkčných častí, ako sú mechanické súčiastky, kryty pre elektronické zariadenia a predmety pre domácnosť.Frézka s automatickým meničom kotúčovmožno použiť na ďalšie spracovanie termoplastických dielov na dosiahnutie vyššej presnosti. V zubnom priemysle,Dentálna metalická 3D tlačiareňmôžu pracovať aj v kombinácii s termoplastickými - potlačenými formami na odlievanie kovov.
6. Úvahy o nákladoch
- Materiálové náklady: Živice vytvrdzované UV žiarením sú vo všeobecnosti drahšie ako termoplastické vlákna alebo pelety. Je to spôsobené komplexným zložením živíc a potrebou vysokokvalitných fotoiniciátorov. Náklady na materiály vytvrdzované UV žiarením však môžu byť kompenzované vysokou úrovňou detailov a presnosti, ktorú ponúkajú, čo môže znížiť potrebu dodatočného spracovania alebo prepracovania.
- Náklady na tlačiareň: Tlačiarne SLA a DLP, ktoré používajú materiály vytvrdzované UV žiarením, sú zvyčajne drahšie ako tlačiarne FDM, ktoré používajú termoplastické materiály. Je to kvôli zložitejšej technológii, ktorá je súčasťou UV vytvrdzovanej tlače, ako sú laserové alebo digitálne svetelné projektorové systémy. Cenová priepasť medzi rôznymi typmi 3D tlačiarní sa však postupne s dozrievaním technológie zmenšuje.
Záverom možno povedať, že UV vytvrdzované aj termoplastické 3D tlačové materiály majú svoje jedinečné výhody a nevýhody. Voľba medzi týmito dvoma závisí od rôznych faktorov, ako sú požiadavky na aplikáciu, potrebné mechanické vlastnosti, možnosti následného spracovania a rozpočet. Ako dodávateľ 3D tlačiarní som odhodlaný pomôcť zákazníkom pochopiť tieto rozdiely a vybrať najvhodnejšie riešenie 3D tlače pre ich špecifické potreby. Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich 3D tlačiarňach a materiáloch, ktoré ponúkame, alebo ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa UV vytvrdzovaných a termoplastických 3D tlačových materiálov, neváhajte nás kontaktovať pre podrobnú diskusiu a vyjednanie obstarávania.
Referencie
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015). Aditívne výrobné technológie: 3D tlač, rýchle prototypovanie a priama digitálna výroba. Springer.
- Wohlers, T. a Gornet, P. (2018). Wohlersova správa 2018: 3D tlač a aditívna výroba Stav priemyslu. Wohlers Associates.