感光性樹脂の基本特性

感光性樹脂とは、光硬化ラピッドプロトタイピングに使用される材料を指します。これは、主にオリゴマー、光開始剤、および希釈剤で構成される液体光硬化樹脂または液体感光性樹脂です。SLAに使用する感光性樹脂は、基本的に通常の光硬化型プレポリマーと同じです。しかし、SLAに使用される光源は通常の紫外光とは異なり単色光であり、硬化速度に対する要求が高いため、SLAに使用される感光性樹脂は一般的に次のような特性を持つ必要があります。

(1) 低粘度。光硬化は CAD モデルに基づいており、樹脂の層ごとに部品に重ねられます。1層が終了すると、樹脂の表面張力が固体樹脂の表面張力よりも大きいため、液体樹脂が硬化した固体樹脂の表面を自動的に覆うことは困難です。自動スクレーパーの助けを借りて、次の層は液面が水平になった後にのみ処理できます。これには、良好なレベリングと簡単な操作を確保するために、樹脂の粘度が低いことが必要です。現在、樹脂粘度は一般的に600CP・s（30℃）以下が求められています。

(2) 硬化収縮が少ない。液状樹脂分子間の距離はファンデルワールス力作用距離で、約0.3～0.5nmです。硬化後、分子は架橋し、ネットワーク構造を形成します。分子間の距離は共有結合距離に変換され、約 0.154 nm です。明らかに、硬化前後の分子間の距離は減少します。分子間の付加重合反応の 1 回の距離は、0.125 ~ 0.325 nm 短くする必要があります。化学変化の過程で C=C が CC に変化し、結合長がわずかに増加しますが、分子間相互作用距離の変化への寄与は非常に小さいです。したがって、硬化後の体積収縮は避けられません。同時に、硬化の前後で、無秩序から秩序へと、体積収縮も生じます。収縮は成形モデルにとって非常に不利であり、内部応力が発生し、モデル部品の変形、反り、割れを引き起こしやすく、部品の精度に深刻な影響を与えます。したがって、低収縮樹脂の開発は、現在SLA樹脂が直面している主な問題です。

(3) 硬化速度が速い。通常、成形時に1層ずつ硬化させるには、各層の厚さは0.1～0.2mmで、1つの部品を数百～数千層硬化させる必要があります。したがって、固形物を短時間で製造する場合、硬化速度は非常に重要です。レーザービームが点に照射される時間は、マイクロ秒からミリ秒の範囲にすぎません。これは、使用される光開始剤の励起状態の寿命とほぼ同じです。硬化速度が遅いと硬化効果に影響するだけでなく、成形機の稼働率にも直結するため、商業生産には向きません。

(4)小さな腫れ。モデル形成の過程で、一部の硬化したワークピースに液体樹脂が覆われ、硬化した部品に浸透して硬化した樹脂が膨張し、部品のサイズが大きくなる可能性があります。樹脂の膨潤が小さい場合にのみ、モデルの精度が保証されます。

(5) 光感度が高い。SLAは単色光を使用するため、感光性樹脂とレーザーの波長を一致させる必要があります。つまり、レーザーの波長を感光性樹脂の最大吸収波長にできるだけ近づける必要があります。同時に、部品の製造精度を向上させるために、レーザーが照射されたポイントでのみ硬化が起こるように、感光性樹脂の吸収波長範囲を狭くする必要があります。

(6) 硬化度が高い。硬化後の成形モデルの収縮を低減して、硬化後の変形を低減することができます。

(7) 湿潤強度が高い。湿潤強度が高いため、硬化後の変形、膨張、層間剥離がありません。