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Nachhärtung für den SLA-3D-Druck

Zeit schaffen: 01/10/2019



A 3D Printed Prototype sitting in a ProtoFab UV furnace
Ein 3D-gedruckter Prototyp in einem ProtoFab UV-Ofen


Das Nachhärten ist eine Stufe des SLA-Drucks, die oft übersehen wird, jedoch die endgültigen Eigenschaften eines gedruckten Teils stark beeinflussen kann. Nachhärtung ist kein einheitlicher Prozess. Bei der Auswahl der richtigen Nachhärtungsdauer für unterschiedliche Materialien und Teilegrößen sind Erfahrung und Können gefragt. Für einige Teile ist die Nachhärtung unerlässlich, für andere ist sie überhaupt nicht wichtig. Schauen wir uns die Wissenschaft hinter der SLA-Nachhärtung genauer an und besprechen Sie, warum es wichtig ist, es richtig zu machen.

Was ist Nachhärtung?

Während des SLA-Drucks werden bestimmte Harzbereiche einem Laser ausgesetzt, der zum Aushärten führt. Sobald dieser Prozess abgeschlossen ist, wird das gesamte Teil ausgehärtet. Daher ist möglicherweise nicht ganz klar, warum eine Nachhärtung erforderlich ist. Um diese Frage zu beantworten, müssen wir die Eigenschaften des heißempfindlichen Harzes verstehen und wissen, wie es sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff umwandelt. In flüssigem Zustand besteht das Harz aus vielen ungebundenen Monomeren, die mit Photoinitiatoren gemischt sind. Wenn dieses Gemisch dem starken UV-Licht des Lasers ausgesetzt wird, reagieren die Photoinitiatoren und die Monomere binden sich und bilden ein Polymer. Dies ist die primäre Aushärtungsphase. Das ausgehärtete Harz ist ein vernetztes Makromolekül, was bedeutet, dass jeder Teil des Harzes direkt mit jedem anderen Teil des Harzes verbunden ist. Nach dem Drucken gibt es jedoch noch viele Abschnitte, die nicht so stark vernetzt sind, dass sie die Zugfestigkeit und andere Eigenschaften beeinflussen. UV-Licht kann verwendet werden, um die molekulare Bindung abzuschließen und um sicherzustellen, dass jede mögliche Vernetzung hergestellt wird.

Für die Nachhärtung ist die Sonne eigentlich keine schlechte UV-Lichtquelle. Viele Hobbyisten, die SLA-Drucker für Privatanwender verwenden, legen die bedruckten Teile einfach für eine Weile draußen in der Sonne ab. Im professionellen Bereich ist es jedoch allgemein üblich, einen UV-Ofen zu verwenden, der viel kontrollierbarer ist.

Warum nach der Heilung

Durch die Nachhärtung werden Teile nicht nur stärker, sondern auch stabiler. Unreagierte Photoinitiatoren und ungebundene Polymere in dem Teil bedeuten, dass sich der Zustand nach dem Drucken noch lange ändern kann, insbesondere bei Sonneneinstrahlung. Für Teile, die genau sein müssen, wie z. B. Dentaleinsätze, ist dies völlig inakzeptabel. Unlackierte Teile können auch ihre Farbe ändern, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werden, wenn sie nicht ordnungsgemäß nachgehärtet werden. Dies ist ein Problem bei SLA-Harzen im Allgemeinen, wird jedoch stärker ausgeprägt, wenn das Teil untergehärtet ist.

Der Hauptgrund für die Nachhärtung besteht jedoch normalerweise darin, die Zugfestigkeit zu erhöhen und jegliche Oberflächenklebrigkeit zu entfernen. Einige gedruckte Materialien können vor dem Nachhärten leicht weich sein, und schwächere Abschnitte des Aufbaus können durchhängen oder fallen, was die Genauigkeit beeinträchtigt.

Es ist auch eine Frage der Sicherheit, da ungehärtetes Harz für den Menschen toxisch ist. Wenn nicht vollständig ausgehärtete Teile mit bloßer Haut behandelt werden, kann dies zu Irritationen oder anderen Problemen führen, insbesondere wenn die Finger des Behandlers später mit ihrem Mund in Berührung kommen. Das Nachhärten eines Bauteils bewirkt, dass das Harz absolut stabil und berührungssicher ist.

Cured 3D printing prototype
Vollständig ausgehärtetes 3D-Druckteil

Die Chemie des Aushärtens

Die Aushärtung wird sowohl durch Hitze als auch durch Licht beeinflusst. Wärme erhöht die Energie im vernetzten Polymernetzwerk und verursacht mehr Bewegung auf molekularer Ebene. Diese Zunahme an Energie und Mobilität erleichtert es reaktiven Gruppen, miteinander in Kontakt zu treten und weitere Bindungen herzustellen.

