SLA 3D打印的后固化處理

3D打印原型固化中

后固化對打印工件的最終性能影響非常大，但在SLA打印中卻常常被忽略。后固化不是一刀切的過程。要為材料和尺寸都不同的工件確定合適的后固化時間是需要技巧和經驗的。對于一些工件，后固化極其關鍵，但是對于其他工件，后固化根本不重要。現在讓我們來詳細了解下SLA后固化背后的科學，并探討正確后固化的重要性。

后固化到底是什么？

在SLA打印過程中，激光照射到樹脂材料的某些區域進行固化。這一步驟完成后，整個工件就完成固化了，所以大家可能無法完全明白為什么還需要后固化這一過程。要回答這個問題，我們要先理解光敏樹脂的性質和從液態到固態的轉變原理。液態的樹脂是由大量游離單體和光引發劑混合而成。激光器將強烈的紫外光照射于這一混合物上，使其中的光引發劑發生反應，游離單體結合在一起，形成了聚合物。這是初級固化階段。固化的樹脂是交聯大分子聚合物，即其中的每一部分都與另一部分直接相聯。但是，打印完成后仍然有許多部分沒有達到預期的交聯程度，影響工件的拉伸強度和其他性質。使用紫外光進行后固化可以完成分子結合的過程，并確保達到最高的交聯程度。

從后固化的目的來看，太陽實際上也是個不錯的紫外光源。許多使用消費型SLA打印機的業余愛好者直接將打印后的工件在太陽光下曬一段時間，以完成后固化這一步驟。然而在更專業的領域中，標準操作是使用更加可控的紫外光固化爐。

為什么要進行后固化？

后固化不僅能增加工件強度，還能增加其穩固性。如果工件中仍有未反應的光引發劑和游離聚合物，那么即使是在打印完成后的很長一段時間，工件的狀態仍然有可能發生改變，尤其是在暴露于太陽光下的時候。這對于高精度的工件，如牙科中的植入物，是完全無法接受的。未噴漆的工件，如果后固化完成不夠好，在暴露于陽光之下時也可能發生顏色的變化。這是SLA樹脂材料普遍存在的問題，但是如果工件固化不良，那么這一問題會更加嚴重。

通常，后固化的主要目的是增加工件的抗張強度，去除表面粘性。一些打印的材料在后固化前可能會有些柔軟，成型較弱的部分可能會出現下陷，影響成品精度。

同時還有另一個安全問題，未固化的樹脂材料對人體是有毒的。未完全固化的工件在處理時可能會對裸露的肌膚造成刺激或其他反應，尤其是當處理員的手指先接觸了未完全固化的工件，再接觸嘴巴時。對工件進行后固化可以使得樹脂材料完全穩定，觸摸安全。

固化的化學過程

固化同時受到熱能和光能的影響。熱能增加了交聯聚合物網絡的能量，使得在分子水平上的移動更多。能量和移動性的提升使得反應基團之間的相聯和結合更加容易。

然而，紫外光是后固化階段的需要的主要因素。雖然設備的名字叫爐，但是實際上設備中的溫度一點也不高，僅僅比日曬床的溫度高一點。SLA打印中使用的樹脂是光敏材料，在光的照射下就會發生反應。如上所述，在打印的原始固化階段，交聯程度還未達到最高，需要進一步引發反應。在后固化中，工件暴露于紫外光下，其中的游離基與周圍的基團相聯，構成了聚合反應。

正確的光

但是，并不是說光線越多，固化就越快或是材料會更堅固。更重要的是選擇與構成工件的樹脂相對應的光的波長。光敏樹脂在某些波長的光線的照射下會發生反應，但如果采用不同波長的光線進行后固化，那么就無法達到最佳效果。這就是為什么專業的3D打印團隊要采用專業的后固化設備的原因之一。比如，ProtoFab的樹脂在波長為355nm的光線的照射下，能達到最佳固化效果。如果使用其他供應商的樹脂，那么波長也不同。比如，Formlab的樹脂在波長為405nm的光線的照射下，達到最佳固化效果。所以，如果您已經在使用ProtoFab供應的樹脂，那么就要使用ProtoFab的專業UV固化爐。使用其他類型的UV固化爐或者指甲油紫外燈可能會有一定程度的額外固化，但是無法達到材料的最大機械性能。

利用太陽或者其他非專業設備的另一個問題是固化不均勻。除非不斷旋轉工件，否則陽光在一面的照射會比另一面多，指甲油紫外燈也是一樣，因為它僅僅是從頂部投射光線。專業的固化爐通常有旋轉平臺或者UV燈泡，完全地圍繞工件，確保固化均勻。

哪些工件最需要后固化？

樹脂的種類和性能繁多，這對后固化也有影響。強度非常低或者柔韌性高的材料通常不需要后固化，或是只需要輕微的后固化。過度的后固化會降低材料的柔韌性，使其易脆。另一方面，強度或是硬度高的材料需要的后固化程度最高，才能有效提升材料的性能。

標準的SLA材料，如類ABS樹脂，是需要后固化的，但是后固化所需的時間不長。在ProtoFab，類ABS材料在我們的固化爐中的后固化時間通常是20分鐘左右，透明材料的后固化時間略短，大約是10-15分鐘。通常ProtoFab的材料全部都需要一定程度的后固化，只有在一些特殊情況下我們才選擇不進行后固化。

工件的尺寸也是決定后固化時長的一個重要因素。大型工件所需的后固化時間更長，小型工件的后固化只需花費幾分鐘的時間。這時候操作員的經驗就非常重要了。經驗豐富的技術員知道不同材料打印的不同尺寸的工件所需的后固化時長，確保所有打印工件的機械性能保持穩定一致。

提升強度和質量的簡便方法

良好的后固化能快速簡單地提高SLA工件的質量。即使工件的固化只是稍微有點未完全，也會出現一系列的問題，抗張強度也會比后固化良好的工件差得多。針對一些采用較柔軟柔韌的材料打印的工件，后固化要更加小心謹慎。但是對于大多數SLA材料，一定時間的后固化能顯著提高工件的抗張強度和質量。