Фотополимерные смолы для SLA, DLP, LCD 3D принтеров
В этой статье рассмотрим какие фотополимеры используется для 3D печати, каким свойствами обладают и в каких сферах применяются.
В таблице указаны наиболее известные производители фотополимеров и 3D принтеров
| Производитель | Характеристики | Тип 3D принтера | Цена за 1 л |
|---|---|---|---|
| Formlabs | Безупречное качество отпечатков, широкий спектр материалов. Высокий ценник на 3D принтеры и материалов для них. | SLA | от 16500 до 43500 руб. |
| Anycubic | Самое оптимальное соотношение цена/качество. Производят как LCD 3D принтеры, так и фотополимеры для них. | DLP, LCD | от 4690 до 6390 руб. |
| Fun To Do | Средний ценовой диапазон, широкий спектр материалов, в линейке товаров есть фотополимеры как для DLP/LCD, так и для SLA 3D принтеров | SLA, DLP, LCD | от 6950 до 9500 руб. |
| HarzLabs | Средний ценовой диапазон, широкий спектр материалов, в линейке товаров есть фотополимеры как для DLP/LCD, так и для SLA 3D принтеров | SLA, DLP, LCD | от 5500 до 14500 руб. |
| Wanhao | Среднее качество отпечатков. Производят как LCD 3D принтеры, так и фотополимеры для них. | DLP, LCD | от 5700 до 6100 руб. |
| 3DSLA | Российский производитель DLP 3D принтеров и фотополимеров. Самая дешевая фотополимерная смола в России, высокое качество отпечатков, производят в основном обычную смолы для создания прототипов и домашнего использования | DLP, LCD | 4000 руб. |
Чем отличается DLP (LCD) от SLA можно прочитать в статье.
Состав фотополимеров для 3D принтеров DLP, LCD, SLA
Начнем с того, что же такое фотополимер.
Фотополимер для 3D принтера — это многокомпонентная смесь, которая твердеет под воздействем УФ излучения в диапазоне от 225 нм до 415 нм. Химический состав обычно является коммерческой тайной, но в общем смесь состоит из мономеров, олигомеров и фотоинициаторов. Олигомеры представляют собой эпоксидные смолы, уретаны, простые полиэфиры или сложные полиэфиры, каждый из которых придает определенные свойства полученному материалу. Обычно каждый из этих олигомеров функционализирован акрилатом. Примерами фотоинициаторов могут быть бензофенон, ксантоны и хиноны, при этом общими донорными соединениями являются алифатические амины.
3D печать фотополимерами широко используется для домашнего хобби, изготовлении прототипов, ювелирных изделий, в стоматологии, особенно актуально применение в последних двух сферах т.к. отпечатки получаемые с помощью SLA и DLP 3D принтеров обладают безупречных качеством поверхности.
Так же стоит отметить, что SLA и DLP принтеры работаю на разных технологиях, соответственно для корректной работы требуются разные смолы, несмотря на то что по сути отверждение происходит в одинаковом диапазоне УФ излучения от 225 нм до 415 нм. Причина в том, что смолы DLP особенно чувствительны к свету, поэтому они могут работать с маломощными источниками света (DLP проекторы или LCD матрицы), а в принтерах SLA используются гораздо более мощные источники (лазеры), для которых нужен другой химический состав материала.
Также разные производители подбирают разный состав, соответственно длина волны и временем отверждения могут то же быть разными. Чем ниже номинальная рабочая длина волны для фотополимера, тем больше выходная мощность источника необходима для ее отверждения. Обычно длина волны большинства источников 405 нм.
Время отверждения — это просто временной интервал, в течение которого смола твердеет во время засветки источником. Оптимальное время отверждения для большинства DLP составляет 5-10 секунд.
Стандартный фотополимер для печати на SLA/DLP/LCD 3D принтерах
В эту группу объединяют смолы которые используются для общего применения: домашяя 3D печать, прототипы, игрушки и т.д. Обычно имеют широкую цветовую гамму от прозрачного цвета (возможно отполировать до высокой оптической прозрачности) до всех цветов радуги или возможность добавлять пигменты (спиртовые чернила) для подбора нужно цвета. Не подходят для использования в изделиях испытывающих динамические и статические нагрузки.
