Was ist ein Photopolymer?
Ein Photopolymer ist ein Material, das durch Lichteinwirkung eine chemische Reaktion durchläuft und dabei seine physikalischen Eigenschaften verändert. Im 3D-Druck bezeichnet der Begriff flüssige Kunstharze, die unter UV-Licht polymerisieren und zu festen Kunststoffen werden. Diese Materialien ermöglichen die additive Fertigung durch Vat-Photopolymerisation.
Chemischer Aufbau
Photopolymere für den 3D-Druck bestehen aus mehreren Komponenten. Monomere sind kleine, reaktive Moleküle, die die Bausteine des späteren Polymers bilden. Oligomere sind kurze Vorketten, die Eigenschaften wie Flexibilität oder Härte mitbestimmen. Fotoinitiatoren sind lichtempfindliche Moleküle, die bei UV-Bestrahlung die Polymerisationsreaktion starten.
Polymerisationsreaktion
Die Aushärtung von Photopolymeren folgt einem definierten Reaktionsablauf:
- UV-Licht trifft auf Fotoinitiator-Moleküle
- Fotoinitiatoren zerfallen in reaktive Radikale
- Radikale greifen Monomere an und starten Kettenreaktion
- Monomere verknüpfen sich zu langen Polymerketten
- Ketten vernetzen sich zu dreidimensionalem Netzwerk
- Material wird fest und behält seine Form
Wellenlängenabhängigkeit
Photopolymere reagieren auf spezifische Lichtwellenlängen. Die Fotoinitiatoren sind auf bestimmte Bereiche des UV-Spektrums abgestimmt. Desktop-Resin-Drucker verwenden meist 405 nm Licht, industrielle SLA-Systeme arbeiten mit 355 nm Lasern. Ein Harz muss zur Wellenlänge des Druckers passen, sonst erfolgt keine oder unvollständige Aushärtung.
Materialeigenschaften
Die Eigenschaften des ausgehärteten Photopolymers werden durch die Formulierung bestimmt. Die Monomerzusammensetzung beeinflusst Härte und Flexibilität. Oligomertypen steuern Zähigkeit und Elastizität. Additive verleihen spezifische Eigenschaften wie Farbe, Temperaturbeständigkeit oder biokompatible Oberflächen. Die Vielfalt der Formulierungen ermöglicht Harze für unterschiedlichste Anwendungen.
Sicherheitsaspekte
Flüssige Photopolymere sind vor der Aushärtung reaktive Chemikalien. Sie können Hautreizungen und Sensibilisierungen verursachen. Schutzausrüstung ist beim Umgang erforderlich. Nach vollständiger Polymerisation sind die Materialien inert und unbedenklich. Die Sicherheitsdatenblätter der Hersteller informieren über spezifische Gefahren und Schutzmaßnahmen.
