В статье – основные сведения об окраске фотополимерных смол для 3D-печати методами SLA, DLP и mSLA, и об влиянии цвета на «точность», реактивность и механическую прочность смол.
Введение
Естественный цвет фотополимерных смол – белый, прозрачный. Но фотоинициаторы обычно окрашивают фотополимерную смолу в желтоватый цвет, интенсивность цвета зависит от фотоинициатора и его количества.
По различным причинам производители окрашивают смолы в различные цвета - маркетинг, увеличение точности, особенности технологии, и т.п.
Но можно выделить две основные причины для окрашивания:
- желание увеличить точность и резкость смолы – для этого смолу окрашивают в черный, красный, желтый или зеленый цвет.
- желание улучшить внешний вид или декоративные свойства смолы – для этого смолу окрашивают в какой-либо красивый цвет с точки зрения маркетологов.
Цвет смолы после окрашивания может быть прозрачным (транспарентным), полупрозрачным (молочным, полутранспарентным, семитранспарентным) и непрозрачным (глухим).
Тут следует отметить, что непрозрачные смолы – непрозрачны только в отраженном свете. Если посмотреть даже на толстостенную деталь «на просвет», то она будет достаточно заметно просвечивать.
Это надо помнить при печати корпусов приборов с подсветкой, а так же, и в других случаях.
Об этом подробно будет сказано ниже.
Цвет жидкого фотополимера, цвет только отпечатанной детали и цвет детали после дозасветке обычно отличаются. Отпечатанная деталь кажется менее прозрачной и цвет воспринимается более интенсивным. При дозасветке интенсивность цвета увеличивается и цвет может исказиться – выгореть, пожелтеть (позеленеть).
Об этом тоже будет подробно сказано ниже.
Пигменты и красители
Окрашивание производится пигментами и красителями.
Пигменты – твердые вещества, нерастворимые в фотополимере. Пигменты характеризируются степенью перетира (измеряется в мкм, для окраски фотополимеров для msla требуется степень перетира менее 1 мкм) и названием (например, «сурик железный»). Пигменты выпускаются либо в ви де колеровочных/пигментных паст либо в виде порошка. Исходная форма пигмента - порошок. Колеровочная паста - порошок пигмента, замешенный на какой-либо основе (вязкой жидкости). При использовании колеровочных паст основа пасты должна быть совместима с фотополимером.
Примечание: при печати слоем толще 25 мкм достаточно степени перетира менее 10 мкм, но все производители фотополмиеров используют перетир менее 1 мкм.
Пигменты и пигментные пасты могут не иметь названий, просто указание цвета, условный (бледно-розовый) или в соответствии с таблицей цветов Panton (например, «помидорка черри»), или в соответствии с номером RAL, или в соответствии со стандартом CYMK.
Пигментные пасты могут состоять не только из смеси пигментов, но и из пигментов и красителей.
Пигменты удерживаются в фотополимере за счет броуновского движения и могут оседать (как правило пигменты со степенью перетира менее 10 мкм практически не оседают), царапать пленку (абразивность характерна для окиси хрома, окисей и солей железа и фосфорисцентных пигментов, остальные пигменты малоабразивны или неабразивны). Пигменты обычно отличаются высокой светостойкостью ( некоторые пигменты могут выгорать при интенсивном освещении) и не мигрируют (за исключением сажи газовой).
Примечание: окись титана и шарообразный графит оседают вне зависимости от степени перетира. Абразивные пигменты обычно не используются для окрашивания фотополимеров, за исключением фосфорисцентного пигмента, который используется некоторыми фирмами в производстве светящихся в темноте фотополимеров.
В отличии от пигментов, красители – химические соединения, полностью растворимые в фотополимере. Красители не оседают, но могут мигрировать из фотополимера в лакокрасоный слой и соседние детали. Светостойкость красителей обычно ниже, чем у пигментов, но есть и светостойкие красители. В фотополимере хорошо растворяются любые анилиновые красители, и вообще любые спирто- и жирорастворимые красители.
Красители выпускаются в виде порошка или раствора. Красители так же имеют свои наименования, например, «метиленовый синий» или «судан IV». Красители могут и не иметь названий, а просто указание цвета, например, «анилиновый синий» или «ярко-зеленый».
У красителей есть две неприятных особенности – они могут выгорать, в том числе и при дозастветке отпечатанной детали, и они могут мигрировать.
Несколько примеров пигментных паст и красителей
Керамический и "керамический" наполнители
Отдельно остановлюсь на керамическом наполнителе. Он так же используется в двух случаях:
- для обеспечения декоративного эффекта.
- для увеличения твердости и износостойкости поверхности отпечатанного изделия.
- для производства керамических изделий.
Часто вместо керамического наполнителя для получения декоративного эффекта используется пластмассовая пудра – для имитации цвета обожжённой глины (терракоты).
Для обеспечения декоративного эффекта количество наполнителя в фотополимерной смоле выбирается минимальным, обеспечивающим необходимый декоративный эффект.
В случае производства керамики, используется максимально возможная концентрация наполнителя. В некоторых случаях получается суспензия, настолько вязкая, что она «Не течет», и её приходится нагревать и/или формировать слой ракелем.
