SLA 3Dプリンティング用の後硬化

ProtoFab UV炉に設置された3Dプリントプロトタイプ

後硬化は、見過ごされがちですが、印刷部品の最終特性に大きな影響を与える可能性があるSLA印刷の段階です。後硬化は万能薬ではありません。さまざまな材料や部品サイズに適したポストキュアの長さを決定するためのスキルと経験があります。一部の部品では後硬化が必須ですが、それ以外の部品ではまったく重要ではありません。 SLAのポストキュアリングの背後にある科学を詳しく見て、正しく理解することがなぜ重要かを説明しましょう。

後硬化とは何ですか？

ＳＬＡ印刷中に、樹脂の特定の領域がレーザーに露光され、それによってそれらが硬化する。このプロセスが完了すると、部品全体が硬化するため、後硬化する必要があるのは完全には明らかではないかもしれません。この質問に答えるためには、感熱性樹脂の特性と、それが液体から固体にどのように変化するかを理解する必要があります。液体状態にある間、樹脂は光開始剤と混合された多数の未結合モノマーから構成されている。この混合物をレーザーからの強いＵＶ光にさらすと、光開始剤が反応し、モノマーが互いに結合してポリマーを形成する。これが一次硬化段階です。硬化樹脂は架橋高分子であり、それはそのすべての部分がそれの他のすべての部分に直接接続されていることを意味する。しかしながら、印刷した後に、それらが可能な範囲で架橋されていない多くの部分が依然として存在し、それは引張強度および他の特性に影響を与える。紫外線を使用して分子結合を完成させ、形成され得るあらゆる架橋が確実に行われるようにすることができる。

後硬化の目的では、太陽は実際には悪い光源の紫外線ではありません。コンシューマSLAプリンタを使用している多くの愛好家は、しばらくの間、印刷された部品を太陽の下に置いておくだけです。ただし、より専門的な設定では、UVオーブンを使用するのが一般的に標準的な方法です。

なぜポストキュアですか？

後硬化は部品をより強くするだけでなく、より安定させます。未反応の光開始剤と未結合のポリマーが部品に含まれていると、特に日光にさらされたときに、その状態が印刷された後もずっと変化し続ける可能性があります。歯科用インサートのように精密である必要がある部品の場合、これは全く受け入れられません。塗装後の部品が正しく硬化していないと、太陽光にさらされたときに色が変わることもあります。これは一般的にSLA樹脂の問題ですが、部品が硬化不足の場合はより顕著になります。

しかし、後硬化の主な理由は、通常、引張強度を高め、表面の粘着性を取り除くためです。いくつかの印刷物は後硬化前にわずかに柔らかくなり、そして構築物の弱い部分は垂れ下がりまたは垂れ下がり、精度に影響を与える可能性がある。

未硬化樹脂は人間にとって有毒であるため、安全性の問題もあります。完全に硬化していない部分が素肌で扱われる場合、特にハンドラの指が後で彼らの口に触れた場合、刺激またはその他の問題が発生する可能性があります。部品を後硬化させると、樹脂が完全に安定し、触っても安全になるという効果があります。

完全硬化3Dプリントパーツ

硬化の化学

硬化は熱と光の両方の影響を受けます。熱は架橋ポリマーネットワーク内のエネルギーを増加させ、そして分子レベルでより多くの運動を引き起こす。このエネルギーおよび移動度の増加は、反応性基が互いに接触することおよびさらなる結合がなされることをはるかに容易にする。

しかしながら、ＵＶ光は後硬化に必要な主要成分である。この装置はオーブンまたは炉と呼ばれていますが、実際には内部の温度はまったく高くなく、日焼けベッドほど暑くありません。 SLA印刷に使用される樹脂は感光性であり、それを露光すると反応が起こります。上述したように、印刷の最初の硬化段階の間に、形成され得る全ての結合が形成されるわけではないので、さらなる反応を刺激する必要がある。後硬化中に紫外線にさらされると、近くの基と結合して重合を起こすフリーラジカルが形成される。

大型自動車部品が後硬化を経ている

正しい種類の光

しかしながら、あなたが提供する光が多ければ多いほど、プロセスが速くなるか、または材料が強くなるというわけではありません。もっと重要なのは、部品が形成される樹脂に関連して使用される光の波長です。感光性樹脂は特定の波長の光に反応するように設計されており、後硬化においてこれとは異なる波長を使用すると最適とは言えない結果がもたらされる。これが、プロの3Dプリントチームが後硬化のために特殊な機器を使用する理由の1つです。 ProtoFabの場合、当社の樹脂は355 nmの波長の光を使用して最もよく硬化します。他の供給元からの樹脂が使用されるならば、この値は異なります。例えば、Formlabsの樹脂は405 nmのUV光を使用すると最もよく硬化します。 ProtoFabが提供する樹脂をすでに使用している場合は、これがProtoFab独自のUVオーブンを使用する非常に良い理由です。別のタイプのUVオーブンまたはUVネイルワニス硬化装置を使用すると、ある程度の追加の硬化が促進されますが、材料の最大の機械的特性が発揮されるわけではありません。

太陽または非専門家用機器を使用することに関する別の問題は、硬化が不均一になることです。あなたが絶えずそれを回転させない限り、太陽は他のものより片側にもっと輝くでしょう、そして同じことは頂部から光を投射するだけのネイルワニス硬化剤にあてはまるでしょう。専門の硬化炉は一般に、均一な硬化を確実にするために部品を完全に囲む回転プラットフォームまたはUV電球を有する。

ProtoFab UV炉は各プリンターの販売に無料で付属しています

どの部分が最も後硬化を必要としますか？

樹脂にはさまざまな種類があり、さまざまな特性を持っています。ご想像のとおり、これは後硬化に効果があります。特に強度が低いかまたは可撓性が高い材料は、しばしば後硬化を必要としないか、または非常に少量しか必要としない。そのような材料の過度の硬化は柔軟性を減少させそしてそれらが脆くなる結果となるであろう。他方では、それらの強度または剛性のために特に選択された材料は、これらの特性が確実に高められるようにするために最も後硬化を必要とするであろう。

ABS樹脂のような標準的なSLA材料には後硬化が必要ですが、それは特に長い間行われる必要はありません。 ProtoFabでは、一般的に私たちの硬化オーブンで約20分間ABSのような材料を後硬化させています。透明な材料は、10〜15分の範囲のどこかで、わずかに短い時間で済みます。 ProtoFabの樹脂は一般的にある程度の後硬化を必要とします。後硬化をまったく行わないことを選択するのは珍しい場合です。

部品のサイズも後硬化の長さを決定する際に考慮すべき重要な要素です。非常に大きな部品はオーブン内ではるかに長い時間を必要としますが、小さな部品はわずか数分で出し入れできます。これが経験の重要性が現れるところです。熟練した技術者は異なる材料とサイズの部品のための後硬化の完全な量を知っているでしょう、すべての印刷された部品の機械的性質が一貫して残ることを確かめます。

部品が小さいほど、通常は後硬化にかかる時間が短く

強度と品質を向上させる簡単な方法

後硬化をうまく行えば、SLA部品の品質を高めるための迅速で簡単な方法です。わずかに硬化不足の部品でさえも、さまざまな問題を抱えており、適切に後硬化した部品よりもはるかに低い引張強度を持っています。より柔らかい、またはより柔軟な材料で印刷された部品の場合は、もう少し注意を払う必要があるかもしれませんが、SLA材料の大部分は、硬化オーブンにしばらく時間を費やすことによって大幅に改善されます。

柔軟な材料を使用した部品の後硬化は慎重に行われるべきです