A pesar de su creciente popularidad, todavía hay muchas áreas de la impresión 3D que plantean bastantes consultas. El más pertinente de estos es cómo mapear con precisión la forma en que los fotopolímeros se comportan a microescala durante el procesamiento. Por ejemplo, las propiedades mecánicas y de flujo durante el curado en la escala de un solo vóxel siguen siendo un misterio. Entonces, ahora, un Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) está aprovechando la microscopía de fuerza atómica para obtener información sobre la estructura y las propiedades de los fotopolímeros durante el procesamiento.
El equipo está particularmente buscando la técnica de fotorreología de resonancia acoplada a muestras (SCRPR) para arrojar luz sobre algunas propiedades importantes. Con esto, medirán los cambios de escala de vóxeles en tiempo real y potencialmente mejorarán DLP, SLA y otros procesos fotosensibles. Debido a cómo el software de corte construye piezas como capas delgadas, reconstruyéndolas en 3D antes de imprimirlas, las propiedades físicas del material pierden similitud con las de las piezas impresas en 3D. Como resultado, las condiciones de impresión, más que cualquier otra cosa, determinan las capacidades de las piezas.
Medición de las propiedades del material
La microscopía de fuerza atómica utiliza una sonda para medir los cambios en la resolución espacial submicrométrica y la resolución de tiempo submilisegundo. El proceso también utiliza un fotodiodo para detectar cambios en los patrones de luz. Durante la fotopolimerización, estos cambios se suman y cambian las propiedades del material a granel. Estos cambios pueden ser cosas como variaciones en la intensidad de la luz o la difusión de moléculas reactivas. La microscopía de fuerza atómica puede detectar cambios rápidos y diminutos en las superficies y los depósitos de resina. Los investigadores incluso adaptaron el dispositivo AFM comercial para usar un láser ultravioleta para iniciar la polimerización en o cerca del punto donde la sonda AFM entra en contacto con la muestra.
Aunque la investigación se centra en polímeros y resinas, también tiene aplicaciones en biogeles e hidrogeles. Después de todo, el método combina AFM con estereolitografía . El uso de luz para modelar materiales fotorreactivos que van desde hidrogeles hasta acrílicos reforzados le da un rango masivo en esas otras áreas también. Los investigadores están midiendo la frecuencia de resonancia (frecuencia de vibración máxima) y el factor de calidad (un indicador de disipación de energía) cuando se trata de la sonda AFM.
Una vez que compilen los datos, los investigadores aplicarán modelos matemáticos y los mapearán en cada etapa del proceso. Además, pueden extrapolar varias cualidades en relación con el proceso, como la rigidez o la humedad. Los investigadores realizaron las pruebas en dos materiales. El primero fue una película de polímero transformada por la luz de una goma en un vidrio. El segundo material fue una resina de impresión 3D comercial que solidificó en 12 milisegundos. El primer material confirmó que el poder y el tiempo de exposición eran complejos y requerían mediciones rápidas y de alta resolución. El segundo confirmó que los aumentos en la frecuencia de resonancia parecían indicar polimerización y aumento de la elasticidad de la resina.
Imagen destacada cortesía de NIST.
