Fotopolimerizzazione

Che cos'è la fotopolimerizzazione?

La tecnologia di stampa 3D a fotopolimerizzazione comprende diversi processi che si basano sulla stessa strategia di base: un fotopolimero liquido contenuto in una vasca (o serbatoio) viene indurito selettivamente da una fonte di calore. Strato dopo strato, viene costruito un oggetto fisico 3D fino al suo completamento.

I laser sono alla base di diversi tipi di dispositivi di polimerizzazione, oltre alla tecnica più antica. I proiettori Digital Light Processing e persino gli schermi LCD sono oggi un metodo popolare per fotopolimerizzare i materiali, dato il loro basso costo e l'altissima risoluzione. Uno dei vantaggi di queste due tecniche rispetto al laser è la capacità di polimerizzare contemporaneamente un intero strato di resina. Al contrario, il laser deve illuminare l'intera superficie disegnandola progressivamente.

Le tecnologie di stampa 3D con fotopolimerizzazione al tino più diffuse sono le seguenti:

• StereoLithogrAphy (SLA) SLA, nota anche come SL, fabbricazione ottica, fotosolidificazione o stampa di resina. Durante il processo di produzione SL, un fascio concentrato di luce ultravioletta o un laser si concentra sulla superficie di una vasca riempita con un fotopolimero liquido, creando ogni strato dell'oggetto 3D desiderato utilizzando la reticolazione o la degradazione di un polimero.
• Elaborazione digitale della luce (DLP) Per il processo di stampa 3D DLP, lo schermo di un proiettore digitale proietta una singola immagine di ogni strato sull'intera piattaforma in una sola volta. Poiché il proiettore è uno schermo digitale, l'immagine di ogni strato è composta da pixel quadrati, con il risultato di uno strato formato da piccoli mattoni rettangolari chiamati voxel. La tecnologia DLP consente di ottenere tempi di stampa più rapidi per alcune parti, poiché ogni strato viene esposto simultaneamente anziché essere estratto con il laser.
• Produzione continua di interfacce liquide (CLIP) al carbonio La tecnica di fotopolimerizzazione al tino CLIP utilizza un serbatoio di resina come materiale di base. Una parte del fondo del tino è trasparente alla luce ultravioletta e viene quindi chiamata finestra. Un fascio di luce ultravioletta attraversa la finestra, illuminando l'esatta sezione trasversale dell'oggetto. La luce fa solidificare la resina (fotopolimerizzazione). L'oggetto si solleva abbastanza lentamente da permettere alla resina di scorrere sotto e mantenere il contatto con il fondo dell'oggetto. Sotto la resina si trova una membrana permeabile all'ossigeno che crea una zona morta. Questa interfaccia liquida persistente impedisce alla resina di attaccarsi alla finestra, il che significa che la fotopolimerizzazione è inibita tra la finestra e il polimerizzatore. A differenza della SLA standard, il processo di stampa 3D è continuo e sostiene di essere fino a 100 volte più veloce dei metodi di stampa 3D commerciali.
• Stampa di polimeri alla luce del giorno (DPP) di Photocentric Invece di utilizzare un laser o un proiettore per polimerizzare il polimero, il processo di produzione DPP utilizza un LCD (Liquid Crystal Display). Questa tecnica, chiamata anche stampa LCD 3D, utilizza schermi LCD non modificati e un polimero Daylight appositamente formulato. L'azienda Photocentric ha realizzato questa tecnica sviluppando una delle resine per luce diurna più sensibili al mondo.

Due diversi processi di fotopolimerizzazione

Anche all'interno della tecnica di stampa 3D con fotopolimerizzazione sono in competizione due approcci diversi. Entrambi costruiscono il pezzo all'interfaccia tra l'ultimo strato e la superficie del serbatoio di resina. L'approccio dall'alto verso il basso consiste nel posizionare la fonte di calore al di sotto della vasca. La piattaforma di stampa 3D viene poi progressivamente sollevata in aria e il pezzo finale viene costruito a testa in giù. La seconda tecnica, detta bottom-up, consiste nel posizionare la fonte di calore sopra il serbatoio. Pertanto, la stampante immerge progressivamente la piattaforma di stampa 3D nella vasca.

Scoperta da ricercatori giapponesi e francesi all'inizio degli anni '80, questa invenzione è stata industrializzata e brevettata per la prima volta nel 1984 da Chuck Hull, il cofondatore della prima azienda di stampa 3D al mondo, 3D Systems Inc.

La fotopolimerizzazione viene applicata con successo alla modellazione medica, che consente di creare modelli 3D accurati di varie regioni anatomiche di un paziente sulla base di dati provenienti da scansioni computerizzate. L'alta risoluzione di questa tecnica la rende ideale per tutti i tipi di prototipazione e per la produzione di massa. I processi di polimerizzazione in vaschetta sono eccellenti per produrre pezzi con dettagli fini e una finitura superficiale liscia. Questo li rende ideali per la gioielleria, la microfusione e molte applicazioni dentali e mediche. Gli sviluppi dei materiali hanno anche permesso la stampa di stampi a iniezione a bassa tiratura. I limiti principali della polimerizzazione al tino sono le dimensioni della costruzione e la resistenza del pezzo.

Le resine fotopolimeriche sono disponibili in diversi colori e presentano diverse proprietà fisiche, ciascuna corrispondente a un uso specifico. La gamma di resine comprende resine resistenti, resine a basso residuo (per la microfusione), resine trasparenti e resine poliuretaniche flessibili.