RESINE STAMPA 3D – POST CURING

RESINE STAMPA 3D – POST CURING

Eseguita la stampa 3 D un altro passaggio fondamentale è il post curing, ovvero la polimerizzazione completa della stampa da eseguirsi con appositi apparecchi che forniscono luce UV ad una determinata frequenza per fissare completamente le molecole del polimero.

I modelli prodotti con stampanti a resina non sono completamente polimerizzati attraverso l’esposizione alla luce blu/UV nel processo di stampa. La fornitura di un’esposizione sufficiente per polimerizzare completamente ciascuno strato comporterebbe una perdita di risoluzione in quanto la luce dispersa al di fuori dell’area di esposizione designata polimerizzerebbe una zona più grande di quella desiderata. Un grado maggiore di polimerizzazione durante la stampa dà inoltre vita a problemi meccanici. La resina si restringe mentre polimerizza, sottoponendo a tensione il legame tra strati e distorcendo la forma della resina polimerizzata. Può anche rendere difficile il distacco di ciascuno strato appena polimerizzato dalla superficie di produzione in quanto la resina è una colla eccezionale. Pertanto nel processo stampa la resina viene polimerizzata solo in modo che abbia la forza sufficiente per mantenere la propria forma e possa essere staccata dalla superficie di produzione.

Per questo motivo i parametri di esposizione della stampante per ogni resina vengono generalmente regolati in modo da ridurre al minimo la polimerizzazione di volume indesiderato.
Ne consegue la necessità di operare il POST CURING

Polimerizzazione post-stampa

La post-polimerizzazione dei modelli serve a completare la polimerizzazione della resina non polimerizzata o insufficientemente polimerizzata nel modello. I produttori di resina generalmente specificano un’esposizione post-stampa del modello pulito in una camera fortemente illuminata da LED o luci che emettono UV. L’esposizione agli UV post-stampa, tuttavia, presenta un paio di problemi.  Il primo è l’ossigeno: l’ossigeno inibisce il processo di polimerizzazione, blocca l’azione normale dei radicali liberi formatisi a seguito dell’esposizione agli UV del foto iniziatore e impedisce il concatenamento delle molecole di monomero. Questa inibizione si estende dalla superficie del modello a una profondità di diversi micron. La resina insufficientemente polimerizzata a causa di questa inibizione dà origine alla superficie leggermente viscosa di queste stampe.
Per eliminare questo fastidioso inconveniente si può agire in svariati modi, naturalmente a seconda della composizione della resina utilizzata potremo trovare differenza di comportamento del polimero.

i metodi che hanno dato risultati più confortanti sono 3:

– Esposizione a luce UV diretta. ( Serve molta potenza per ottenere un buon risultato)
– Esposizione a calore più o meno intenso. ( Il risultato è’ buono se si raggiungono temperature prossime ai dei 93°C il che per alcune resine può essere dannoso)
– Esposizione a calore moderato in vuoto. (Risultato buono ma con la complicazione della camera sottovuoto)

Ovviamente per semplicità Binnion ha fatto una comparazione tra le 3 differenti metodologie riferendoci sempre alla stessa base di resina.

Test di polimerizzazione post-produzione con UV

La polimerizzazione post-produzione è stata realizzata in una camera con otto tubi fluorescenti da 365 nm 9 watt disposti intorno ai modelli . I modelli sono stati posizionati su un patto girevole che mantiene le parti continuamente in movimento durante la polimerizzazione in modo da fornire un’illuminazione uniforme alle superfici dei modelli. I modelli sono stati polimerizzati per intervalli di tempo compresi tra i 30 minuti e le 2 ore. Tutti i modelli mostravano una superficie leggermente viscosa dopo l’esposizione. I modelli sono stati pesati prima e dopo la polimerizzazione e hanno mostrato una scarsa perdita di peso a seguito del processo di polimerizzazione. Questa, forse, era dovuta solo all’evaporazione dell’acqua e/o dell’alcol isopropilico utilizzato nel processo di pulizia assorbito dai modelli, visto che le resine generalmente non contengono solventi soggetti a evaporazione.

