Résines polymères

Les photopolymères sont des résines sensibles à la lumière (photoactives) qui se solidifient lorsqu’elles sont exposées à la lumière ultraviolette (UV). Dans les procédés de fabrication additive reposant sur les photopolymères, les photoinitiateurs transforment cette énergie lumineuse en énergie chimique lorsque la résine liquide photopolymérisable est exposée à une source de lumière UV (généralement une lampe, un laser ou un projecteur). Ensuite, les oligomères ou « liants » et les monomères se combinent, durcissent en formant des liaisons qui constituent la structure polymère.

Les oligomères fonctionnalisés (généralement des époxydes, des uréthanes, des polyéthers ou des polyesters) présents dans la résine photopolymérisable confèrent au matériau ses propriétés finales, comme la flexibilité, l’adhérence et la résistance chimique. Ces oligomères sont typiquement fonctionnalisés par un acrylate. Les monomères utilisés dans les systèmes durcissables aux UV permettent de contrôler la vitesse de durcissement, la densité de réticulation, les propriétés de surface finale du film et la viscosité de la résine. Parmi les monomères couramment utilisés, on trouve le styrène et les acrylates.

Selon les données du rapport Polymer AM Market Report de VoxelMatters, les résines photopolymères représentent la plus grande part du marché des matériaux pour la fabrication additive et ont de nombreuses applications. Il existe deux principaux procédés d’impression 3D fondés sur la photopolymérisation. La stéréolithographie en cuve a été la première technologie d’impression 3D brevetée et commercialisée. Elle a évolué vers plusieurs procédés de photopolymérisation en cuve (VPP), dont la SLA, la DLP, la DLP continue ou sans couche, la LCD et la microstéréolithographie. Une autre famille populaire de procédés de photopolymérisation découle du dépôt de matière (ou jet d’encre), dont la technologie d’origine brevetée est le PolyJet. Les procédés de jet de matière peuvent utiliser divers matériaux (y compris d’autres que les photopolymères), mais lorsqu’ils utilisent des photopolymères, ceux-ci sont projetés depuis une tête d’impression mobile sur une plateforme, puis durcis par lumière UV.

Les monomères les plus couramment utilisés pour l’impression 3D sont des acrylates et méthacrylates multifonctionnels, souvent combinés à un composant non polymérique pour réduire le retrait volumique (réduction du volume lors du durcissement), ou à une proportion plus élevée de matériaux thermodurcissables pour améliorer la durabilité. Une formulation concurrente de résines époxydes et de photoinitiateurs cationiques devient de plus en plus courante, car son retrait volumique, lors de la polymérisation par ouverture de cycle, est nettement inférieur à celui des acrylates et méthacrylates.