Топ 10 проблем, с которыми мы столкнулись при тестировании фотополимеров

Подписаться на 3Dtoday
Adamov Andrey
Идет загрузка
Загрузка
22.08.17
3296
37
печатает на B9Creator
3D-печать
43
Статья относится к принтерам:
RK-1 B9Creator Wanhao Duplicator 7 (D7)
Доброго дня, уважаемые форумчане!
Меня зовут Андрей, я кандидат химических наук, сооснователь компании HARZ Labs и разработчик фотополимеров для 3D печати. Занимаюсь этим более трех лет, возможно вы знакомы с моим первым творением X-Ray Tough. В настоящий момент мы ушли далеко вперед в разработке полимеров и понимании процесса печати и предлагаем фотополимеры HARZ Labs для тестирования на ваших принтерах.
Дружной командой HARZ Labs мы подготовили список из 10 проблем, с которыми мы сталкиваемся и боремся при разработке полимеров, уверен, что с частью из них сталкивались и вы. Также статья будет очень полезна тем, кто только начинает печатать.
В качестве основных принтеров для тестирования полимеров мы используем 3 принтера, относящихся к разным классам: DLP, SLA и LCD.
  • Creator B9 v1.1 (DLP)
  • RK-1 (SLA)
  • Wanhao D7 v1. 3 (LCD)
Использование такого набора принтеров позволяет нам быть уверенными в совместимости фотплимеров для принтеров каждого класса.
6f40b7050fe70c956ae1b8c6727df2ae.jpg
Итак, закончим вступление и перейдем к топ 10 проблем фотополимеров по версии команды HARZ Labs:
0. Полимер при печати “ест” силикон
Проблема с силиконом стоит даже не на первом месте, а на нулевом. Сколько кювет нам пришлось сделать и сколько раз перезалить силикон - никто точно не знает, но счет идет на десятки.
Есть ошибочное мнение, что полимер слишком агрессивный и растворяет силикон. На самом деле, полностью отвержденный силикон химически устойчив и не растворяется в полимерах. Причина съедания силикона в том, что его поверхность достаточно пористая, что позволяет полимеру частично проникать в поверхностный слой.
Если в приповерхностном слое силикона нет кислорода, то при засветке идет почти полное отверждение полимера и при подъеме столика вырывается тонкий слой силикона. Визуально это выглядит как отпечаток модели. В этом месте свет начинает рассеиваться, приводя к падению качества печати.
В месте отрыва силикона пористость становится еще больше, и с последующими циклами печати деструкция усиливается, и мы наблюдаем “выедание” силикона вплоть до подложки. А если кювета сделана из оргстекла, то застывший фотополимер отделить от него без царапин и повреждений практически невозможно, кювету можно выкидывать.
3f552ca1b1b7326c319e4dc0e6d4f276.JPG
Как избежать этого? Во-первых, не стоит пренебрегать такими устройствами, как скребок (в B9 это sweeper). Они оголяют поверхность силикона перед каждым циклом, давая насытится поверхности кислородом. При условии, что поверхность силикона ровная – одна заливка прослужит вам очень долго. Так мы работали на одной кювете более двух недель (при печати в круглосуточном режиме), используя даже самые реактивные полимеры.
1. Полимер печатает очень медленно
Такое возможно, если фотоинициатор не соответствует длине волны излучателя или его дозировка недостаточна, а также компоненты полимера поглощают свет в том же диапазоне, что и фотоинициатор (например, красители и УФ-адсорберы). Если спектр излучения вашего прибора – 400-450 нм, а фотоинициатор поглощает в области 320-380 нм, то вряд ли у вас что-то получится. Ни время засветки, ни увеличение мощности не помогут.
Основное отличие принтеров заключается в спектре излучателя. Ведь ртутная лампа с максимумом на 405 нм и LED 405 нм совершенно разные вещи. Если посмотреть на спектры излучения, то видно, что в LED и SLA имеется только один узкий пик на 405 нм, а спектр ртутной лампы напоминает скорее забор из пиков. Для эффективной печати с ламповым излучателем требуются фотоинициаторы, работающие во всем спектре лампы, т.е. в диапазоне 280-410 нм, в то время как для диодных излучателей с узким интервалом достаточно фотоинициатора с максимумом поглощения в области 405 нм.
69c03a2ad782f1f7c8aed5c2cfa4d60c.jpg
Чтобы все работало нужно использовать фотополимеры для вашего типа принтера, либо добавить соответствующий фотоинициатор.
2. Паразитная засветка
По нашим наблюдениям наибольшая паразитная засветка в прозрачных неокрашенных полимерах. Особенно она заметна в ламповых DLP принтерах. Чем меньше длина волны падающего света – тем меньше критическая глубина отверждения. Например, видимым светом можно отвердить полимер на глубину 5-10 см. В то время как жесткий УФ (UVC) отверждает совсем тонкие слои (менее 100 мкм). Добавляя краситель, мы создаем фильтр для отсечения длинных волн и боремся с паразитной засветкой. Но краситель также отсекает и часть полезного УФ излучения, что сказывается на активности полимера.
PREVIEW
Бороться с паразитной засветкой можно введением красителей, но в строго определенной дозировке, чтобы отсечь паразитную засветку, но не убить нужное нам излучение. Также излучатели с меньшей длиной волны в узком диапазоне дадут меньшую засветку. Например, лазер 365 нм практически не даст паразитной засветки даже в прозрачных составах.
3. Расслоение модели
Чаще всего это наблюдается при переходе от первых слоев с длительной засветкой к основным слоям. При длительной засветке полимер отверждается практически до глянца, что значительно ухудшает межслойную адгезию. В результате последующие слои просто не прилипают.
Как с этим бороться? В первую очередь создать кислородный барьер, например, используя скребок или тефлоновую пленку с достаточной кислородной проницаемостью. В этом случае даже при продолжительной засветке контактный слой на границе силикон/модель не будет полностью отверждаться.
Если такой возможности нет, то стоит уменьшить время засветки первых слоев, либо добавить адгезионную добавку.
4. Модель прилипает к ванне, а не к столу
Про это не писал только ленивый, так что вряд ли напишу что-то новое. Первое – не откалиброван стол. Зазор между столом и дном кюветы слишком большой, чтобы засветить этот слой. В результате слои остаются на дне кюветы. Второе – плохая адгезия (прилипание) к столу. Естественно предположить, что адгезия к столу должна быть значительно выше, чем к материалу дна кюветы. Одной их косвенных характеристик адгезии является поверхностное натяжение материала. Чем оно выше, тем адгезия к нему лучше. Поэтому в качестве материала стола часто выбирают металл или стекло, а для кюветы – силиконы и фторполимеры (тефлон). Мы проводили эксперименты с различными самоклеящимися пленками, типа ПЭТФ, ПВХ – с ними ничего хорошего не получилось.
Решение: если не помогла калибровка стола, то стоит задуматься об обработке поверхности стола адгезионным праймером, например на силановой основе.
5. Модель намертво прилипает к столу

