Eine Einführung in das Nachhärten von SLA-3D-Druckteilen

Nachhärten als Ergänzung zu Ihrem Stereolithografie-3D-Druckprozess hilft dabei, dass Ihr Teil Bestleistung und größtmögliche Festigkeit entwickelt.

In diesem Beitrag besprechen wir die Wissenschaft hinter dem Nachhärten und erläutern Ihnen die wichtigsten Grundlagen für die Umwandlung der mechanischen Eigenschaften eines Druckteils. Wir behandeln auch verschiedene Nachhärtemethoden, vom einfachen Sonnenlicht hin zu einer Nachhärtungskammer für spezifische Materialien.

Weshalb sollte ich nachhärten?

Wenn der Druck eines SLA-Teils abgeschlossen ist, befindet es sich auf der Konstruktionsplattform als das, was wir ein „grünes“ Teil nennen. Diese Teile haben dabei zwar ihre endgültige Form erreicht, jedoch ist die Polymerisierungsreaktion noch nicht ganz abgeschlossen und die mechanischen Eigenschaften sind somit noch nicht vollständig ausgeprägt. Durch die Exposition mit zwei wichtigen Faktoren, Licht und Hitze, fördert das Nachhärten die Materialeigenschaften ganz zu Tage.

Materialeigenschaften wie der Modul werden durch das Nachhärten von Druckteilen verbessert. Jedes Formlabs Kunstharz erfordert spezifische Nachhärteeinstellungen. Die hier dargestellten Daten stammen aus internen Tests und dienen der Veranschaulichung. Nehmen Sie für weitere Informationen Bezug auf das offizielle technische Datenblatt von Formlabs mit ASTM-Prüfwerten. In Kürze folgen ein umfassendes Whitepaper und aktualisierte Datenblätter für den Form Cure, unsere Nachhärtelösung für die SLA 3D-Drucker von Formlabs.

Erfahren Sie mehr über die wichtigsten mechanischen Eigenschaften, die das Verhalten eines Materials bestimmen, sowie über deren Bedeutung für spezifische Anwendungen.

 

Bei vielen Formlabs Kunstharzen ist Nachhärten erforderlich. Nach dem Nachhärten erreichen technische Kunstharze ihre besten Funktionseigenschaften und unser hauseigenes Castable Resin V2 brennt danach sauber aus. Nachhärten ist absolut verpflichtend bei biokompatiblen Materialien wie unseren Kunstharzen für die Zahnmedizin.

Nachhärten ist bei Standard-Kunstharzen nicht erforderlich, erhöht jedoch die Festigkeit und Stabilität des Teils. Nachgehärtete Teile sind im Allgemeinen auch weniger klebrig, wodurch sie leichter poliert und lackiert werden können.

Die Wissenschaft des Nachhärtens

Wir wissen, dass das Nachhärten die Materialeigenschaften verbessert – doch wie?

Verallgemeinert löst die Exposition mit Licht die Bildung zusätzlicher chemischer Verbindungen in einem Druckteil aus, wodurch das Material fester und steifer wird.

Die Nachhärteeinheit von Formlabs, der Form Cure, setzt Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm ein, während viele andere Nachhärtegeräte UV-Licht verwenden (Wellenlängen zwischen 10 nm und 400 nm). Sogar Sonnenlicht kann Teile nachhärten. Die Exposition und die Wirksamkeit hängen jedoch vom Wetter ab.

Bei einigen Nachhärtekammern kommt zusätzlich Hitze zum Einsatz. Hitze beschleunigt den Prozess und ermöglicht eine noch vollständigere Ausbildung der Molekülverbindungen, was zu verbesserten Materialeigenschaften führt, die mit Licht allein nicht möglich wären.

Sehen wir uns das Ganze einmal näher an.

Eine Betrachtung auf molekularer Ebene

In jedem Formlabs Kunstharz gibt es ein durchgehendes Netzwerk aus verschiedenen Polymerketten (Monomere und Oligomere). Das Kunstharz selbst ist ein hochgradig vernetztes Makromolekül (stellen Sie es sich so vor: Wenn Sie einen Punkt auf einem Druckteil auf molekulare Ebene vergrößern würden, könnten Sie der Polymerkette zu jedem anderen Punkt im Teil folgen).

Wenngleich gedrucktes Harz ein durchgehendes Molekül bildet, bestehen noch einige freie reaktive Gruppen, die das Polymernetzwerk weiter vernetzen können.

Mit der zunehmenden Zahl an Quervernetzungen verbessern sich die Materialeigenschaften wie Modul und Zugfestigkeit. Ziel des Nachhärtens ist es, so viele freie reaktive Gruppen wie möglich zu verbinden, um dem Teil seine maximalen Materialeigenschaften zu verleihen.

Vergleichen Sie die Materialeigenschaften der technischen Kunstharze von Formlabs in einer interaktiven Grafik.

Schritt 1: Hitze

Optimales Nachhärten beginnt mit Hitze. Steigende Temperaturen erhöhen die Energie und somit auch die Mobilität im Polymernetzwerk. Dadurch besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass sich die reaktiven Gruppen finden und Verbindungen eingehen.

Das Nachhärten maximiert Materialeigenschaften von SLA-3D-Druckteilen durch eine präzise Kombination aus Licht und Hitze. Der Form Cure dreht die Teile zudem, um eine gleichmäßige Exposition sicherzustellen.

Sobald das Molekül die optimale Temperatur erreicht hat, kommen sich die reaktiven Gruppen so nah, dass sie einander berühren können. Jetzt tritt das Licht auf den Plan.

Schritt 2: Licht

Nun folgt der entscheidende Schritt: Lichtphotonen aktivieren die übrigen Photoinitiatoren und erzeugen ein Radikal, das für Verbindungen zwischen angrenzenden reaktiven Gruppen sorgt und sie dauerhaft miteinander vernetzt.

Mit jeder neuen Querverbindung ist das Polymernetzwerk sicherer verbunden und die Materialeigenschaften verbessern sich.

Mit zunehmender Zahl der Querverbindungen im Kunstharz verdichtet sich das Netzwerk leicht, was zu einer geringfügigen Schrumpfung des gesamten Teils führt. Das ist normal bei allen Teilen, die mit einem harzbasierten Drucker hergestellt werden. PreForm, die kostenlose Druckvorbereitungssoftware von Formlabs, gleicht diese Schrumpfung automatisch aus, damit die Abmessungen Ihrer nachgehärteten Teile Ihren ursprünglichen CAD-Designs entsprechen. Diese präzise Kalibrierung ist besonders wichtig bei zahnmedizinischen Materialien, bei denen wenig Spielraum erlaubt ist.

Eine Nachhärtemethode wählen

Es gibt viele Methoden zum Nachhärten, vom einfachen Härten mit Licht (Sonnenlicht, UV-Nagellampen, selbstgebaute Härtekästen usw.) hin zur Kombination von Licht und Hitze (wie beim Form Cure von Formlabs).

Um herauszufinden, welche Nachhärtelösung sich am besten für Ihre Zwecke eignet, beachten Sie folgende Punkte:

Verwendete Materialien: Für jede Harzformulierung gibt es einen bestimmten Wellenlängenbereich, der sich am besten zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften eignet. Spezifisch für Formlabs Materialien empfehlen wir, ein Gerät mit 405-nm-Licht zu verwenden, da Formlabs Kunstharze für den Einsatz mit Formlabs Druckern konzipiert sind, bei denen Laser mit einer Wellenlänge von 405 nm zum Einsatz kommen.

Laden Sie unser Whitepaper herunter und erfahren Sie, wie sich die mechanischen Eigenschaften von Teilen aus Formlabs Kunstharzen beim Nachhärten verändern.

Beabsichtigte Anwendungen: Für Anwendungen, bei denen optimale Maßgenauigkeit erforderlich ist, sollten Sie ein Gerät verwenden, das auf die verwendeten Materialien abgestimmt ist. Zu diesen Anwendungen gehören die Prototypenfertigung von Produkten, bei denen enge Toleranzen erforderlich sind. Auch zahnmedizinische Anwendungen zählen dazu, denn dort ist eine präzise Passung ausschlaggebend (wie bei Bohrschablonen oder Kronen- und Brückenmodellen). Bei Anwendungen, bei denen die Genauigkeit weniger wichtig ist, reichen einfachere Nachhärtelösungen häufig aus.

Größe und Komplexität der Teile: Bei kleinen Druckteilen kann eine günstige UV-Nagellampe ein wirksames Werkzeug zum Nachhärten sein. Bei größeren und komplexen Teilen sind Geräte mit gleichmäßiger Exposition (durch guten Lichteinfall, einen Drehteller usw.) wichtig, um ein einheitliches Aushärten zu ermöglichen.

Die Materialeigenschaften können auch aufgrund der Druckgeometrie, Druckausrichtung und Druckeinstellungen variieren.

Geschwindigkeit: Hitze beschleunigt und optimiert den Nachhärteprozess. Wenn Effizienz wichtig ist, entscheiden Sie sich für ein Gerät mit sowohl Licht als auch Hitze.

Die Nachhärtelösung speziell für die SLA 3D-Drucker von Formlabs

Unser Ziel bei der Entwicklung unserer Nachhärtelösung war es, das Nachhärten von Formlabs Materialien für unsere Nutzer zu vereinfachen und zu optimieren.

Wir haben umfassende Tests durchgeführt, um die wirksamste Technologie zu finden, einzigartige Einstellungen entwickelt, die perfekt auf die jeweiligen Kunstharze zugeschnitten sind, und einen intuitiven, automatisierten Prozess geschaffen, der das Nachhärten so unkompliziert wie möglich macht.

Das Ergebnis ist der Form Cure: eine zuverlässige, professionelle Nachhärtelösung, mit der unseren Kunden ihre Formlabs SLA 3D-Drucker voll auszunutzen.

Mehr über den Form Cure erfahren

Auf unserer Kundenservice-Seite finden Sie die aktuellen Einstellungsempfehlungen für den Form Cure.