Qual è la risoluzione massima della stampa 3D in resina?

Una nuova ricerca ha fatto luce sulla risoluzione intrinseca della stampa 3D fotopolimerica.

In qualsiasi tipo di stampa 3D in resina, l’energia viene applicata a un fotopolimero liquido, che si solidifica quindi doverosamente. Impegnando selettivamente l’energia in diversi punti su una superficie di resina fluida, può essere prodotto uno strato solido.

Spesso si cerca la risoluzione “migliore” per tali stampe 3D, in quanto tipicamente competono con equivalenti stampati a iniezione che hanno per definizione superfici totalmente lisce. In altri casi è necessaria un’alta risoluzione per produrre strutture minuscole, e recentemente queste sono diventate sempre più complesse a causa dell’applicazione di tecniche di progettazione generativa.

Ma qual è esattamente la risoluzione massima della stampa 3D in resina?

Alcuni direbbero che è semplicemente la dimensione del punto laser nei sistemi SLA o la dimensione del pixel nei sistemi DLP / LCD. Questo è per lo più vero, ma diventa meno chiaro man mano che li riduci.

Si scopre che c’è sempre un po ‘di pendenza oltre il confine formale del punto laser. Ciò accade perché l’energia filtra attraverso la resina e solidifica un po ‘dell’area circostante.

È possibile limitare questo effetto accorciando il raggio laser o restringendo il punto laser, ma in realtà è necessario fornire una quantità minima di energia a un’area affinché possa polimerizzare. Se ne hai uno, hai un po ‘dell’altro.

I ricercatori del NIST hanno tentato di misurare questo effetto in un documento intitolato “Voxel-Scale Conversion Mapping Informs Intrinsic Resolution in Stereolithographic Additive Manufacturing”, e sembra che abbiano fatto alcune scoperte interessanti.

Il problema è che le parti non escono esattamente come previsto. I ricercatori spiegano il problema:

“Queste parti mostrano un’eterogeneità meccanica intrinseca e una scarsa accuratezza dimensionale che non è spiegata da semplici modelli di dose di energia critica che pervadono il campo. Inoltre, i requisiti di risoluzione per nuove applicazioni in metamateriali e bioprinting (ad esempio, scala di cellule umane <10 μm) spingono i limiti di ciò che è attualmente ottenibile in processi scalabili a singolo fotone “.

Hanno sviluppato una nuova sonda di scansione per osservare la polimerizzazione in corso utilizzando un meccanismo a sbalzo per rilevare la risonanza delle vibrazioni con un microscopio a forza atomica. La teoria è che le vibrazioni cambiano durante la polimerizzazione.

L’azione che si svolge durante la polimerizzazione è molto più complessa di quanto immaginassi.

Dicono:

“La forza di resistenza sperimentata durante le oscillazioni a sbalzo può essere correlata alla viscosità e all’entità della reazione. Le simulazioni di dinamica dei fluidi mostrano la localizzazione della misurazione su scala micrometrica e la misurazione basata sulla risonanza consente una risoluzione temporale inferiore al millisecondo. In una resina tiolenica esposta a luce modellata, le scale di lunghezza di diffusione degli oligomeri sono significative rispetto alle dimensioni delle strutture stampate. Di conseguenza, la risoluzione della parte è dettata dalla competizione tra polimerizzazione e diffusione. “

In altre parole, l’atto di polimerizzazione sembra provocare un’azione che crea la sovra-polimerizzazione.

Cosa hanno trovato? Spiegano i loro risultati:

“Studiamo gli effetti dell’intensità della luce e delle dimensioni del fotogramma sul profilo di conversione della reazione e scopriamo che il meccanismo di polimerizzazione radicalica limita l’utilità di una maggiore intensità della luce per migliorare la risoluzione delle caratteristiche diminuendo la conversione a una dose costante. Rileviamo anche la diffusione di specie polimeriche a decine di micrometri di distanza dai pixel illuminati in pochi secondi, il che influisce sulla forma finale delle strutture di prova stampate “.

In qualche modo questo non è sorprendente, ma qui i ricercatori sono stati in grado di misurare direttamente questi effetti.

In questa fase la tecnica sembra utilizzata solo per questo esperimento, ma posso immaginare che potrebbe essere utilizzata in futuro per aiutare a progettare resine di stampa 3D ultra accurate. Attraverso un processo iterativo, un produttore di resina potrebbe misurare direttamente questi effetti nel tentativo di identificare le resine che riducono al minimo l’eccessiva polimerizzazione. Naturalmente, questo sarebbe certamente limitato alle misurazioni di una specifica combinazione di resina e luce.

Se venisse utilizzato un tale approccio, potremmo vedere nuove famiglie di resine fotopolimeriche apparire sul mercato che potrebbero fornire precisioni di stampa e risoluzioni superiori a quelle odierne.

Tornando alla domanda iniziale, qual è la risoluzione massima. Chiaramente, la risposta è “dipende”.

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