Причин может быть несколько- сам полимер имеет сильную адгезию к материалу стола, сильная перезасветка первых слоев. Иногда, чтобы отделить модели от стола стало невозможно достаточно просто шероховатой поверхность стола.
09215cc1827af696ae58e8e85e9587e1.JPG
Решением может стать уменьшение времени засветки первых слоев и/или полировка стола. Также можно покрасить стол, поскольку адгезия к краске значительно ниже, чем к металлу, или приклеить стекло, как мы это сделали с B9.
6. Фотополимер загустевает и желируется со временем
Под действием УФ и солнечного света он начинает полимеризоваться. Оконные стекла или прозрачный корпус 3D принтера не защищает полностью от УФ излучения. Если ваш полимер может простоять в помещении в прозрачном стакане пару дней без видимых изменений – то все ок, вам нечего бояться.
Если он очень чувствителен к свету, то рекомендую сделаю следующее: убрать из освещения люминесцентные ртутные лампы и заклеить окна музейной пленкой с УФ защитой, либо занавесить плотными шторами.
Можно конечно добавить немного ингибитора полимеризации, но тогда и активность вашего полимера катастрофически упадет.
7. Готовые модели растрескиваются или ломаются при снятии
Это свойство жестких материалов, обладающих высокой степенью сшивки. Таким свойством обладают фотополимеры на основе эпоксидов и полиэфиров. В таком случае без изменения всего состава не обойтись.
9f4bcde85d3503e91693c2650fd87923.JPG
Чтобы избежать растрескиваний можно ввести небольшое количество пластификаторов, типа ДОФ или ДБФ порядка 1-3%. Это может помочь.
8. Модель начинает выгибать
Выгибание детали это следствие усадки при дозасветке. Теоретически, если засвечивать модель равномерно, то и усадка будет проходить равномерно. Однако теория и практика несколько разнятся, и на практике так не получается. Если досвечивать модель на солнце или в LED лампе – глубина отверждения будет больше, если ртутной лампой в диапазоне UVC-UVB, то отверждаться будут только поверхностные слои. В процессе дозасветки в глубине детали все равно останется несшитый полимер, который будет дополимеризоваться долгое время под действием обычного света. Именно этот процесс и обуславливает появление внутренних напряжений, которые проявляются в выгибании детали.
65f291af23fed98b7566f3f1ccc3df33.JPG
Стоит запомнить общее правило: чем меньше длина волны падающего света – тем меньше критическая глубина отверждения. Однако оставив модель на солнце её все равно рано или поздно начнет выгибать. Наименее заметен этот эффект, если есть компенсация усадки - например, пористая структура или наполнитель.
9. Появляется белый налет после промывания в спирте
Наблюдается такое при наличии в фотополимере большого количества фотоинициатора, пластификатора и других несшивающихся компонентов (находящихся в свободном состоянии и не входящих в структуру полимерной матрицы), а также при недостаточной засветке верхних слоев. В обоих случаях спирт вытягивает несшитые компоненты на поверхность, при высыхании давая белесый налет.
4767452711b0119edfb7c344d3fcc8f4.JPG
Избавиться от этого можно увеличив время засветки слоев, либо можно попробовать вымывать в более слабых растворителях, например, в водноспиртовых растворах.
Если это не помогает, то стоит сменить полимер, который вы используете.
10. Растрескивание в процессе постобработки
К сожалению, это общее свойство акриловых полимеров. Любой полимер будет набирать в себя растворитель ухудшая физикомеханические свойства готовой модели.
Правильным решением будет не оставлять надолго модели в растворителе и избегать “жестких” растворителей типа ацетона, этилацетата, толуола и использовать ультразвуковую ванну для промывки.