- Время засветки фотополимера: 5-10 с
- Длина волны: 355-410 нм
- Срок годности: 12 месяцев
- Цена: от 30 до 150 $ за 500 мл
Инженерный фотополимер с заданными свойствами для печати на SLA/DLP/LCD 3D принтерах
В данную группу входят смолы обладающие например повышенной жесткость, гибкостью, эластичностью или стойкостью с высокой температуре в зависимости от того, где будет в дальнейшем использована 3D модель. Широкий спектр инженерный фотополимеров есть у Formlabs — Tought 2000, Tought 1500, Durable, Rigid, Flexible 80A и Fun To Do — Indastrial blend.
3D печать гибкой фотополимерной смолой
Гибкая смола — это тип фотополимера для 3D-печати, которая имитирует свойства резины. Она выделяется тем, что создает прочные на разрыв, но гибкие модели. Уровень жесткости и гибкости будет определятся твердость смолы по Шору при отверждении указанной в спецификации. Большинство гибких смол для 3D-печати имеют твердость по Шору около 80A, что можно сравнить например с резиновой подошвой обуви.
В качестве эксперимента вы можете добавить немного гибкой смолы к обычной, чтобы улучшить прочность на разрыв.
Независимо от того, какая технология вашего 3D принтера, обязательно убедитесь, что выбранная вами смола совместима с вашим устройством.
Formlabs Flexible 80A имитирует TPU или TPE с твердостью по Шору 30D. Лучше всего подходит для функциональных предметов, таких как уплотнения и прокладки, вещей по типу ремешок для часов. Если вам нужно
- Длина волны: 405 нм
- Разрешение: 50 — 100 мкм
- Цена: ~ 200 $ за 1 л.
- Цвет: прозрачный
- Твердость по Шору: 80А (эластичная смола 50А)
3D печать жесткой фотополимерной смолой
Обычные фотополимерные смолы, используемые для 3D-печати SLA, несколько хрупки, подверженных растрескиванию и трещинам. Её основное применение для создания художественных моделей, прототипов и не нагруженных деталей.
Прочная смола имитирует механические свойства ABS-пластика. Детали, напечатанные из прочной смолы, могут иметь предел прочности на разрыв 55,7 МПа и модуль упругости 2,7 ГПа.
Жесткие смолы в два раза прочнее стандартных
Жесткая смола является идеальным выбором для прочных, функциональных прототипов и сборок, которые должны выдерживать напряжения и деформацию. Это делает его идеальным для носимых устройств, гаджетов и других предметов, которые должны противостоять износу.
Жесткие смолы обладают даже больше прочностью, чем некоторые FDM материалы
Основные различия со стандартной смолой
Жесткая смола
- Идеально подходит для функциональных прототипов и механических деталей
- Обладает устойчивостью к циклическим нагрузкам
- Снять с платформы сборки может быть труднее, чем стандартные отпечатки из смолы
- Не подходит для деталей, требующих тонких стенок (рекомендуемая минимальная толщина стенки 1 мм)
- Относительно хрупкий (имеет низкую деформацию разрушения)
- Для достижения оптимальных механических свойств (максимально возможной прочности и стабильности) требуется дополнительное отверждение. Эта процедура особенно важна для функциональных смол и позволит получить высокоточную твердую деталь
Стандартная смола
- Хрупкий
- Возможно 3D печать с высоким разрешением
- Имеет низкую ударную вязкость
- Обеспечивает гладкую поверхность
- Цвет может влиять на свойства смолы (Серая смола, например, хорошо подходит для мелких деталей, а белая смола хорошо подходит для деталей, требующих очень гладкой поверхности)
- Обычно всегда дешевле, чем любые инженерные смолы
Смола Formlabs Tough 2000 и 1500
По заявлению Formlabs их Tough смола превосходит материалы, подобные ABS, с точки зрения удлинения, ударопрочности и текучести. Эта смола выдерживает большее удлинение по сравнению со стандартными смолами и имеет меньшую жесткость.
- Длина волны: 405 нм
- Цена: ~ 200 $ за 1 л.
- Разрешение: 50 — 100 мкм
- Цвет: прозрачный
- Прочность на изгиб: Tough 2000 - 40 МПа, Tough 1500 — 30 МПа
Термостойкая смола
Термостойкие смолы идеально подходят для применений, требующих высокой термостойкости и работающих при высоких температурах.
Эти смолы имеют температуру эксплуатации от 200 до 300 ° C и идеально подходят для изготовления термостойких приспособлений, прототипов пресс-форм, оборудования для потоков горячего воздуха и жидкости, а также инструментов для литья и термоформования.