Керамический наполнитель так же достаточно быстро оседает в фотополимерной смоле, иногда прямо в процессе длительной печати
Прозрачные и глухие цвета
Полностью прозрачные цвета в толстом слое или интенсивной окраски можно добиться только красителями.
Пигменты со степенью перетира менее 1 мкм позволяют получить прозрачные цвета в тонком слое или при неинтенсивной окраске, но в толстом слое или при интенсивном окрашивании получается молочный (полупрозрачный) цвет.
Чем больше степень перетира – тем менее прозрачный цвет при окрашивании.
Следует отметить, что большинство пигментов при окрашивании фотополимеров дают недостаточно «глухой» цвет – на просвет деталь кажется прозрачной.
Качественные глухие цвета дают только окись титана и железный сурик, а так же графит.
Особенно эта проблема вылезает на «черных» фотополимерах. Ни сажа газовая, ни нигрозин не дают «глухого» черного цвета, и деталь, отпечатанная из черного фотополимера, на просвет – достаточно прозрачная.
Для получения глухого черного цвета используется либо шарообразный графит, либо смесь из окиси титана (белый пигмент) и черного пигмента.
Так же это хорошо заметно на «белых» фотополимерах – большинство фотополимеров «белого цвета» в достаточной степени прозрачны, т.к. окись титана используется редко (она оседает вне зависимости от степени перетира), а остальные белые пигменты не дают достаточно глухого цвета, и недостаточно белые.
Влияние цвета на точность, реактивность фотополимера и прочность деталей
Как уже было сказано выше – окрашивание в черный, красный, желтый или зеленый цвета улучшают разрешающую способность фотополимера. Но у этого есть и оборотная сторона – эти цвета снижают реактивность фотополимера, что требует либо увеличение количества фотоинициатора, либо увеличение времени засветки слоя.
Окраска красителями в другие цвета не оказывает влияние ни на реактивность, ни на «точность» фотополимера.
С пигментами – не все так просто. Окраска белым или синим пигментом, снижает разрешающую способность фотополимера, увеличивая паразитную засветку по горизонтали.
Примечание: это не относится к сильнопигментированным фотополимерам. Сильнопигментированыне фотополимеры – Snow White, White ceramics и аналогичные имеют хорошую разрешающую способность и высокую точность, несмотря на белый цвет.
Цвет фотополимера обычно напрямую не влияет на прочность фотополимерной смолы. Пигменты перетира менее 1 мкм не ухудшают механических свойств. А пигменты перетира менее 10 мкм обычно не используются производителями смол.
Примечание: частички пигмента величиной 10…1 мкм образуют места концентрации напряжений и снижают прочность и эластичность готового изделия, это особенно заметно на гибких и высокопрочных смолах. На хрупких ухудшение механических свойств незаметно.
Окраска фотополимера сильно сказывается на постобработке – при отмывке красители и пигменты загрязняют отмывочную жидкость (обычно – изопропиловый спирт), при отмывке загрязненным спиртом деталей другого цвета возможно искажение цвета, что особо хорошо заметно на былых и желтых деталях.
Детали из сильно окрашенных фотополимеров требуют большее время на дозастветку, более склонны оставаться «сырыми» внутри.
Самостоятельное окрашивание смол
Как правило, палитра предлагаемых производителями цветов фотополимерных смол – избыточна для тех, кто печатает «техничку» или фигурки под последующую окраску, но недостаточна для тех, кто хочет иметь неокрашенные детали нужного цвета – нужного цвета всегда нету….
Для примера - некоторые фотополимеры заводской окраски
Единственный выход в этом случае – самостоятельное окрашивание смолы.
Так же самостоятельное окрашивание смолы может пригодится, если необходимо увеличить «резкость», «точность» и разрешающую способность смолы.
Для самостоятельного окрашивания продаются специальные пигменты в виде пигментной пасты стандарта CYMK, кроме них можно использовать различные «колхозные» средства – от пасты от шариковых ручек до пигментной пасты для колеровок. О том, чем можно самостоятельно окрасить смолу – в следующей статье.
Итого
Для практических целей достаточно знать следующее:
- красные, черные и зеленые фотополимеры точнее фотополимеров других цветов
- некоторые фотополимеры, обычно глухого белого цвета, склонны к выпадению в осадок пигмента (Snow White, Ash Grey, Deep Black, White ceramics). Такие фотополимеры необходимо тщательно перемешивать перед использованием, нельзя оставлять в ванне фотополимерного принтера, и, по возможности, не использовать для длительной печати (длительностью более 6-8 часов).
- детали из фотополимеров светлого цвета необходимо отмывать только в «свежем» отмывочном растворе (изопрапоноле) во избежание искажений цвета.
- детали из фотополимеров, окрашенных в темные цвета, в красный, черный, желтый или зеленый цвет необходимо дозасвечивать намного дольше деталей из фотополимеров других цветов.
- при дозасветке или эксплуатации в условиях солнечного света возможно «выцветание» красителей.
- цвет готовой детали может отличаться от цвета фотомолимерной смолы. Обычно детали имеют более яркую и темную окраску, чем смола, причем при дозасветки интенсивность окраски может увеличиться, или, наоборот – произойдет «выцветание» красителя.
- при необходимости цвет смола может быть окрашена самостоятельно – специальными пигментами, или «колхозными» средствами.
Предыдущая статья про окрашивание фотополимерных смол:
Следующая статья по теме: