Фотополімер: що це таке, властивості та сфери застосування

Фотополімер – це матеріал, який змінює свої фізичні властивості під впливом світла, зазвичай ультрафіолетового. Він широко використовується в 3D-друці, стоматології, поліграфії та інших галузях. Завдяки здатності швидко тверднути під дією випромінювання, фотополімери стали важливими для виробництва високоточних виробів і деталей.

Фотополімери та їх застосування в Easy3DPrint

Фотополімери—це матеріали, які тверднуть під впливом ультрафіолетового випромінювання, що дозволяє створювати високоточні та детальні об’єкти. У нашій студії Easy3DPrint ми використовуємо фотополімери для виготовлення різноманітних виробів, зокрема ювелірних прикрас, стоматологічних моделей та складних прототипів. Завдяки властивостям фотополімерів ми досягаємо високої точності та гладкості поверхні надрукованих об’єктів.

Ми пропонуємо послуги 3D-друку з використанням різних видів фотополімерних смол, включаючи стандартні, інженерні та ливарні (випалювані) смоли. Це дозволяє нам задовольняти потреби клієнтів у різних галузях, забезпечуючи оптимальний вибір матеріалу для кожного конкретного проекту. Наше обладнання та досвід дозволяють реалізовувати проекти будь-якої складності з дотриманням високих стандартів якості.

Що таке фотополімер та як він використовується в 3D-друці

Фотополімер – це рідкий синтетичний матеріал, який твердне під впливом світла, зазвичай ультрафіолетового (УФ) випромінювання. Ця властивість дозволяє використовувати його в різних технологіях 3D-друку, зокрема SLA (стереолітографія), DLP (цифрова світлова проекція) та LCD (рідкокристалічний дисплейний друк).

Фотополімери є складними хімічними сумішами, що включають:

• Мономери: низькомолекулярні речовини, які під дією світла з’єднуються в полімерні ланцюги, створюючи тверду структуру.
• Олігомери: сполуки з більшою молекулярною масою, що визначають фізичні властивості затверділого матеріалу, такі як гнучкість, міцність чи термостійкість.
• Фотоініціатори: спеціальні речовини, що реагують на світло певної довжини хвилі та запускають хімічну реакцію полімеризації.

Коли ультрафіолетове або інше джерело світла потрапляє на фотополімерну смолу, фотоініціатори активуються та запускають процес зшивання мономерів і олігомерів, що призводить до її затвердіння. Цей процес відбувається шар за шаром, доки не буде створений повний тривимірний об’єкт.

Чому фотополімери важливі у 3D-друці?

Фотополімерні смоли мають низку переваг у порівнянні з іншими матеріалами для 3D-друку, наприклад, з термопластиком, що використовуються в технології FDM (моделювання методом наплавлення). Вони дозволяють отримати:

• Високу точність друку: завдяки фотохімічному затвердінню об’єкти мають дуже гладку поверхню та високу деталізацію.
• Мінімальну товщину шару: дозволяє створювати складні моделі з великою кількістю дрібних деталей.
• Широкий вибір матеріалів: фотополімерні смоли можуть мати різні механічні та оптичні властивості, що розширює можливості їх застосування.

Проте фотополімери мають і певні обмеження. Наприклад, вони можуть бути крихкими, чутливими до впливу ультрафіолетового світла після друку та потребувати додаткової обробки, наприклад, промивання в спирті та додаткового затвердіння під УФ-лампою.

Завдяки своїм властивостям фотополімери широко використовуються в промисловості, медицині, стоматології, ювелірному виробництві та інших сферах, де потрібна висока точність та якість друку.

Як працює 3D-друк з фотополімерів

3D-друк із фотополімерних матеріалів працює за принципом шарового затвердіння рідкої смоли під впливом світла. Це дозволяє отримати деталізовані, гладкі та високоточні моделі, які широко застосовуються у стоматології, ювелірному виробництві, промисловості та медицині.