Bei der Nachhärtung ist jedoch vor allem UV-Licht erforderlich. Obwohl das Gerät als Ofen oder Ofen bezeichnet wird, sind die Temperaturen im Inneren überhaupt nicht hoch und nicht viel heißer als ein Sonnenbankbett. Das beim SLA-Drucken verwendete Harz ist lichtempfindlich, und wenn es Licht ausgesetzt wird, tritt eine Reaktion auf. Wie oben erläutert, werden während der ursprünglichen Aushärtungsphase des Druckens nicht alle Verbindungen hergestellt, die hergestellt werden könnten, und daher müssen weitere Reaktionen stimuliert werden. Wenn sie während der Nachhärtung UV-Licht ausgesetzt werden, bilden sich freie Radikale, die sich mit benachbarten Gruppen verbinden und eine Polymerisation erzeugen.

Large automotive part going through post-curing
Großes Automobilteil durchläuft Nachhärtung

Das richtige Licht

Es ist jedoch nicht so, dass je mehr Licht Sie zur Verfügung stellen, desto schneller wird der Prozess oder desto stärker wird das Material. Wichtiger ist die Wellenlänge des verwendeten Lichts in Bezug auf das Harz, aus dem das Teil gebildet wird. Lichtempfindliche Harze reagieren auf bestimmte Wellenlängen des Lichts. Die Verwendung einer anderen Wellenlänge beim Nachhärten führt zu suboptimalen Ergebnissen. Dies ist einer der Gründe, warum professionelle 3D-Druckteams zur Nachhärtung Spezialgeräte einsetzen. Im Falle von ProtoFab härten unsere Harze am besten mit Licht mit einer Wellenlänge von 355 nm. Wenn Harze von einem anderen Lieferanten verwendet werden, ist dieser Wert unterschiedlich. Zum Beispiel härten Formlabs-Harze am besten mit 405 nm UV-Licht. Dies ist ein sehr guter Grund, einen eigenen UV-Ofen von ProtoFab zu verwenden, wenn Sie bereits mit ProtoFab gelieferte Harze verwenden. Die Verwendung eines anderen UV-Ofentyps oder eines UV-Nagellacktrockners fördert ein gewisses Maß an zusätzlicher Aushärtung, setzt jedoch die maximalen mechanischen Eigenschaften des Materials nicht frei.

Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Sonnen- oder Fremdgeräten ist, dass die Aushärtung ungleichmäßig ist. Die Sonne scheint mehr auf einer Seite als auf der anderen, wenn Sie sie nicht ständig drehen, und dasselbe gilt für Nagellack-Curers, die nur Licht von oben projizieren. Spezialhärtungsöfen haben im Allgemeinen eine rotierende Plattform oder UV-Lampen, die das Teil vollständig umgeben, um eine gleichmäßige Aushärtung zu gewährleisten.

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Der ProtoFab UV-Ofen wird mit jedem Drucker kostenlos verkauft

Welche Teile benötigen die größte Nachhärtung?

Harze gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen und besitzen eine Vielzahl von Eigenschaften. Wie zu erwarten, wirkt sich dies auf die Nachhärtung aus. Materialien mit besonders geringer Festigkeit oder hoher Flexibilität erfordern häufig keine Nachhärtung oder nur eine sehr geringe Menge. Übermäßiges Aushärten solcher Materialien verringert die Flexibilität und führt dazu, dass sie spröde werden. Auf der anderen Seite erfordern Materialien, die speziell für ihre Festigkeit oder Steifigkeit ausgewählt werden, die größte Nachhärtung, um sicherzustellen, dass diese Eigenschaften verbessert werden.

Nachhärtung ist für Standard-SLA-Materialien wie ABS-artige Harze erforderlich, auch wenn dies nicht besonders lange dauert. Bei ProtoFab härten wir ABS-ähnliche Materialien im Allgemeinen für etwa 20 Minuten in unseren Härteöfen nach. Transparente Materialien benötigen etwas weniger Zeit, etwa im Bereich von 10-15 Minuten. Die Harze von ProtoFab erfordern im Allgemeinen alle ein gewisses Maß an Nachhärtung. Nur in Ausnahmefällen entscheiden wir uns für keine Nachhärtung.

Die Größe des Teils ist auch ein wichtiger Faktor, der bei der Festlegung der Nachhärtungsdauer zu berücksichtigen ist. Sehr große Teile benötigen viel mehr Zeit im Ofen, während kleine Teile in wenigen Minuten ein- und ausgehen. Hier kommt es auf die Bedeutung der Erfahrung an. Ein erfahrener Techniker kennt die perfekte Nachhärtung für Teile unterschiedlicher Materialien und Größen und stellt sicher, dass die mechanischen Eigenschaften aller bedruckten Teile gleich bleiben.

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Kleinere Teile benötigen normalerweise weniger Zeit für die Nachhärtung

Ein einfacher Weg, um Kraft und Qualität zu verbessern

Gute Nachhärtung ist eine schnelle und einfache Möglichkeit, die Qualität von SLA-Teilen zu verbessern. Teile, die sogar etwas untergehärtet sind, leiden unter einer Reihe von Problemen und haben eine viel geringere Zugfestigkeit als ordnungsgemäß nachgehärtete Teile. Bei Teilen, die mit weicheren oder flexibleren Materialien bedruckt sind, möchten Sie vielleicht etwas vorsichtiger sein, aber die überwiegende Mehrheit der SLA-Materialien wird durch die Zeit im Aushärteofen erheblich verbessert.

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Das Nachhärten von Teilen mit flexiblen Materialien sollte mit Sorgfalt erfolgen

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