Это наша первая статья, так что не судите строго:) Надеемся, что она была полезной и интересной.
Спасибо за внимание!

P.S. Если у вас есть какие-то вопросы по физике/химии стреолитографической печати и полимерам, смело задавайте их в комментариях, а мы постараемся ответить на них
Подписаться на 3Dtoday
43
Комментарии к статье

Комментарии

22 Авг 14:38
1
7. Готовые модели растрескиваются или ломаются при снятии
Это свойство жестких материалов, обладающих высокой степенью сшивки. Таким свойством обладают фотополимеры на основе эпоксидов и полиэфиров. В таком случае без изменения всего состава не обойтись.
Использую нагревание и охлаждение платформы в воде, после 3-4 циклов деталь отлипает сама
22 Авг 14:46
2
А вот за эту подсказку спасибо, попробую. Но со стекла отделяется идеально, вот мы его и наклеили на стол
22 Авг 17:53
0
Тоже стекло наклеил на платформу B9, когда полимеры тестировал. Но в итоге отказался от Creatora при тестировании. Надоело ванны заливать силиконом раз в неделю ))
22 Авг 19:26
1
Тоже стекло наклеил на платформу B9, когда полимеры тестировал. Но в итоге отказался от Creatora при тестировании. Надоело ванны заливать силиконом раз в неделю ))
Мы тоже намучались, но поставили скребок и никаких проблем теперь не испытываем. + из стекла наделали допкювет, так что B9 прекрасная машина. Сначала работали без скребка и силикон меняли раз в 2 дня
22 Авг 19:34
0
Какой силикон льёте и где берёте, если не секрет?
22 Авг 14:38
0
0. Полимер при печати “ест” силикон
силикон? или фторопласт
22 Авг 14:43
2
Силикон, фторопласт пока еще ничего не разъедало ):)
22 Авг 14:47
0
силикон пока не пробовал
22 Авг 14:49
1
силикон?
Я почему-то подумал о ваночке.
22 Авг 14:39
0
5. Модель намертво прилипает к столу

Причин может быть несколько- сам полимер имеет сильную адгезию к материалу стола, сильная перезасветка первых слоев. Иногда, чтобы отделить модели от стола стало невозможно достаточно просто шероховатой поверхность стола.
ну в общем тоже самое что я писал про
7. Готовые модели растрескиваются или ломаются при снятии
22 Авг 14:43
0
дадите свои фотополимеры для D7 на пробу?
22 Авг 14:53
2
Мы отработали для B9, сейчас тестируем эти же полимеры на D7. В конце недели отпишусь по образцам.
22 Авг 15:48
0
спасибо, буду ждать
24 Авг 17:41
0
Тоже бы не отказался попоробовать, отдельно интересуют выжигаемые
22 Авг 14:59
0
Отличная статья!
Ждем следующих...
Кстати, где можно приобрести полимеры X-Ray, и, насколько у них сильный запах при печати?
22 Авг 15:14
2
Я полностью поменял рецептуру X-Ray, теперь полимер без запаха, не хрупкий, доступен в разных цветах, обращайтесь
22 Авг 15:38
0
А как насчет RK-1 для него есть полимер?
22 Авг 16:01
2
Для RK мы тестируем полимеры параллельно с разработчиками RK-1, как устроит обе стороны - мы анонсируем сие событие :)
22 Авг 16:07
0
т.е. полимера для RK-1 пока нет?
Фотополимер X-RAY hard SLA - для RK-1 не подходит?
Или речь идет о дополнительных разработках?
22 Авг 17:23
1
т.е. полимера для RK-1 пока нет?
Полимер есть, мы на нем печатаем, но ждем мнения Сергея и Евгения.

