Si vous utilisez une imprimante 3D stéréolithographique (SLA), il est essentiel que vous sachiez post-polymériser vos impressions 3D en résine. La post-polymérisation permet aux pièces d'atteindre la meilleure résistance et de se stabiliser. Cependant, chaque résine réagit de manière légèrement différente à la post-polymérisation, ce qui implique d’ajuster le temps d’exposition et la température pour que le matériau atteigne ses propriétés optimales.
Pourquoi devrais-je post-polymériser mes impressions en résine ?
De par leur formulation, les résines Formlabs présentent des réactions polymères photosensitives complexes. Les imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA) de Formlabs utilisent des lasers de 405 nm pour polymériser la résine liquide, produisant ainsi une pièce solide de haute précision. Lorsqu’une pièce arrive au terme de son impression par stéréolithographie, elle reste sur la plateforme de fabrication dans un état « brut ». Cela signifie qu'elle a bien pris sa forme finale, mais la réaction de polymérisation n'est pas encore complètement terminée et la pièce ne présente pas encore ses propriétés mécaniques complètes. La post-polymérisation lumineuse et thermique est cruciale pour que la pièce imprimée en 3D SLA atteigne ses propriétés optimales. Concernant les matériaux biocompatibles, la post-polymérisation est nécessaire pour répondre aux normes de sécurité déterminées par les organismes de réglementation.
Cette optimisation du matériau est d’autant plus importante quand il s’agit de résines techniques ou spécifiques. La Form Cure et la Form Cure L, les deux solutions de post-polymérisation de Formlabs, sont conçues pour post-polymériser les pièces imprimées avec des résines Formlabs de manière rapide et constante. Nos ingénieurs ont développé la Form Cure et la Form Cure L spécifiquement pour les résines Formlabs. Elles utilisent d’ailleurs la même lumière à 405 nm que celle fournie par les lasers présents sur les imprimantes 3D SLA de Formlabs. Les pièces imprimées sont chauffées et effectuent automatiquement une rotation au sein de la chambre de traitement afin de garantir une post-polymérisation uniforme et constante.
Introduction à la science de la post-polymérisation
Toute résine utilisée en impression 3D SLA peut être considérée comme une macromolécule hautement réticulée, ou comme un réseau continu de chaînes de polymères (monomères et oligomères). Au sein de cette macromolécule, il existe encore des groupes réactifs qui peuvent réticuler davantage le réseau polymère lorsqu'ils sont exposés à la lumière et à la chaleur.
Plus la réticulation est avancée et meilleures sont les propriétés du matériau, telles que le module et la résistance à la rupture par traction. Le but de la post-polymérisation est de lier autant de ces groupes réactifs que possible pour que la pièce acquière ses propriétés maximales.
Une fois que les propriétés optimales du matériau sont atteintes, la poursuite du post-traitement de certaines résines peut parfois rendre les pièces fragiles ou les déformer La durée et la température de la post-polymérisation doivent donc être adaptées à chaque résine et à chaque géométrie de pièce afin d'éviter une polymérisation trop importante.
Une post-polymérisation optimale commence par de la chaleur. La température croissante augmente l'énergie et donc la mobilité dans le réseau de polymères. Cela augmente la probabilité pour les groupes réactifs de se trouver et de créer des connexions. Les stations de post-polymérisation de Formlabs, la Form Cure et la Form Cure L, utilisent toutes les deux un appareil de chauffage pour aider la chambre de polymérisation à atteindre rapidement la température souhaitée, puis à la maintenir tout au long de la post-polymérisation.
Une fois que la température souhaitée est atteinte, de la lumière est projetée dan. Les photo-initiateurs restants sont activés par les photons de lumière, ce qui permet aux groupes réactifs proches de former des liaisons et de terminer le processus de réticulation. À chaque nouvelle réticulation, le réseau de polymères se renforce et les propriétés du matériau s'améliorent.
