Photopolymer-Harze

Photopolymer bezieht sich auf lichtempfindliche (photoaktive) Harze, die sich verfestigen, wenn sie ultraviolettem (UV-) Licht ausgesetzt werden. In additiven Fertigungsverfahren auf der Grundlage von Photopolymeren wandeln Photoinitiatoren diese Energie in chemische Energie um, wenn das flüssige photopolymerisierbare Harz auf eine UV-Lichtquelle (in der Regel eine Lampe, ein Laser oder ein Projektor) trifft. Anschließend verbinden sich Oligomere oder „Bindemittel“ und Monomere, härten aus und bilden Bindungen, die die Polymerstruktur bilden.

Die funktionalisierten Oligomere (in der Regel Epoxide, Urethane, Polyether oder Polyester), die in dem lichthärtenden Verbundstoff vorhanden sind, sorgen für die Eigenschaften eines lichtgehärteten Materials, wie Flexibilität, Haftung und chemische Beständigkeit. Jedes dieser Oligomere ist in der Regel mit einem Acrylat funktionalisiert. Die in UV-härtbaren Systemen verwendeten Monomere tragen dazu bei, die Geschwindigkeit der Aushärtung, die Vernetzungsdichte, die endgültigen Oberflächeneigenschaften des Films und die Viskosität des Harzes zu steuern. Beispiele für Monomere sind Styrol und Acrylate.

Laut Daten aus dem Polymer AM Market Report von VoxelMatters stellen Photopolymerharze den größten Anteil des Marktes für additive Fertigungsmaterialien dar und haben verschiedene Anwendungen. Es gibt im Wesentlichen zwei auf Photopolymerisation basierende 3D-Druckverfahren. Die Stereolithografie auf Wannenbasis war die erste 3D-Drucktechnologie, die patentiert und kommerzialisiert wurde. Die Stereolithografie hat sich zu verschiedenen Bottich-Photopolymerisationsverfahren (VPP) weiterentwickelt: SLA, DLP, kontinuierliches oder schichtloses DLP, LCD und Mikro-Stereolithografie.

Eine weitere beliebte Familie von Photopolymerisationsverfahren hat sich aus dem Materialstrahlverfahren (oder Tintenstrahlverfahren) entwickelt, wobei PolyJet die ursprünglich patentierte Technologie war. Bei Material-Jetting-Verfahren können verschiedene Materialien verwendet werden (auch solche, die keine Photopolymere sind); wenn sie jedoch Photopolymere verwenden, werden diese von einem beweglichen Druckkopf auf eine Plattform „gespritzt“ und anschließend durch UV-Licht gehärtet.

Zu den gängigen Monomeren, die für den 3D-Druck verwendet werden, gehören multifunktionale Acrylate und Methacrylate, die häufig mit einer nichtpolymeren Komponente kombiniert werden, um die Volumenschrumpfung zu verringern, oder mit höheren Mengen an duroplastischen Materialien, um die Haltbarkeit zu verbessern. Eine konkurrierende Kompositmischung aus Epoxidharzen und kationischen Photoinitiatoren wird immer häufiger verwendet, da ihre Volumenschrumpfung bei der Ringöffnungspolymerisation deutlich unter der von Acrylaten und Methacrylaten liegt.