Плюсы:
- Высокая температура эксплуатации
- Гладкая поверхность
Минусы:
- Хрупкость (низкое удлинение при разрыве)
- Не подходит для деталей с тонкими стенками (рекомендуемая минимальная толщина стенки 1 мм)
Идеально подходит для изготовления прототипов пресс-форм, инструментов для литья и термоформования.
Смола с армирующим наполнителем (жесткая)
Жесткие смолы армируются стеклом или другими керамическими материалами, в результате чего получаются очень жесткие и прочные детали с очень гладкой поверхностью.
Жесткие смолы обладают хорошей термостойкостью (теплового отклонения 0,45 МПа при 88 ° C). Они имеют высокий модуль упругости и более низкую ползучесть (более высокое сопротивление деформации с течением времени) по сравнению с другими смолами SLA, но более хрупкие, чем смолы Tough и Durable.
Жесткая смола также подходит для деталей с тонкими стенками и мелкими деталями (рекомендуемая минимальная толщина стенки составляет 100 мкм).
Плюсы:
- Высокая жесткость
- Подходит для деталей с мелкими деталями
- Умеренная термостойкость
Минусы:
- Хрупкость (низкое удлинение при разрыве)
- Низкая ударная вязкость
Идеально подходит для: пресс-форм и оснастки, приспособлений, коллекторов, приспособлений, корпусов для электрических и автомобильных приложений.
Фотополимер литьевой, выжигаемый, воск для литья по выплавляемым моделям для печати на SLA/DLP/LCD 3D принтерах
Литейная смола используется для изготовления ювелирных изделий, стоматологических заготовок и других сложных моделей для последующего литья по выплавляемым моделям. Обычно стоит в 1,5 — 2 раза дороже стандартной смолы.
Этот материал позволяет печатать высоко детализованные отпечатки и будет полностью выгорать, не оставляя пепла или золы.
Плюсы:
- Низкая зольность после догорания (менее 0,02%)
- Прекрасные характеристики и высокая детализация
Минусы:
- Низкая ударопрочность и износостойкость
- Требуется постобработка для достижения наилучших результатов
Фотополимеры в стоматологии для печати на SLA/DLP/LCD 3D принтерах
Для этой смолы самое главное, максимально возможный уровень детализации и отсутствие токсичности для человека. С помощью нее можно изготавливать элайнеры, хирургических шаблонов для точного позиционирования имплантов, коронок, зубных протезов, прототипов зубного ряда, восстановлении зубов фотополимерами. Обычно этот вид фотополимера самый дорогой в линейке производителя. Данная смола должна имееть IIa класс биосовместимости.
Нормы биосовместимости класса I относятся к материалам, которые разрешено использовать для:
- неинвазивные устройства, которые контактируют с неповрежденной кожей
- приспособления для временного использования или краткосрочного использования в полости рта или слухового прохода или в носовых полостях
- многоразовые хирургические инструменты
Нормы биосовместимости класса IIa относятся к материалам, которые разрешено использовать для:
- устройства, которые контактируют с биологическими жидкостями или открытыми ранами
- устройства, используемые для введения или удаления веществ в человеческий организм и из него
- инвазивные краткосрочные устройства, такие как инвазивные хирургические элементы
- долгосрочные имплантируемые устройства, устанавливаемые в полость рта
Подробнее о 3D печати в стоматологии можно почитать в статье
- Время засветки фотополимера: 4-6 с
- Длина волны: 405 нм
Фотополимер без запаха, на растительной основе, водорастворимый Anycubic
Если стандартная смола Anycubic имеет резкий запах, эта версия на растительной основе может стать для вас идеальным выбором. К тому же она поддается биологическому разложению, эта смола производится из соевого масла. К тому же промывать этот материал можно обычной водой.
Глядя на спецификацию, вы заметите, что эта смола имеет немного другое время отверждения, чем стандартная и УФ-диапазон шире, а это означает, что больше DLP / LCD 3D-принтеров могут работать с этой смолой.
Цена выше, чем у стандартной смолы. Несмотря на более высокую цену, это может быть лучшая из смол Anycubic для любителей. Кроме она производиться с широкой гаммой цветов, — розовы, синий, зеленый, фиолетовый, оранжевый и желтый.
- Время засветки фотополимера: 8-10 с
- Длина волны: 355-410 нм
- Срок годности: 12 месяцев.
- Цена: 50 $ за 500 мл (70 долларов за 1 л)
