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3D 인쇄에서 에폭시 수지의 응용

SLA 기술 개발의 역사

UV 레이저 큐링의 신속한 프로토 타이핑 프로세스는 이제 Stereolithography 3D 프린팅 프로세스 (SLA로 약칭) 라고합니다. 1984 년 찰스 헐 (Charles Hull) 이 미국에서 특허 한이 제품은 가장 초기에 개발 된 3D 프린팅 기술 중 하나입니다. 3D Systems of America가 1988 년에 처음으로 상용화 된 SLA를 출시 한 이후3d 인쇄 에폭시 수지다양한 다른 처리 방법으로 제작하기 어려운 복잡한 3D 객체를 자동으로 인쇄 할 수있는 기술이 빠르게 개발되어 가공 기술 분야에서 획기적인 중요성을 나타냅니다. SLA는 컴퓨터 제어 UV 레이저를 사용하여 2 차원 단면의 형상에 따라 감광성 수지 액체 레벨에서 점별로 스캔하여 수지를 경화시킨다. 이어서, 경화된 수지는 2 차원 형상을 형성한다. 이 공정은 층별로 반복되어 최종적으로 완전한 3D 물체를 얻고, 그 품질은 주로 감광성 수지의 특성에 의존한다.

사용되는 UV 레이저의 전력은 일반적으로 밀리와트로 측정되는 매우 작기 때문에 감광성 수지는 자외선에 민감해야합니다. 비교적 적은 양의 UV 노출로 경화 될 수 있습니다. 따라서, 좋은 감광성과 높은 정밀도의 감광성 수지를 개발하는 것은 항상 SLA 3D 프린팅 기술에 대한 연구에서 핫스팟 중 하나였습니다. 한편, 감광성 예비중합체, 감광성 희석제 및 개시제로 구성된 감광성 수지에 소분자 감광성 희석제가 존재하기 때문에, 감광성 수지로 만들어진 부품은 내열성이 낮고 열 변형이 발생하기 쉽습니다. 따라서, 좋은 내열성과 높은 정밀도의 감광성 수지를 개발하는 것은 또한 SLA 3D 프린팅 기술에 대한 연구에서 핫스팟 중 하나였습니다.

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SLA 감광수지 개발

SLA 3D 인쇄에 적용되는 감광성 수지의 개발은 대략 3 단계로 나눌 수 있습니다. 초기 단계 (1988-1995) 에서 SLA 고속 프로토 타이핑을위한 상용화 된 감광성 수지의 예비 중합체는 자유 라디칼 개시제가있는 아크릴 레이트 예비 중합체였습니다. UV 광의 작용 하에서, 라디칼 개시제는 라디칼로 분해되어 아크릴레이트 분자의 중합을 하나씩 시작하여 고분자량의 중합체 화합물을 형성한다. 자유 라디칼 감광성 프리 폴리머 아크릴레이트는 양이온 감광성 프리 폴리머 에폭시 수지에 비해 주로 더 나은 감광성을 특징으로합니다. 그러나 중합 중에 수축이 커져 제조 된 부품의 치수 정확도가 떨어집니다. 뒤틀리고 변형되기 쉽습니다. 따라서 정밀 요구 사항을 충족하기가 어렵고 점차 교체되었습니다.

제 2 단계에서는 프리폴리머 에폭시 수지 및 양이온 개시제로 구성된 순수 양이온 감광성 수지가 주로 사용되었다. 주로 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 페놀 에폭시 수지 및시클로 지방족 에폭시 수지. 원칙적으로, 이들 3 가지 유형 모두는 양이온성 감광성 예비중합체로서 사용될 수 있으며, 마지막 유형은 더 우수한 감광성을 갖는다. 그 이유는 비스페놀 A 형 에폭시 수지와 페놀 에폭시 수지에서 벤젠 고리의 결합 된 큰 결합이 분자 내의 에폭시 그룹의 전자에 유도 효과가 있기 때문입니다. 에폭시 그룹의 전자 구름 밀도를 감소시켜 친 전자 시약 프로톤산과의 반응성을 감소시킵니다. 대조적으로, 분자 내에서 에폭시기의 전자를 유도하고, 시클로지방족 에폭시 수지에서 벤젠 고리의 공액 큰 결합에 의해 전자 구름의 밀도를 감소시키는 현상은 없다. 친 전자 성 시약 프로톤산과 높은 반응성을 가지고 있습니다.

최근 몇 년 동안 해외에서 SLA 3D 인쇄용 감광성 수지는 아크릴레이트 및 에폭시 수지를 모두 포함하는 감광성 예비 중합체와 자유 라디칼 개시제 (자유 라디칼 개시제)아크릴 수지의 중합을 개시하기 위해) 및 양이온 개시제 (UV 광의 영향으로 에폭시 수지의 개환 중합을 개시하는 프로톤산으로 분해하기 위하여), 아크릴 수지의 이중 결합 파열보다 수축률이 작습니다. 따라서, 이러한 종류의 자유 라디칼-양이온 감광성 수지로 제조된 부품의 정밀도는 순수 자유 라디칼 감광성 수지보다 분명히 우수하다.

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3D 인쇄에서 에폭시 수지의 장점

3D 인쇄 감광성 수지에서,특수 에폭시 수지우수한 기계적 특성, 안정적인 화학적 특성, 고온/저온 저항, 낮은 수축률, 낮은 비용 등을 특징으로합니다.

분자 관점에서 감광성 수지의 경화 과정은 분자 구조의 상당한 변화와 함께 작은 분자에서 장쇄 거대 분자를 가진 중합체로 변환하는 것입니다. 따라서, 경화 과정에서 수축이 불가피하다. 수지의 수축은 주로 두 부분으로 나뉩니다. 하나는 경화 수축이고 다른 하나는 레이저가 수지의 액체 수준을 스캔 할 때 온도 변화로 인한 열팽창 및 냉간 수축입니다. 또한 온도 상승 면적이 작기 때문에 온도 변화에 의한 수축량은 적고 무시할 수 있습니다. 감광성 수지의 광처리 과정에서 발생하는 부피 수축이 부품의 정밀도에 미치는 영향은 무시할 수 없습니다. 부피 수축은 수축 응력을 발생시켜, 부품의 랩 및 변형을 초래한다. 아크릴 수지 경화시, 탄소-탄소 파열의 중합 반응은 큰 부피 수축을 유발할 수있는 반면, 링 개방 반응은 에폭시 수지 경화 과정에서 발생할 수 있습니다. 그래서 부피 수축은 비교적 작다. 아래 그림의 결과로부터 알 수 있듯이, Tetra 시클로 지방족 에폭시 수지를 사용한 수축 시험에서, 시클로지방족 에폭시 수지의 부피 수축은 광화 조건하에서 아크릴레이트의 부피 수축보다 상당히 낮다.

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