Фотополімерні 3D-принтери мають спеціальну конструкцію, що складається з:

• Резервуара з фотополімерною смолою, яка використовується для друку.
• Рухомої платформи, що змінює своє положення після затвердіння кожного шару.
• Джерела світла (лазер, проектор або світлодіоди), яке вибірково засвічує матеріал, викликаючи його полімеризацію (затвердіння).

Основні етапи друку фотополімерною смолою

Підготовка моделі та принтера

• Спочатку створюється цифрова 3D-модель у спеціальному програмному забезпеченні.
• Модель розбивається на тонкі шари (зазвичай від 25 до 200 мікрон) і надсилається на принтер.
• Принтер заповнюється відповідною фотополімерною смолою, після чого запускається процес друку.

Формування шарів

• Принтер вибірково освітлює фотополімер у резервуарі відповідно до форми першого шару.
• Залежно від технології, використовується різне джерело світла: SLA (стереолітографія) – ультрафіолетовий лазер точково засвічує смолу по заданих координатах. DLP (цифрова світлова проекція) – проектор засвічує одразу весь шар. LCD-друк – світлодіоди проходять через рідкокристалічний екран, формуючи потрібне зображення шару.

• Освітлені ділянки смоли твердіють, формуючи тонкий шар виробу.

Перехід до наступного шару

• Після затвердіння першого шару друкуюча платформа піднімається (або смола опускається), відкриваючи місце для наступного шару.
• Процес засвічення повторюється для кожного нового шару, поступово формуючи тривимірну модель.

Завершення друку та початкова обробка

• Коли друк завершено, деталь дістають із резервуара, з неї стікають залишки рідкої смоли.
• Виріб промивається у спеціальному розчині (зазвичай уопропанолі або ізопропіловому спирті), щоб видалити залишки незатверділого фотополімеру.

Додаткове УФ-затвердіння

• Деякі вироби потребують додаткового УФ-опромінення для повного затвердіння та досягнення максимальної міцності.
• Цей етап особливо важливий для функціональних деталей, які мають витримувати механічні або температурні навантаження.

Фінальна обробка

• З моделі видаляються підтримки, якщо вони використовувалися під час друку.
• Виріб може шліфуватися, фарбуватися, покриватися лаком або іншими захисними покриттями.

Основні переваги 3D-друку фотополімерами

• Висока точність і деталізація моделей.
• Гладка поверхня, що не потребує значної постобробки.
• Можливість створювати складні геометричні форми з високою роздільною здатністю.

Можливі недоліки

• Висока вартість смол та обладнання.
• Вироби можуть бути крихкими та чутливими до ультрафіолету.
• Необхідність ретельного очищення та додаткового затвердіння після друку.

Ця технологія є ідеальним вибором для ювелірного виробництва, стоматології, прототипування та створення високоточних деталей, які неможливо надрукувати за допомогою FDM-друку.

Застосування фотополімерів у різних сферах

Фотополімерні матеріали знаходять широке застосування завдяки своїй здатності створювати детальні, точні та функціональні вироби. Вони використовуються у виробництві, медицині, ювелірній справі та навіть мистецтві.

Промисловість та машинобудування

Фотополімери активно застосовуються для швидкого прототипування та виробництва малосерійних деталей.

• Використовуються для створення високоточних зразків перед запуском серійного виробництва.
• Дозволяють оцінити форму, ергономіку та функціональність майбутніх виробів.
• Завдяки міцним інженерним фотополімерам можливо створювати робочі механічні деталі, корпуси електроніки та функціональні прототипи.
• В аерокосмічній та автомобільній промисловості фотополімери застосовують для створення точних макетів та експериментальних компонентів.

Стоматологія

У стоматології фотополімери стали незамінним матеріалом для виготовлення персоналізованих ортодонтичних виробів:

• Створення високоточних моделей щелеп для планування ортодонтичного лікування.
• Виготовлення коронок, мостів, брекет-систем за цифровими 3D-моделями.
• Використання біосумісних смол для створення тимчасових та постійних зубних протезів.
• Друк індивідуальних кап (елайнери) для корекції прикусу.
• Створення хірургічних шаблонів для імплантології.