Avec l'augmentation de la réticulation de la résine, le réseau se densifie et provoque une légère contraction de l'ensemble de la pièce. Ce phénomène est normal pour toute pièce imprimée en résine. PreForm, le logiciel de préparation des fichiers d'impression de Formlabs, compense automatiquement cette contraction pour garantir l'exactitude dimensionnelle des pièces après post-polymérisation par rapport à leur conception originale en CAO.
Consultez notre équipe commerciale
Que vous ayez besoin de prototyper à grande vitesse ou de produire des pièces finales, nous sommes là pour vous accompagner. L’équipe commerciale de Formlabs est composée de spécialistes engagés qui savent exactement comment vous assister et répondre aux besoins de votre entreprise.
Pendant combien de temps dois-je post-polymériser mes impressions 3D en résine ?
Le paramétrage de post-polymérisation idéal est celui qui permet d’obtenir les propriétés requises en un temps minimum. Pour les résines Formlabs standard, il peut s'agir d'une polymérisation rapide, en une minute, avec la Form Cure V2. Les résines techniques voient leur résistance, leur rigidité et leur thermorésistance augmenter avec une post-polymérisation pouvant aller jusqu’à 120 minutes en fonction du matériel de post-polymérisation utilisé.
Formlabs a développé un protocole d’étude de post-polymérisation en interne dans le but d’identifier les réglages optimaux pour chacune de ses résines. Nos spécialistes des matériaux ont suivi la méthode ASTM pour tester un ensemble de propriétés mécaniques à différentes températures pour chaque matériau.
Vous trouverez sur notre site internet tous les paramètres post-polymérisation recommandés pour la Form Cure V2, la Form Cure V1, la Form Cure L V2, ou la Form Cure L V1. Les fiches techniques de matériaux indiquant leurs propriétés mécaniques après la post-polymérisation recommandée sont disponibles au téléchargement sur notre site.
Agostino Lobello, ingénieur en développement de produits chez Radio Flyer, déclare : « Le plus grand avantage est probablement la réduction de la déformation et la meilleure précision dimensionnelle que nous constatons avec la Form Cure L, ce qui nous permet de gagner du temps lors des assemblages. » En savoir plus ici.
Matériaux biocompatibles et post-polymérisation
Alors que de plus en plus de professionnels dentaires et médicaux adoptent l'impression 3D dans leurs flux de travail, les entreprises d'impression 3D doivent s'assurer que l'ensemble du processus permet de fabriquer systématiquement des pièces performantes et biocompatibles pour l'utilisateur final. Les exigences en matière de biocompatibilité nécessitent de suivre rigoureusement les procédures pré-approuvées, ce qui s'applique également à l'étape de post-polymérisation.
La technologie de Formlabs a été validée dans des flux de travail approuvés par la FDA, ce qui signifie que pour chaque résine destinée à être utilisée dans un dispositif biocompatible, certaines étapes d'impression, de lavage et de polymérisation doivent être strictement suivies pour que la pièce finale soit considérée comme biocompatible.
La Form Cure et la Form Cure L sont des éléments importants de ces flux de travail. Après des tests minutieux et un processus réglementaire complet, les paramètres validés pour les durées de post-polymérisation garantissent que chaque pièce imprimée pour des applications biocompatibles présente des propriétés mécaniques optimales et peut être utilisée en toute sécurité.
Vous trouverez des recommandations spécifiques de post-polymérisation pour chaque matériau dans le guide de fabrication de chaque matériau.
Échantillons de BioMed Resin
Chaque échantillon de BioMed Resin présente des motifs en relief et en creux, des épaisseurs de découpe de 0,5 à 2,0 mm, ainsi que des informations réglementaires propres à cette résine.
