Photopolymères expliqués : fondamentaux et applications

Le terme photopolymère désigne une classe de résines photosensibles qui se solidifient lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette (UV). Lorsque la résine photopolymère liquide entre en contact avec une source de lumière UV — généralement une lampe, un laser ou un projecteur — les photoinitiateurs transforment cette énergie lumineuse en énergie chimique. Ensuite, les oligomères ou « liants » et les monomères se combinent, durcissent et forment des liaisons qui créent la structure polymère. Les photopolymères sont soit des thermoplastiques, qui fondent à haute température, soit des thermodurcissables, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être fondus ou remodelés une fois durcis par la chaleur.

Les photopolymères représentent la plus grande part du marché des matériaux de fabrication additive et ont une grande variété d'applications. Aujourd'hui, ils sont couramment utilisés pour des pièces de l'industrie dentaire, fréquemment dans le collage dentaire ou les revêtements protecteurs. Les adhésifs à base de résine photopolymère sont aussi largement utilisés pour fabriquer des cathéters, filtres médicaux, masques chirurgicaux, et même de l'électronique spéciale.

Voici un cours accéléré sur ce matériau populaire et son utilisation, plus les considérations clés pour les ingénieurs.

Procédés d'impression 3D par photopolymères

Les photopolymères sont compatibles avec plusieurs procédés de fabrication additive. Dans tous ces procédés, une résine est durcie par la lumière, puis une pièce ou un prototype complet est construit couche par couche jusqu'à achèvement. Les procédés d'impression 3D par photopolymères les plus populaires incluent :

Stéréolithographie (SLA)

La stéréolithographie (SLA) est le procédé d'impression 3D par photopolymère original. Pendant l'impression, un laser projette des faisceaux hautement concentrés de lumière ultraviolette sur la surface d'une cuve de résine photopolymère.

Le laser solidifie des couches individuelles de résine sur une plateforme jusqu'à l'achèvement de la pièce finale. Dans le cas de la SLA inversée, le projecteur est placé en bas et la plateforme monte jusqu'à la fin de l'impression. Les pièces réalisées par ce procédé offrent une finition de surface exceptionnelle, mais ne sont généralement pas aussi solides que celles faites par d'autres procédés comme la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM).

Synthèse par lumière numérique (DLS)

La Digital Light Synthesis (DLS)™ de Carbon®, anciennement connue sous le nom de Continuous Liquid Interface Production (CLIP), utilise un projecteur numérique pour construire les pièces. Ce procédé photochimique projette de la lumière UV à travers une fenêtre perméable à l'oxygène et transparente aux UV au fond de la cuve. La séquence d'images UV est projetée à travers la fenêtre dans la résine photopolymère, provoquant la solidification de la pièce et la montée de la plateforme de construction.

La DLS est un procédé d'impression continu et rapide grâce à ces améliorations. Cependant, la plupart des matériaux disponibles via la DLS sont à durcissement en deux parties, ce qui signifie qu'ils nécessitent une cuisson thermique après impression pour atteindre leur forme et propriétés finales. Cette seconde étape de cuisson permet au procédé d'impression d'être plus rapide et de produire des propriétés matérielles de haut grade avec une rigidité et une résistance exceptionnelles. Les ingénieurs se tournent vers la DLS pour créer de petites pièces isotropes aux excellentes propriétés mécaniques.

PolyJet

PolyJet n'utilise pas de cuve de résine photopolymère liquide pour construire les pièces, ce qui le distingue de la SLA et de la DLS. À la place, une couche de résine est pulvérisée sur une matrice de gel puis dissoute une fois le processus de fabrication terminé.

Les pièces faites avec ce procédé ne sont pas réputées pour leur résistance et sont très sensibles aux rayons UV. Heureusement, ce qu'elles manquent en résistance, elles le compensent en résolution. PolyJet est le procédé d'impression 3D de choix pour fabriquer des pièces esthétiquement plaisantes avec des finitions de surface inégalées.

Avantages et inconvénients de la résine photopolymère

Les photopolymères ont des applications dans une grande variété d'industries, mais ces applications sont généralement hautement spécialisées. Les résines photopolymères ne sont pas particulièrement solides ou durables comparées à des matériaux de moulage par injection haute résistance similaires, et elles sont sensibles au fluage sous charges lourdes prolongées. Cependant, les ingénieurs peuvent construire de petits prototypes haute résolution aux surfaces régulières et géométries complexes avec cette résine. Pour chaque application, les ingénieurs doivent comprendre les exigences spécifiques de leur application et si les matériaux disponibles sont adaptés.

Démarrez avec la résine photopolymère

Limites nonobstant, l'avenir des photopolymères semble prometteur. Divers types de photopolymères présentent déjà des propriétés chimiques et mécaniques uniques idéales pour une gamme de cas d'usage spécifiques. Et à mesure que la technologie progresse, les photopolymères sont appelés à évoluer, permettant aux fabricants et équipes produit de capitaliser sur les avantages du matériau sans sacrifier la durabilité ou la qualité de finition de surface.

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