Помогите подобрать пигмент для 3Д печать фотополимером

[Tim.Yoshi]

Добрый день.

Прошу вашей помощи, так как самому сложно в этом всем разобраться - сам то по образованию и призванию ИТ-шник)

 

Суть задачи. Нужен красящий пигмент со специфическими требованиями. В частности:

1) поглощение области спектра от 400 до 500 нм, в идеале еще шире (300-550 нм).

2) размер частиц (я так полагаю это дисперсность?) до 1-5 микрон. Меньше - лучше.

3) вес (плотность) - меньше лучше. Логика здесь вот в чем - чем легче он будет, тем меньше будет оседать в конечном составе. Плотность состава будет разной - в среднем от плотности воды, до густого кефира. Сам состав - жидкий метакриловый полимер (фотополимер).

 

и если с вышеизложенными пунктами все не так сложно вроде, можно пробовать железоокисные пигменты, коих пруд-пруди везде, то вот следующее требование весьма специфично:

4) пигмент должен разлагаться/испарятся, грубо говоря исчезать при температурах выше 200-300, ну или хотя бы 400-500 градусов. Ну ладно, максимум 600-700 градусов В общем не должно оставаться сухого остатка (пыли/сажи) после него.

 

Теперь поясную зачем мне нужны такие странные свойства.

Этот пигмент "Х" будет использоваться в 3Д печати. Точней в фотополимере для DLP/SLA 3D принтера B9Creator.

 

Немножко теории на этот счет - данный 3д принтер работает по принципу отвердевания слоя фотополимера светом от ДЛП проектора, одновременно засвечивая целый слой 3Д модели. Фотополимер, естественно при попадании света отвердевает. Да вот только нам не нужны слои в 10-20 мм, ибо 3Д печать требует высокого качества. Так вот нам нужно более - менее четко контролировать толщину отвердевания полимера, или другими словами - НАСКОЛЬКО ГЛУБОКО в смолу попадет свет. Да, я знаю что можно еще и контролировать это скоростью этой самой засветки, но это только в очень небольших пределах. Все решают пигменты. Так вот фотоинициаторы в нашем полимере настроены на синий свет, с частью верхнего УФ. где то от 300-350 и максимум около 400 нм. И дальше падение до зеленого (500 нм). Соответственно нужно заглушить эту часть света.

 

Окей, но при чем де здесь температура тогда спросите вы? А вот при чем - в подавляющем большинстве на этом 3д-принтере выращивают модели ювелиры (да, точности уже достаточно для таких тонких работ), для последующего "прямого литья". Ну то есть грубо говоря модель "упаковывают" в специальный гипс, далее в печь. Прожаривают это и на месте модели в гипсе остается полость, которую потом заливают жидким металлом - серебро, золото и т.д. Раньше обычно они использовали воск. Обычный модельный воск-парафин. Модели делали на фрезере из куска воска. Так вот этот воск полностью выгорает не оставляя остатка, сажи и вообще чего либо в гипсовой форме.

В данный момент уже есть то что сам по себе полимерный материал ведет себя подобно воску. Но вот пигменты которым его красим, вот они к сожалению ведут себя плохо, а точней просто остаются в опоке (гипсовой форме) после прокалки, и потом после литья детали получаются загрязненными. В общем никуда не годится. И если на совсем мелких деталях еще ладно - концентрация пигментов не столь высока оказывается, то на больших перстнях и т.д. уже ничего не выходит.

 

Хочу решить эту проблему использованием других пигментов, но пока не нашел ничего стоящего. Пробовал уже разведенные пигменты (красители) на глицериновой основе, на водной и жировой основе (все это есть в магазинчиках для мыловаров) - увы но мой полимер отторгает все эти основы и конечно ничего не смешивается. Потому перешел на пробы с сухими пигментами, они по крайней мере хоть смешиваются для начала). Строительные железноокисные слишком крупные, да и теоретически у них очень высокая температура разложения. Идеально почти по всем параметрам подошла сажа. И мелкая, и легкая (не оседает), и блокирует вообще весь спектр, и концентрация ее мизерная нужна, но к сожалению сажа есть сажа - главный враг прямого литья. Вся эта сажа остается в неизменном виде в гипсовой форме и полностью гробит весь процесс. Более менее понравились флуоресцентные пигменты (вроде голландские какие то) - там температура разложения что то около 200 градусов. Но их дисперсность на грани нормального - частицы бывают порядка 15 - 20 микрон. А у меня "кирпичики" из которых модель строится имеет размеры 50х50х25 микрон. Кроме того хоть они вроде и легкие, но они оседают просто невозможно - за один-два дня на дне емкости осадок, который только жестко механически нужно долго перемешивать. И еще ко всему их нужно раз в 10 больше чем то же сажи, для достижения того же эффекта. Еще очень хорошо работает (в смысле блокировки спектра и нужной для этого минимальной концентрации) диоксид титана и перламутровые пигменты (опять таки у них в составе тот же диоксид титана). Но опять то же - температура разложения еще выше чем у окиси железа, и оседание даже не за дни, а за считанные часы (процесс печати может занимать от 1 часа до 20) что уже создает проблемы непосредственно при печати.

