Trong lĩnh vực sản xuất bồi đắp, công nghệ đúc nhựa 3D tập trung vào quá trình trùng hợp cảm quang, biến nhựa lỏng thành thực thể ba-chiều với hình học phức tạp và các đặc điểm bề mặt mịn thông qua quá trình xử lý-từng{3}}lớp. Quá trình này không chỉ đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế phản ứng quang hóa mà còn đòi hỏi sự phối hợp cao độ trong việc kiểm soát thiết bị, các tham số quy trình và-xử lý sau để đảm bảo đạt được ổn định về độ chính xác của khuôn, tính chất cơ học và chất lượng bề mặt.
Các nguyên tắc cơ bản của quá trình polyme hóa quang hóa đặt nền tảng cho quá trình này. 3Nhựa D chứa các chất xúc tác quang hóa và các monome hoặc oligome olefin có thể polyme hóa. Dưới các bước sóng cụ thể của bức xạ tia cực tím hoặc ánh sáng nhìn thấy, chất khởi đầu phân hủy để tạo ra các gốc tự do hoặc cation, kích hoạt sự mở liên kết đôi và hình thành mạng liên kết chéo, khiến nhựa chuyển đổi từ chất lỏng sang trạng thái rắn. Quá trình này được đặc trưng bởi sự tích tụ từng lớp-từng{5}}lớp, với độ dày của mỗi lớp được xác định bởi chiến lược quét và tiêu điểm nguồn sáng, do đó xây dựng một hình dạng hoàn chỉnh theo từng lớp. Tùy thuộc vào nguồn sáng và phương pháp chiếu, các quy trình chính được chia thành in li-tô lập thể (SLA), xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) và quang polyme hóa màn hình tinh thể lỏng (LCD).
Công nghệ SLA (Surface Mount Laser) sử dụng chùm tia UV để quét bề mặt nhựa hoặc lớp được xử lý ở tốc độ cao thông qua hệ thống điện kế, điểm lưu hóa-từng{1}}điểm để tạo thành mặt cắt ngang-. Ưu điểm của nó nằm ở kích thước điểm laser nhỏ và định vị chính xác, đạt được độ chính xác chiều và tái tạo chi tiết cực cao, khiến nó phù hợp với các bề mặt cong phức tạp, cấu trúc vi mô, khuôn mẫu và các bộ phận chính xác có yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng bề mặt. Chìa khóa của quá trình này nằm ở việc kết hợp công suất laser, tốc độ quét và tỷ lệ chồng lấp, cũng như điều phối việc kiểm soát mức chất lỏng và cài đặt độ dày lớp để giảm ứng suất và độ cong vênh giữa các lớp.
Công nghệ DLP (Quy trình vi gương kỹ thuật số) sử dụng thiết bị vi gương kỹ thuật số (DMD) để chiếu toàn bộ hình ảnh UV lên thùng nhựa, xử lý toàn bộ-mặt cắt ngang chỉ trong một lần truyền. Do sự tiếp xúc đồng thời của toàn bộ lớp, tốc độ tạo hình của nó cao hơn đáng kể so với SLA và nó mang lại tính nhất quán giữa các lớp tốt hơn, khiến nó phù hợp cho sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ và chế tạo nguyên mẫu yêu cầu bề mặt hoàn thiện đồng nhất. Chìa khóa của quá trình này nằm ở việc tối ưu hóa độ phân giải hình chiếu và tính đồng nhất của nguồn sáng, cũng như kiểm soát chính xác thời gian phơi sáng và cường độ ánh sáng để tránh các vệt ở cạnh và độ lệch kích thước do quá trình xử lý-quá mức hoặc quá-đóng rắn.