Méthodologie
Un sertissage post-polymérisation idéal permet d'obtenir les propriétés souhaitées avec une durée optimale. Formlabs a développé un protocole d’étude de post-polymérisation en interne dans le but d’identifier les réglages optimaux pour chacune de ses résines. Nos spécialistes des matériaux ont suivi la méthode ASTM pour tester un ensemble de propriétés mécaniques à différentes températures pour chaque matériau.
Pour déterminer comment la post-polymérisation agit sur les propriétés mécaniques, ce exemple décrit les changements du module de traction observés dans le temps, qui se traduisent par le changement de la rigidité d’une pièce, et ceci pour chaque résine placée dans la Form Cure ou la Form Cure L. Un objet avec un module de traction élevé résistera mieux à la déformation sous contrainte. Le module d’élasticité est étroitement lié au niveau d’achèvement des liaisons croisées entre chaînes photopolymères au sein d’une pièce. C’est la raison pour laquelle Formlabs utilise le module pour représenter l’achèvement global de la post-polymérisation.
La forme « brute » d'une pièce est obtenue en traitant la résine au cours de l’impression. Cependant, certaines connexions polymères potentielles restent inachevées. Provoquer la liaison croisée des polymères restants améliore de manière proportionnelle la solidité, la rigidité et la thermorésistance. La pièce imprimée diminue aussi légèrement en volume au cours de la post-polymérisation. Formlabs mesure la précision et les propriétés mécaniques en se basant sur une post-polymérisation standardisée des pièces, et les réglages des matériaux sont ajustés de manière à prendre en compte cette perte de volume dans les mêmes conditions. Certaines résines ne nécessitent pas de post-polymérisation, mais leurs propriétés mécaniques changeront si elles sont post-polymérisées.
Exemple : Paramètres de post-polymérisation recommandés pour Rigid 4000 Resin
Dans cet exemple, la résine Rigid 4000 Resin présente une forte augmentation de son module de flexion au cours des 15 premières minutes de post-polymérisation, à savoir 116 %. Au-delà de ces 15 premières minutes, plus aucune amélioration n’est observée.
Rigid 4000 Resin est un matériau composite à charge de verre conçu pour les pièces nécessitant une dureté et une rigidité élevées ainsi qu’une faible déformation sous charge. La post-polymérisation en augmente directement la robustesse et la rigidité en achevant la liaison croisée de la matrice polymère entourant les microparticules de verre, ce qui les maintient fermement en place. La post-polymérisation de Rigid Resin est impactée de manière significative par la température. On observe en effet une importante amélioration de son module d’élasticité en très peu de temps quand elle est exposée à des températures élevées. Post-polymériser cette résine au-delà de 15 minutes n’en modifiera plus les propriétés, mais commencera à causer un jaunissement cosmétique et n’est donc pas à recommander. Pour la plupart des applications de Rigid 4000 Resin, il convient de post-polymériser à 80 °C pendant 15 minutes dans la Form Cure.
Résolution de problèmes de post-polymérisation
Les problèmes les plus fréquemment rencontrés lors de la post-polymérisation de pièces sont la sous-polymérisation et la déformation. Si une pièce semble plus fragile ou moins rigide que prévu, c’est peut-être qu’elle a été insuffisamment post-polymérisée. La sous-polymérisation peut se produire quand une pièce est particulièrement épaisse ou volumineuse, car la chaleur met plus de temps à la pénétrer. La lumière à elle seule ne peut guère que post-polymériser les couches superficielles d’une pièce, c’est pourquoi la Form Cure et la Form Cure L appliquent à la fois de la lumière et de la chaleur. Si une pièce est significativement plus volumineuse ou épaisse que les géométries de test de Formlabs, elle peut nécessiter un temps d’exposition ou une température plus élevés pour atteindre une post-polymérisation interne complète.
La déformation à la post-polymérisation peut se produire quand une pièce est particulièrement fine et que toutes ses faces ne sont pas exposées à la lumière de manière égale. La Form Cure et la Form Cure L contribuent à éviter la déformation de la pièce en lui imprimant une rotation à l’aide d’un plateau tournant pendant la post-polymérisation et en l’exposant à la lumière dans toutes les directions, y compris par dessous le plateau tournant.