Фотополімери в стоматології дозволяють лікарям отримувати ідеально точні вироби, що скорочує час лікування та покращує його результати.

Ювелірна справа

Фотополімери широко використовуються у виготовленні воскових моделей для лиття ювелірних виробів.

• Дозволяють створювати надзвичайно деталізовані моделі прикрас, які потім використовуються в процесі лиття за втраченою моделлю.
• Ливарні фотополімери повністю вигоряють без залишку, що гарантує високу якість готового виробу.
• Можливість створення унікальних, складних форм, які складно реалізувати традиційними методами.

Ця технологія дозволяє ювелірам економити час та матеріали, а також швидко реалізовувати нові дизайнерські ідеї.

Медицина

Фотополімери застосовуються не лише в стоматології, а й у ширшому медичному контексті:

• Друк анатомічних моделей органів для хірургічного планування.
• Виготовлення індивідуальних протезів та імплантатів з біосумісних матеріалів.
• Використання у виробництві ортопедичних пристроїв.
• Розробка медичних інструментів та спеціалізованих пристосувань для операцій.

3D-друк медичних виробів із фотополімерів дозволяє створювати індивідуальні рішення для кожного пацієнта, що значно покращує якість лікування.

Арт-об’єкти та дизайн

Фотополімерні матеріали стали популярними серед художників, дизайнерів та архітекторів:

• Використовуються для створення скульптур, сувенірів, арт-об’єктів.
• Дозволяють виготовляти деталізовані мініатюри та фігурки, наприклад, у настільних іграх або для колекціонерів.
• Використовуються у театральних та кінодекораціях, створенні реквізиту.
• Застосовуються для виготовлення архітектурних макетів, які дозволяють демонструвати проєкти будівель з високою точністю.

Завдяки фотополімерному 3D-друку творці можуть реалізовувати складні дизайнерські рішення, які раніше були недоступними.

Переваги та недоліки фотополімерів

Фотополімери мають унікальні властивості, які роблять їх ідеальними для високоточного 3D-друку. Однак вони мають як переваги, так і обмеження, що необхідно враховувати при виборі матеріалу для конкретних завдань.

Переваги фотополімерів

Висока точність та деталізація друку

Фотополімерний друк дозволяє створювати моделі з роздільною здатністю до 25 мікрон (0,025 мм), що значно перевищує можливості FDM-друку. Це забезпечує чітке відтворення дрібних деталей, текстур та складних геометричних форм, що особливо важливо для ювелірної справи, стоматології та інженерного прототипування.

Гладка поверхня без помітних шарів

Фотополімери твердіють під впливом світла, а не шляхом накладання шарів розплавленого пластику, як у FDM-друці. Завдяки цьому моделі виходять ідеально гладкими, що зменшує потребу у шліфуванні та додатковій обробці.

Можливість створення складних геометричних форм

Фотополімерний друк дозволяє друкувати тонкі перегородки, ажурні структури, внутрішні порожнини, які важко реалізувати іншими методами. Це особливо корисно у біомедичних дослідженнях, архітектурному моделюванні та виготовленні художніх виробів.

Різноманітність властивостей смол для різних потреб

Фотополімери доступні в різних варіантах, що дозволяє підбирати матеріал для конкретних завдань:

• Стандартні смоли: для базових моделей та прототипів.
• Міцні та ударостійкі смоли: використовуються для функціональних деталей та механічних конструкцій.
• Гнучкі смоли:підходять для виготовлення еластичних компонентів та протезів.
• Ливарні смоли: використовуються у ювелірному виробництві для створення моделей, що повністю вигоряють без залишку.
• Біосумісні смоли: застосовуються у медицині та стоматології, наприклад, для друку імплантатів і хірургічних шаблонів.

Можливість друку прозорих та кольорових об’єктів

Деякі фотополімери мають високу світлопроникність, що дозволяє друкувати прозорі лінзи, дизайнерські елементи, освітлювальні компоненти. Крім того, існують смоли різних кольорів, що розширює можливості для художнього та функціонального друку.