Công nghệ LCD sử dụng màn hình LCD có độ phân giải cao-làm mặt nạ, kết hợp với đèn nền tia cực tím để đạt được độ phơi sáng-từng{2}}lớp. Giá thành thiết bị tương đối thấp và dễ phổ biến. Độ phân giải của nó bị giới hạn bởi kích thước của pixel LCD, nhưng với các thông số hợp lý, nó vẫn có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất của hầu hết các nguyên mẫu về hình thức và các bộ phận có độ chính xác trung bình. Quá trình này đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến khả năng chống lão hóa do tia cực tím của màn hình, sự phù hợp của bước sóng nguồn sáng và độ phẳng của màng nhả để giảm biến dạng và bong tróc kém giữa các lớp.
Trong luồng quy trình chung, trước tiên, mô hình được cắt lát và tạo ra phần hỗ trợ, chuyển đổi dữ liệu 3D thành hướng dẫn hiển thị từng lớp-theo{2}}lớp. Sau đó, thiết bị sẽ tự động hoàn thành các chu trình phủ nhựa, san lấp mặt bằng, xử lý phơi nhiễm, nâng nền và chuẩn bị cho lớp tiếp theo cho đến khi toàn bộ chi tiết được hình thành. Việc lựa chọn độ dày lớp phải xem xét toàn diện độ chính xác và hiệu quả: độ dày lớp 0,025–0,1 mm thường được sử dụng cho các bộ phận chính xác, trong khi độ dày lớp 0,1–0,2 mm có thể tăng lên đối với các nguyên mẫu thông thường để tăng tốc quá trình. Năng lượng tiếp xúc có liên quan trực tiếp đến độ sâu đóng rắn; không đủ năng lượng sẽ dẫn đến các lớp được xử lý không hoàn toàn, trong khi năng lượng quá mức sẽ làm tăng nguy cơ co ngót, cong vênh và hiện tượng giòn sau khi xử lý.
Quá trình-hậu kỳ đóng vai trò quan trọng đối với chất lượng cuối cùng. Các bộ phận đúc ban đầu cần được làm sạch bằng dung môi (chẳng hạn như isopropanol) để loại bỏ nhựa chưa được xử lý. Quá trình này đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận thời gian và tác động cơ học để tránh làm hỏng bề mặt đã được xử lý. Sau đó, quy trình xử lý thứ cấp được thực hiện trong buồng UV với bước sóng và liều lượng phù hợp để tăng cường hơn nữa các tính chất cơ học và liên kết chéo, nhưng phải tránh tiếp xúc quá mức để tránh hiện tượng ố vàng hoặc co rút chiều nhanh. Việc loại bỏ cấu trúc hỗ trợ đòi hỏi các quá trình cắt, mài và đánh bóng kết hợp để đạt được độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác về kích thước như mong muốn.
Kiểm soát môi trường và quy trình cũng rất quan trọng. Nhựa nhạy cảm với nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng. Môi trường đúc phải được giữ ở nhiệt độ không đổi (20 độ ~ 28 độ ), với khả năng hút ẩm và che chắn ánh sáng thích hợp để ngăn chặn sự biến động về hiệu suất và quá trình xử lý sơ bộ. Về bảo trì thiết bị, thùng nhựa cần được làm sạch thường xuyên, kiểm tra cường độ và tính đồng nhất của nguồn sáng cũng như hiệu chỉnh mức nền để đảm bảo độ ổn định lâu dài của độ dày lớp và độ chính xác định vị.
Nhìn chung, đúc nhựa 3D là một dự án kỹ thuật hệ thống tích hợp quang hóa, cơ học chính xác và thuật toán phần mềm. Các loại quy trình khác nhau có lợi thế riêng về độ chính xác, tốc độ và các tình huống áp dụng; lựa chọn phù hợp và tối ưu hóa thông số có thể phát huy tối đa tiềm năng của vật liệu. Với những tiến bộ trong công nghệ nguồn sáng, công thức nhựa và điều khiển thông minh, quy trình này sẽ tiếp tục phát triển theo hướng có độ chính xác cao hơn, hiệu quả nhanh hơn và khả năng thích ứng chức năng cao hơn, cung cấp hỗ trợ đúc khuôn vững chắc cho các lĩnh vực như sản xuất chính xác, công nghiệp văn hóa và sáng tạo cũng như mô hình y tế.
