Trong công nghệ sản xuất bồi đắp photopolymer, nhựa 3D, với tư cách là vật liệu chính để đạt được-độ chính xác cao, chất lượng bề mặt-cao-, về cơ bản phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và tác dụng hiệp đồng của các thành phần của nó. Về mặt hóa học, nhựa 3D chủ yếu bao gồm ba loại thành phần: nhựa ma trận, chất xúc tác quang học và chất phụ gia chức năng. Mỗi loại đóng một vai trò không thể thiếu trong hoạt động xử lý, tính chất cơ học, khả năng thích ứng quy trình và an toàn khi sử dụng.
Nhựa ma trận là thành phần chính của nhựa 3D, quyết định các tính chất hóa lý cơ bản của vật liệu và cấu trúc khung xương của bộ phận đúc. Các loại nhựa nền thường được sử dụng bao gồm acrylat epoxy, acrylat polyurethane, acrylat polyester và acrylat vinyl ether. Epoxy acrylate có độ cứng và độ bóng cao, tốc độ đóng rắn nhanh nên phù hợp cho sản xuất nguyên mẫu với yêu cầu cao về hình thức và độ chính xác về kích thước. Polyurethane acrylate giới thiệu các phân đoạn linh hoạt, cải thiện đáng kể khả năng chống va đập và khả năng phục hồi, khiến chúng phù hợp với các bộ phận chức năng và ứng dụng yêu cầu khả năng chịu tải lặp đi lặp lại. Acrylate polyester tạo ra sự cân bằng giữa độ nhớt và chi phí, đồng thời mang lại độ bền và khả năng kháng hóa chất nhất định. Trọng lượng phân tử và sự phân bố của nhựa gốc ảnh hưởng đến độ nhớt, độ co ngót khi xử lý và độ bền liên kết giữa các lớp; do đó, việc lựa chọn chính xác dựa trên các mục tiêu ứng dụng là rất quan trọng trong thiết kế công thức.
Photoinitiators là thành phần chức năng cốt lõi để đạt được quá trình quang hóa. Vai trò của chúng là tạo ra các gốc tự do hoặc cation hoạt động dưới các bước sóng cụ thể của bức xạ tia cực tím hoặc ánh sáng khả kiến, bắt đầu quá trình trùng hợp liên kết đôi giữa các monome và nhựa. Các chất xúc tác quang hóa gốc tự do thường được sử dụng bao gồm 1173 (2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropanone), 819 (phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxit) và TPO (2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxit). Đỉnh hấp thụ và sự khác biệt về hoạt tính của các chất khởi đầu khác nhau xác định loại nguồn sáng và điều kiện tiếp xúc phù hợp với nhựa. Chất xúc tác quang hóa cation chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống nhựa epoxy, đạt được khả năng đóng rắn sâu và độ co thấp, nhưng có tốc độ đóng rắn tương đối chậm. Số lượng và loại chất xúc tác quang hóa phải phù hợp với chức năng của nhựa nền; sử dụng quá mức không chỉ làm tăng chi phí mà còn có thể gây ra các vấn đề về ố vàng hoặc mùi hôi.
Mặc dù các chất phụ gia chức năng chiếm một tỷ lệ nhỏ trong nhựa nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hiệu suất của quy trình và chất lượng thành phẩm. Chất làm phẳng cải thiện tính đồng nhất của nhựa trải trên bề mặt khuôn, giảm các vệt giữa các lớp và hiệu ứng vỏ cam; chất khử bọt giúp ngăn chặn các bong bóng được tạo ra trong quá trình trộn và in, giảm các khuyết tật lỗ kim trên bề mặt; chất ức chế trùng hợp kéo dài thời hạn sử dụng và ngăn chặn quá trình trùng hợp chậm của nhựa trong bóng tối; chất làm cứng và vi hạt đàn hồi cải thiện khả năng chống va đập và độ giãn dài khi đứt; chất chịu nhiệt và chất chống tia cực tím tương ứng làm tăng nhiệt độ biến dạng nhiệt và làm chậm quá trình lão hóa và ố vàng do tia cực tím. Hơn nữa, đối với các yêu cầu ứng dụng cụ thể, chất độn dẫn điện, chất kháng khuẩn hoặc monome biến đổi có thể rửa được có thể được đưa vào để mang lại chức năng làm sạch chống tĩnh điện, kháng khuẩn hoặc hòa tan trong nước cho nhựa.
Sự tương thích và tác dụng hiệp đồng của ba loại thành phần này phải được cân bằng trong thiết kế công thức. Nhựa ma trận cung cấp hỗ trợ cấu trúc, chất xúc tác quang xác định hiệu suất và độ sâu đóng rắn, đồng thời các chất phụ gia chức năng tối ưu hóa cửa sổ quy trình và hiệu suất của thành phẩm. Sự dư thừa hoặc thiếu hụt bất kỳ thành phần nào có thể dẫn đến độ nhớt bất thường, quá trình đóng rắn không hoàn toàn, co ngót và cong vênh hoặc giảm độ bền. Do đó, các nhà sản xuất nhựa thường áp dụng biện pháp kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, điều chỉnh tỷ lệ thành phần một cách tỉ mỉ theo ứng dụng mục tiêu và xác minh tính khả thi của công thức thông qua việc in ấn-quy mô nhỏ và thử nghiệm hiệu suất.
Nhìn chung, các thành phần chính của nhựa 3D tạo thành một hệ thống hóa học có tính hiệp đồng cao. Nhựa nền đặt nền tảng cho hiệu suất, chất xúc tác quang thúc đẩy phản ứng đóng rắn và các chất phụ gia chức năng tinh chỉnh quy trình và các đặc tính chức năng. Sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế hoạt động và tương tác giữa các thành phần này không chỉ hỗ trợ việc lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa quy trình mà còn cung cấp hỗ trợ về mặt lý thuyết và hướng dẫn thực tế cho việc nghiên cứu và phát triển các loại nhựa mới cũng như các ứng dụng hiệu suất cao-của chúng.