Висока роздільна здатність друку

Фотополімери забезпечують точне відтворення дрібних елементів, що робить їх незамінними у мікромеханіці, електроніці, ювелірному та медичному друці.

Недоліки фотополімерів

Висока вартість фотополімерних смол

Фотополімери дорожчі за матеріали для FDM-друку. Окрім високої ціни на смолу, значних витрат вимагають 3D-принтери, витратні матеріали та обладнання для постобробки (ізопропіловий спирт, УФ-лампи, спеціальні ванни для очищення). Це підвищує загальну вартість виробництва.

Крихкість матеріалу

Багато стандартних фотополімерів є ламкими, особливо без додаткового затвердіння під УФ-світлом. Деякі деталі можуть розтріскуватися при ударах або сильному згинанні. Для механічних навантажень потрібно використовувати спеціалізовані смоли з підвищеною міцністю.

Чутливість до ультрафіолету та зовнішніх впливів

Фотополімерні моделі можуть жовтіти, втрачати міцність та ставати крихкими під впливом сонячного світла та високої вологості. Це обмежує їхнє застосування на відкритому повітрі та у довготривалих проектах без спеціального захисту.

Необхідність ретельного очищення та постобробки

Після друку моделі потребують обов’язкового промивання у спиртових розчинах, щоб видалити залишки незатверділої смоли. Також необхідне додаткове УФ-затвердіння для досягнення кінцевих механічних властивостей. Окрім цього, деякі моделі потребують видалення підтримок, шліфування та фарбування, що ускладнює процес виготовлення.

Токсичність та запах

Незатверділі фотополімери можуть бути шкідливими для здоров’я. Багато смол містять хімічні сполуки, що викликають подразнення шкіри та дихальних шляхів. Під час роботи слід використовувати захисні рукавички, маску та провітрювати приміщення.

Обмежені розміри друку

Більшість фотополімерних 3D-принтерів мають невелике робоче поле (зазвичай до 15-30 см у висоту), що обмежує друк великих деталей. Для великих об’єктів доводиться друкувати окремі частини та склеювати їх вручну.

Швидкість друку

Попри високу точність, фотополімерний друк може бути повільнішим за FDM. Друк великих об’єктів може займати години або навіть дні, особливо якщо використовується тонкий шар (25-50 мікрон).

Обмежена механічна міцність

Стандартні фотополімери не такі міцні та гнучкі, як традиційні пластики (ABS, PETG, PLA). Вони можуть швидше тріскатися при згинанні або падінні, особливо якщо модель не пройшла додаткову термообробку або лакування.

Фотополімери відкривають великі можливості у 3D-друці високої точності, дозволяючи створювати гладкі, деталізовані та складні моделі. Вони незамінні у ювелірній справі, стоматології, медицині, архітектурі та дизайні.

Однак, фотополімери мають обмеження, пов’язані з високою вартістю, необхідністю постобробки, чутливістю до УФ-випромінювання та механічною крихкістю. Через це вони не завжди підходять для функціональних механічних деталей або довговічних виробів.

З розвитком технологій з’являються нові види смол із покращеними характеристиками, що розширює сфери їх застосування та робить фотополімерний 3D-друк доступнішим та ефективнішим.

Висновок

Фотополімери є ключовими матеріалами у 3D-друці, забезпечуючи високу точність, деталізацію та гладкість поверхні готових виробів. Вони широко застосовуються у промисловості, стоматології, ювелірній справі, медицині та мистецтві, дозволяючи створювати складні об’єкти, які важко або неможливо виготовити іншими методами.

Попри численні переваги, фотополімери мають певні обмеження. Вони можуть бути крихкими, чутливими до ультрафіолету та потребують ретельного очищення та додаткового затвердіння після друку. Крім того, їх вартість залишається вищою порівняно з матеріалами для FDM-друку.

Однак розвиток технологій 3D-друку та поява нових видів фотополімерів із покращеними властивостями постійно розширюють їх можливості. Завдяки цьому фотополімерний друк продовжує знаходити нові сфери застосування та стає доступнішим для широкого кола користувачів.

FAQ