 

Подскажите плиз в какую сторону копать, где их можно купить (я нахожусь в Киеве, Украина). Количества - для начала (для пробы) небольшие, порядка 10-100 грамм. Дальше, если все ок, буду брать по 100-300 грамм.

 

Вот еще несколько примеров моих работ, что мы уже успешно делаем на этом принтере с разными другими пигментами и смолами, если вдруг кому интересно.

 

 

Могу дать ссылку на свой сайт где еще больше фото и деталей касательно 3д печати, но не знаю позволят ли модераторы...

Изменено 5 Января, 2014 в 22:49 пользователем Tim.Yoshi

[foundryman]

Суть задачи. Нужен красящий пигмент со специфическими требованиями. В частности:

1) поглощение области спектра от 400 до 500 нм, в идеале еще шире (300-550 нм).

2) размер частиц (я так полагаю это дисперсность?) до 1-5 микрон. Меньше - лучше.

3) вес (плотность) - меньше лучше.

4) пигмент должен разлагаться/испарятся, грубо говоря исчезать при температурах выше 200-300, ну или хотя бы 400-500 градусов.

Забудьте про пигменты, Вам нужны органические красители. Органические пигменты тоже не подойдут, скорее всего.

[Tim.Yoshi]

Забудьте про пигменты, Вам нужны органические красители. Органические пигменты тоже не подойдут, скорее всего.

 

Ок, спасибо. Но не подскажите конкретней названия этих пигментов? Где их искать?

А почему органические пигменты не подойдут? И чем отличаются пигменты от красителей?

 

Спасибо.

[foundryman]

Ок, спасибо. Но не подскажите конкретней названия этих пигментов? Где их искать?

А почему органические пигменты не подойдут? И чем отличаются пигменты от красителей?

Неорганические пигменты термостойкие, иногда очень термостойкие, например, оксид хрома - Тпл выше 2000С. Органические пигменты тоже довольно термостойкие 500-600С.Их органическими пигментами за термостойкость и называют. Есть множество обычных органических красителей, это органические вещества с хромофорными группами, наверняка есть такие, которые разлагаются при 200С. Конкретно пока не могу сказать, смотреть надо.

[Tim.Yoshi]

Неорганические пигменты термостойкие, иногда очень термостойкие, например, оксид хрома - Тпл выше 2000С. Органические пигменты тоже довольно термостойкие 500-600С.Их органическими пигментами за термостойкость и называют. Есть множество обычных органических красителей, это органические вещества с хромофорными группами, наверняка есть такие, которые разлагаются при 200С. Конкретно пока не могу сказать, смотреть надо.

 

Спасибо за информацию. Я понял насчет неорганических/органических пигментов. Я имел ввиду насчет разницы между "пигментами" и "красителями". Вы сказали что мне не подойдут пигменты, а только красители. Я предполагаю, что пигменты это нечто, красящие субстанцию исключительно плавая (как это называется правильно - коллоидность? ) в ней, не растворяясь. А красители - изменяют цвет субстанции растворяясь в ней. Я правильно понял?

Получается изначально оба сухие? А как тогда подобрать нечто, мало того что соответствующее вышеприведенным критериям, так еще и растворимое в моем полимере?

 

Я тут поискал еще (весь день по гуглу прыгаю на тему органических пигментов/красителей) и нашел "банальный" (даже я помню по курсу химии в школе) метиловый оранжевый (и метиловый красный). Так вот у него как раз температура разложения около 300 градусов. И спектр поглощения вроде бы как раз "мой". Из той же оперы флуоресцин (или уранин). Там еще ниже температура разложения.