Test di polimerizzazione post-produzione tramite calore

Sono stati effettuati test di polimerizzazione tramite calore in un forno ventilato da banco dotato di controller della temperatura PID digitale e termocoppia di tipo K per misurare e controllare la temperatura del forno. I modelli sono stati collocati su una lamina in metallo che poggia sulla griglia del forno. I test iniziali utilizzavano una rampa di temperatura in tre fasi: 50 °C per 15 minuti, 100 °C per 15 minuti e 150 °C per 15 minuti.  Alla fine del trattamento tutti i modelli presentavano cricche e imperfezioni. Durante i test pare che i modelli lasciati troppo a lungo nel risciacquo a base di isopropile dopo la stampa fossero più inclini alla formazione di cricche. Viene suggerito di non utilizzare alcol isopropilico e usare semplicemente acqua con un po’ di detergente seguito da un risciacquo in acqua pulita o semplicemente di sciacquare brevemente le stampe in isopropile, quindi immergerle in acqua con detergente seguito da un risciacquo in acqua pulita per la pulizia finale.
Si e’ anche evidenziato un problema di ritiro maggiore sugli assi X Y che non sullo Z, il che produce ovviamente deformazioni e tensioni interne ai modelli.

Test post-polimerizzazione con vuoto/calore moderato

I test di polimerizzazione tramite vuoto/calore moderato sono stati realizzati in un forno sottovuoto. I modelli sono stati posizionati al centro della piattaforma con il forno a temperatura ambiente. La camera viene evacuata e il calore viene quindi attivato.  Un tempo di lavorazione di 1,5 ore sembra essere adeguato per produrre un livello sufficientemente basso di resina non polimerizzata nei modelli testati. Anche se un periodo di tempo prolungato nel forno sottovuoto comporterà la rimozione aggiuntiva di componenti volatili, tempi più lunghi possono dare origine alle stesse cricche mostrate dalla post-polimerizzazione tramite calore.

Perdita di peso dopo il trattamento

I modelli post-polimerizzati tramite UV mostrano una perdita di peso inferiore allo 0,5%. Sia i processi basati sul solo calore che quelli basati sul solo forno sottovuoto mostrano perdite di peso maggiori dei modelli (Figura 1). Nei test, a seconda del tempo di esposizione e della temperatura, si è registrato una perdita di peso compresa tra il 2% e il 9%. Sia nei processi basati sul solo calore che in quelli basati sul solo forno sottovuoto, il tempo e le temperature che hanno comportato una perdita di peso superiore al 3% hanno portato anch’essi alla formazione di cricche e imperfezioni, per cui è evidente che una perdita di peso eccessiva costituisce un problema

Conclusione

Per ottenere una polimerizzazione corretta dei modelli di resina fotopolimerica, la polimerizzazione post-stampa della resina deve essere la più completa possibile, evitando al contempo le cricche e le imperfezioni provocate dalla sollecitazione eterogenea derivante da velocità di restringimento diverse tra il piano XY e l’asse Z. La resina non polimerizzata presente nel modello ha come risultato difetti di superficie.

Sembrerebbe che l’uso di un forno sottovuoto per la rimozione della resina non polimerizzata tramite evaporazione e la polimerizzazione finale della resina parzialmente polimerizzata sia il modo più rapido ed efficace per realizzare un modello corretto.
Dopo attenta analisi di questi risultati Nuova ASAV ha scelto una via intermedia creando un apparecchio che utilizza fonti miste di luce UV.
Per non gravare troppo sui costi di produzione in Nuova ASAV abbiamo scelto di utilizzare contemporaneamente luce UV prodotta da led ad alta intensità ( 10 W. Cad.) con lunghezza d’onda compresa tra 385 e 425 nM. e una fonte alogena che oltre a fornire una elevata potenza ( 100W) avesse la peculiarità di fornire anche calore per polimerizzare completamente la stampa.
L’apparecchio si è dimostrato molto valido anche per la polimerizzazione dei compositi dentali, quindi una positiva doppia valenza.
I tempi di polimerizzazione sono compresi, a seconda del tipo di resina impiegato, fra i 3 ed i 15 minuti.

La soluzione studiata da NUOVA A.S.A.V. :