Bei den Materialien für den 3D-Druck sind die Harze ein besonderes Beispiel dafür. Während Filamente und Pulver auf thermoplastischen Materialien basieren, die durch Hitze (entweder durch Extrusion oder durch Sintern) geformt werden sollen, basieren Harze auf einer reaktiven flüssigen Mischung aus Oligomeren, Vernetzungsmitteln und Initiatoren.
Dieser Unterschied ist besonders wichtig, da Reize wie Licht, Temperatur und Sauerstoff die Polymerisationsreaktion auslösen und fördern können. Das bedeutet nicht nur, dass Harz besser konserviert werden muss als Filamente, sondern auch, dass es eine gewisse Haltbarkeit hat.
In Gegenwart von Licht beginnen die im Harz enthaltenen Oligomere, sich in einem als Polymerisation bezeichneten Prozess miteinander zu verbinden. Wenn genügend Oligomere miteinander verbunden sind, wird das Harz fest, aber bis es sich verfestigt, wird es zunehmend zähflüssiger.
Wirkung von Licht auf Harze
3D-Druckharze enthalten Fotoinitiatoren, d. h. Moleküle, die in Gegenwart von Licht die Polymerisationsreaktion auslösen und die Oligomere miteinander verbinden. Die verwendeten Initiatoren sind zwar besonders empfindlich für blaues und UV-Licht (405 nm, 385 nm und 365 nm), was aber nicht bedeutet, dass sie nicht auch durch andere Lichtarten aktiviert werden können, sie reagieren nur langsamer.
Um die Harze in bestmöglichem Zustand zu erhalten, sollten sie daher vor jeglicher Art von Licht geschützt werden. Es ist ratsam, das Harz aus der Schale zu entfernen, wenn nicht gedruckt wird, und es in dem vom Hersteller bereitgestellten Behälter aufzubewahren. Die meisten Harz-3D-Drucker enthalten eine gelbe oder rote Abdeckung, um das Innere vor blauem Licht zu schützen.
Bild 1: Behälter aus Harz. Quelle: FormLabs.
Dies ist zwar eine wirksame Lösung, um das Harz für kurze Zeit zu schützen, verhindert aber nicht den mittel- bis langfristigen Verfall. Einige Drucker verfügen über austauschbare Behälter mit Deckeln zur Aufbewahrung des Harzes. Diese Lösung ist jedoch nur zu empfehlen, wenn innerhalb kurzer Zeit ein neuer Druck erstellt werden soll.
Wärmewirkung
Obwohl die Temperatur keinen so großen Einfluss wie Licht hat und im Allgemeinen keine spontane Polymerisation auslöst, beeinflusst sie die Reaktivität. Im Allgemeinen wird die Polymerisationsreaktion durch hohe Temperaturen begünstigt, so dass sie schneller abläuft. Es ist ratsam, Harze immer bei Temperaturen unter 20 ºC zu lagern, wobei die optimale Temperatur zwischen 10 ºC und 15 ºC liegt.
Aus demselben Grund ist es immer ratsam, bei Temperaturen über 20 ºC zu drucken.
Einfluss von Feuchtigkeit auf Harze
Ein Aspekt, der bei der Arbeit mit Harzen normalerweise nicht berücksichtigt wird, ist der Einfluss der Luftfeuchtigkeit. Die ersten Acrylharze für den 3D-Druck wiesen eine geringe Hygroskopizität auf, so dass Feuchtigkeit kein Problem darstellte. Mit dem Aufkommen neuer technischer Harze, von denen einige eine höhere Wasseraufnahmefähigkeit haben, wie ABS oder Tough, ist es jedoch ratsam, diese Harze in Umgebungen mit geringer Luftfeuchtigkeit zu lagern.
Im Allgemeinen hat Feuchtigkeit in einem Harz keine sichtbaren Auswirkungen auf die Teile und ist in der Regel auch nicht die Ursache für Druckfehler, aber sie kann die endgültigen mechanischen Eigenschaften des Teils verändern.
Wiederherstellung des Harzes nach einem Abdruck
Während des Druckvorgangs zersetzt sich das Harz im Tank teilweise durch den Lichtaustritt und die von der Lichtquelle erzeugte Wärme. Dies führt in der Regel zu einem Anstieg der Viskosität des Harzes sowie zum Auftreten von festen Ablagerungen und Verunreinigungen.
Bild 2: Harzfilter. Quelle: Filament2Print.
Um das Harz zurückzugewinnen und seine Lebensdauer zu verlängern, sollte es nach jedem Druck gefiltert werden, um feste Rückstände und Verunreinigungen zu entfernen. Es ist auch ratsam, es vor dem nächsten Druck mit neuem Harz zu mischen, um seine Viskosität zu verringern und seine Reaktivität zu verbessern.
Harze mit Biokompatibilitätszertifikat
Harze mit einem Biokompatibilitätszertifikat erfordern eine besondere Konservierung, da neben einer guten Konservierung auch eine Kontamination mit anderen Harzen oder Verunreinigungen vermieden werden muss, um die Zertifizierung zu gewährleisten. Zu diesem Zweck müssen die folgenden Empfehlungen befolgt werden:
Es ist sehr wichtig, Harze in einer aseptischen Umgebung zu handhaben und immer Handschuhe und eine Maske zu tragen.
Es ist wichtig, dass für jedes Harz stets separate Behälter und Plattformen verwendet werden. Wenn dies nicht möglich ist, sollte der 3D-Drucker nur mit Materialien verwendet werden, die den gleichen Grad an Biokompatibilität aufweisen.
Wenn andere Zubehörteile oder Werkzeuge wie Filter oder Spatel verwendet werden, sollte ein solches für jeden Harztyp oder Einwegwerkzeug verwendet werden.
Bei der Filtration sollte die Verwendung von Filtern auf Faserbasis (Papier, Gewebe, PP usw.) wegen der Gefahr der Faserablösung und Verunreinigung stets vermieden werden. Idealerweise sollte ein Sieb aus rostfreiem Stahl oder ein Sieb mit mindestens 200 Maschen verwendet werden.
Verfallsdatum
Bei Harzen ist es üblich, ein Mindesthaltbarkeits- oder Verfallsdatum anzugeben. Dieses Datum ist ein Richtwert und bedeutet nicht, dass ein Harz nach diesem Datum nicht mehr verwendet werden kann, sondern es ist das Datum, bis zu dem der Hersteller den guten Zustand des Harzes garantieren kann, wenn der Behälter nicht geöffnet wurde.
Nach dem Öffnen des Harzbehälters ist dieses Datum nicht mehr wichtig, da seine Lebensdauer von der Verwendung und der richtigen Aufbewahrung abhängt.