Les pièces post-polymérisées ont également tendance à être plus fragiles mécaniquement que les pièces « brutes ». En règle générale, l'allongement diminue avec l'augmentation du module, c'est pourquoi les pièces trop post-polymérisées peuvent présenter une fragilité indésirable.
Matériel de post-polymérisation
Il existe plusieurs méthodes de post-polymérisation allant d'une simple exposition à la lumière (lumière naturelle, lampe UV de manucure, station UV de polymérisation, boîtier UV fait soi-même, etc.) à l'utilisation conjointe de la lumière et de la chaleur. La chaleur accélère le processus et permet même la formation de liaisons plus complètes, apportant des améliorations des propriétés du matériau impossibles à obtenir avec la lumière seule.
Début 2017, Formlabs a lancé la Form Cure V1, le premier équipement de post-polymérisation fabriqué spécifiquement pour les résines Formlabs. Les mises à jour de la Form Cure et de la Form Cure L grand format ont permis de réduire jusqu'à 6 fois la durée de la post-polymérisation.
La Form Cure et la Form Cure L, les deux solutions de post-polymérisation de Formlabs pour les imprimantes 3D professionnelles de bureau et grand format, sont conçues pour post-polymériser les pièces imprimées avec des résines Formlabs de manière rapide et constante. Grâce à des paramètres de durée et de température prédéfinis pour chacune des résines Formlabs, la Form Cure et la Form Cure L éliminent les approximations du processus de post-polymérisation, et permettent aux utilisateurs d'imprimer en toute sécurité des pièces biocompatibles répondant aux exigences de la classe ou du dispositif biocompatible.Lorsque de nouvelles résines sont lancées, il suffit aux utilisateurs de mettre à jour le firmware de leur Form Cure pour obtenir la durée et la température qui permettent de donner au matériau ses propriétés optimales.
La Form Cure utilise une source lumineuse de 405 nm, qui a été déterminée par un processus de test interne approfondi comme étant la plus efficace pour donner le meilleur module et la meilleure résistance à la traction aux pièces fabriquées avec les imprimantes Formlabs. En comparaison, lorsque la durée et la température sont identiques mais qu'une source lumineuse de 365 nm est utilisée, le module n'atteint que 67 % de celui des échantillons de 405 nm. Chaque longueur d'onde influence différemment les propriétés des pièces post-polymérisées, en particulier lorsque la durée de post-polymérisation est plus courte.
Si la Form Cure L possède la taille nécessaire pour post-polymériser de grandes pièces, elle peut également être utilisée pour post-polymériser efficacement beaucoup de petites pièces produites en lots. Un laboratoire dentaire peut avoir cinq imprimantes 3D Form 4B, mais n'avoir besoin que d'une seule Form Cure L pour polymériser toutes ses pièces en même temps, ce qui lui permet d'enregistrer des gains en termes de durée, d'espace et de main-d'œuvre.
Commencez à post-polymériser vos impressions 3D SLA en résine
Formlabs vous permet de compléter facilement votre flux d'impression 3D SLA grâce à des options de polymérisation pour grands et petits volumes. Validées après avoir passé des tests rigoureux en interne et en externe, la Form Cure et la Form Cure L facilitent plus que jamais la production SLA.
Les paramètres préprogrammés pour les matériaux Formlabs facilitent la post-polymérisation des pièces dans la Form Cure et la Form Cure L. De plus, de nouveaux préréglages peuvent être enregistrés. Pour commencer à polymériser facilement vos pièces, achetez la Form Cure, ou la Form Cure L pour les grandes pièces ou les applications à fort volume de production. Pour obtenir une liste complète et actualisée des durées et températures de polymérisation des résines, consultez les ressources de notre site d'assistance :
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