Подскажите будут ли они "работать" по нужным мне параметрам, или это совсем другое?

 

Напомню материал у меня - фотополимер. В MSDS написано - GENERIC NAME: Methacrylic Esters

[foundryman]

==Я предполагаю, что пигменты это нечто, красящие субстанцию исключительно плавая (как это называется правильно - коллоидность? ) в ней, не растворяясь. А красители - изменяют цвет субстанции растворяясь в ней. Я правильно понял?==

Это несколько упрощенно, но нормально для понимания.

==Получается изначально оба сухие? А как тогда подобрать нечто, мало того что соответствующее вышеприведенным критериям, так еще и растворимое в моем полимере?==

Да, изначально оба сухие. Только пигменты делают с определенным размером частиц (например, двуокись титана - около 0,3 мк), а красители могут быть и в виде довольно крупных кристаллов - все равно растворятся. Конечно, надо чтобы в фотополимере растворялось.

 

==Я тут поискал еще (весь день по гуглу прыгаю на тему органических пигментов/красителей) и нашел "банальный" (даже я помню по курсу химии в школе) метиловый оранжевый (и метиловый красный). Так вот у него как раз температура разложения около 300 градусов. И спектр поглощения вроде бы как раз "мой". Из той же оперы флуоресцин (или уранин). Там еще ниже температура разложения. Подскажите будут ли они "работать" по нужным мне параметрам, или это совсем другое? Напомню материал у меня - фотополимер. В MSDS написано - GENERIC NAME: Methacrylic Esters ==

 

Красителей масса, еще всем известный бриллиантовый зеленый есть. Все красители не особо термостойкие. Нужно подобрать растворимый в фотополимере и подходящий по спектру. Я тут подумал, если Вам сажа нравилась, то есть такой черный краситель - нигрозин, который бывает водорастворимый, спирторастворимый и жирорастворимый. Возможно, спирторастворимый или жирорастворимый Вам подойдет. Жир - это тоже "Ester".

[Tim.Yoshi]

О, интересно. Спасибо. Полезная информация. То есть я так понял что по умолчанию остальные красители/индикаторы ориентируются на водорастворимость, а спирто- и жиро растворимость это уже отдельно указывается? Да, нигрозин вроде должен подойти. Нужно в общем пробовать. После праздников буду искать хим. магазин)

[Desmod]

На мой взгляд, есть большая разница в решении вопроса в зависимости от того, что же происходит с полимером при выплавке - сгорает ли он или всё-таки выплавляется. Если выплавляется, то любой краситель, дающий истинный раствор в полимере, будет уходить вместе с ним. Если сгорает - то большинство органических красителей будут оставлять сажу, так как они коптят в силу своего химического строения. Может быть, попробовать удалить сажу, прокаливая в атмосфере чистого кислорода?

Попробую выдвинуть несколько идей:

1) не выплавлять модель, а растворять (скажем, в ацетоне, толуоле, горячем машинном масле) - и подбирать соответствующий полимер, тогда краситель подойдёт любой (возможно, Ваш полимер и так растворяется, или его растворимость в органике можно увеличить, добавив пластификатор или снизив молекулярную массу)

2) использовать летучие неорганические красители, в принципе не способные образовать сажу (иод - кипит при 184С, скорее всего, растворяется в жидком метакрилате; сера - легко плавится, кипит при 445С, в коллоидном виде с правильным стабилизатором должна дать устойчивую суспензию, но недостаточно окрашена)

3) органические красители, дающие истинные растворы в метакрилате, и легко возгоняющиеся (возможно, подойдут родамин, индиго)

4) использовать суспензию солей, хорошо растворимых в воде даже после прокаливания (поваренная соль, сода) или легко возгоняющихся (хлорид аммония), вымывать водой после выплавки модели

5) использовать мелкодисперсное серебро, вряд ли его остатки помешают при заливке металла (получить можно восстановлением из нитрата под действием альдегида при добавлении ПАВ или фотохимическим разложением тиосульфата)

6) использовать суспензии веществ, которые могут играть роль флюса при заливке

Изменено 11 Января, 2014 в 17:02 пользователем Desmod

[fenimus]

Битум, дисперсная сера,.

[Desmod]

Битум коптит очень даже, дисперсную серу я уже предложил