Фотополимер X-RAY hard SLA - для RK-1 не подходит?
Подходит, только после небольшой доработки и в неокрашенном (прозрачном варианте). Без доработки скорость печати у него 200-300 мкм/c. Но мое мнение этот полимер хрупкий. Сейчас мы тестируем нехрупкий и без запаха. Скорость развертки лазера примерно 2000 мкм/c на слой 25 мкм по Z.
22 Авг 15:41
0
обращайтесь...
Куда?
Сайт весьма специфического качества, как через него оплачивать и заказывать - непонятно (после оформления заказа через корзину - только один способ доставки - курьером в пределах МКАд и один способ оплаты - наличными курьеру, что делать иногородним - непонятно).
У посредников он только в топ-шопе, причем менеджеры честно говорят "нет и не будет"...
Кстати, чем полимер X-Ray Tough "стандарт" отличается от "актив" и "реактив" - по описанию на сайте ничего не понятно.
22 Авг 16:22
2
Давайте мы мух и котлеты отдельно разложим:)1) Фотополимеры X-Ray были разработаны мною в компании i-coatings, они никуда не делись и вы их найдете в интернете. 2) В начале этого года я открыл свою компанию HarzLabs, сформировал команду выпускников МГУ по разработке фотополимеров для 3D печати, сейчас запускаем сайт www.harzlabs.ru, и начинаем раздавать образцы под торговой маркой HarzLabs. Они никакого отношения к X-Ray не имеют, разве что разработчик один 8)
Кстати, чем полимер X-Ray Tough "стандарт" отличается от "актив" и "реактив" - по описанию на сайте ничего не понятно.
Стандарт, актив и реактив отличались фотоинициаторами и дозировкой, по сути, активностью. Самые неактивные шли в DLP c демонтированными фильтрами и в мощные SLA.
23 Авг 09:23
0
Спасибо. Все прояснили.
Хотел заказывать X-ray от i-coatings, но теперь подожду ваши новые разработки.
Интересуют полимеры для RK-1 и Ванхао D7.
Ключевой момент - хотелось бы "быстрый" нехрупкий, невонючий полимер, который легко промывается, желательно жидкий (не вязкий).
Главное - нехрупкий.
22 Авг 15:31
2
Огромное спасибо за статью. Про связь паразитной засветки и длины волны не знал. Очень в тему.

По 3-му пункту не согласен. Нужно не уменьшать время засветки первых слоёв, а увеличивать время для полимеризации остальных. Полимер, при недостаточной засветки, не отвердевает, а достигает гелеобразного состояния, соответственно легко ломается. Со временем засветки связан и пункт 4. Тут либо калибровка стола, либо увеличение времени засветки первых слоёв. Это удобнее, чем прыгать с бубном вокруг адгезии стола.
22 Авг 15:45
2
Очень наглядная серия фото, Благодарю!

Сразу ясна целевая аудитория клиентуры - потребителей.

С Уважением,
Ski.
22 Авг 15:58
4
Я выделяю два вида паразитной засветки. 1) связана с отверждением полимера на большую чем надо глубину на нависающих деталях. Есть такой параметр как критическая глубина отверждения. Чем больше длина волны, меньше интенсивность засветки и меньше фотоинициатора - тем она больше. Так, если оставить фотополимер в прозрачном стакане на несколько дней он полностью отвердится. А если под LED лампой для ногтей - то глубина отверждения всего 200-300 мкм. Соответственно, длины волн в ближнем УФ и видимом диапазоне мы отсекаем красителем и все работает. 2) связана с рассеиванием и отражением света от стола, модели, дисперсных частиц. Обычно проявляется на первых слоях с длительной засветкой. Мы проводили эксперименты с различными наполнителями и пигментами - становится заметно заплывание мелких отверстий и искажение размеров.
По пункту 3 возможно вы правы. Как появится больше опыта в печати, буду готов обсудить
22 Авг 17:46
2
Чем больше длина волны, меньше интенсивность засветки и меньше фотоинициатора - тем она больше.
Вот это не понял. Разбил фразу на три части:
1. Чем больше длина волны, тем больше глубина отверждения. Да, сейчас поэкспериментировал, действительно так. Подходит. Кстати, кажется это из-за фотоинициатора. Взял два диода (405 и 365 нм) и фотоинициатор с пиком на 365 нм. Соответственно глубина полимеризации при облучении 365 нм около 300 мкм. А при облучении источником на 405 нм глубина около 450 мкм. Время засветки одинаковое, мощность источников одинаковая.
2. Чем меньше интенсивность засветки, тем больше глубина отверждения. По моим наблюдениям наоборот, при большей интенсивности глубина увеличивается...
3. Чем меньше фотоинициатора, тем больше глубина отверждения. Это если только фотоинициатор имеет цвет и только до определённого минимального количества фотоинициатора. Вообще по количеству фотоинициатора получается некий коридор.

По наполнителям согласен. Особенно наглядно получается по x/y при добавлении диоксида титана.
22 Авг 18:31
1
Хм... Интересная информация. Просветился. Плюс.
22 Авг 18:38
2
2. Чем меньше интенсивность засветки, тем больше глубина отверждения. По моим наблюдениям наоборот, при большей интенсивности глубина увеличивается...
я имел ввиду, что лучше засвечивать 2 сек реактивный полимер, чем 20 сек менее реактивный. Если что, я не сам это придумал, а технический специалист из Cytec ныне Allnex говорил.

3. Чем меньше фотоинициатора, тем больше глубина отверждения. Это если только фотоинициатор имеет цвет и только до определённого минимального количества фотоинициатора. Вообще по количеству фотоинициатора получается некий коридор.
да, речь идет о желтых ФИ типа MAPO/BAPO. Данное правило было для отверждения толстых слоев (более 1мм) мощными лампами (1квт и более) в применении к наполненным системам. Так что я возможно частично неправ. Вообще я тестировал один из прозрачных полимеров SLA с 385 нм, увеличивал концентрацию фотоинициатора от 0,1 до 2 % при этом увеличивал скорость развертки - уменьшалась паразитная засветка
22 Авг 19:59
0
Спасибо!
Отличная статья, очень полезная.
Готов купить у Вас на тестирование небольшую партию полимера для принтера Wanhao D7.
22 Авг 20:13
0
записываюсь на пробник под D7 :)
22 Авг 23:12
0
для FormLabs 2 будет? Готов поучаствовать в эксперименте
23 Авг 11:20
0
для FormLabs 2 будет? Готов поучаствовать в эксперименте
С Form2 у нас следующее: насколько я помню, при работе со сторонними материалами он отключает скребок. Для тестирования это очень важный элемент, как показала практика с B9. Без скребка время жизни силикона ванны резко уменьшается, и можно убить силикон за один день работы. Если есть запасная кювета то можно попробовать. У нас есть кювета от Form1+
24 Авг 11:59
0
Да, при работе в "открытом режиме" отключается скребок и подогрев кюветы.
Но силикон пока живет.
Запасная кювета есть. Нас интересует выжигаемый полимер. Мы используем его в стоматологии для изготовления выплавляемых моделей виниров.
Оригинальный ФормЛабс Кастабл версии 2 не подходит, там нельзя регулировать толщину слоя, один вариант 0.1 мм. Если Ваш полимер может обладать нужной точностью, давайте попробуем.
23 Авг 10:27
0
Спасибо за интересную статью. Добавил в избранное.
24 Авг 20:05
0
А выжигаемые полимеры у вас есть?
24 Авг 23:11
0
А выжигаемые полимеры у вас есть?
Экспериментальные образцы есть, печатают хорошо (на Б9). Если есть возможность помочь с тестированием на выжигание было бы замечательно. Предварительно мы смотрим только характер горения (чтобы не сильно коптил, не чернел и не оставлял золы, горел ровно без растрескивания)

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Черная пятница: скидки до 50% на весь ассортимент!

Чёрная пятница 2017 - уже началась! Не пропусти распродажу года!

Подружка для нашего Джаггернаута

Простая резьба по дереву в SOLIDWORKS или краткий обзор возможностей SOLIDWORKS + Power Surfacing (осторожно много фото)

Маска Вектора из Resident Evil

3Dtoday за 60 секунд от 23 ноября