Development of a resin heat management setup and procedure for a vat photo-polymerization 3D printer

Abstract

Vat photopolymerization (VP) 3D printers are used to an increasing extent in dental healthcare. However, separation forces reduce the efficiency and reproducibility of the process, which can be partially solved by heating resin used for the printing. Additionally, heating results in higher accuracy and faster printing process.

Despite the introduction of commercial printers utilizing heating, most of the used heating solutions heat resin slowly or ununiformly. This thesis develops a resin heating setup and procedure utilizing a five-step development process, and by prototyping and testing of alternatives. By comparing the result to the requirements decided, hot air was identified to be the best solution to effectively heat resin uniformly, resulting in clear enhancement of the printing process. Furthermore, it was identified that heating with red light could be further improved, which could result in a highly affordable heating method.

Allasvalokovetusta käytetään enenevissä määrin hammashoitoalalla. Irrotusvoimat tulostusprosessissa kuitenkin vähentävät prosessin tehokkuutta ja toistettavuutta. Irrotusvoimista johtuva haaste voidaan kuitenkin osittain ratkaista lämmittämällä tulostuksessa käytettävää resiiniä. Irrotusvoimien pienentämisen lisäksi lämmitys johtaa parempaan tarkkuuteen ja nopeampaan tulostusaikaan.

Monet kaupallisissa 3D-tulostimissa käytetyt lämmitysratkaisut ovat hitaita tai lämmittävät resiinin epätasaisesti. Tässä diplomityössä kehitetään resiinin lämmitysjärjestelmä ja -menetelmä hyödyntäen kehitysprosessissa niin sanottua viiden askeleen menetelmää, sekä rakentamalla ja testaamalla prototyyppejä. Päätettyihin vaatimuksiin pohjaten, kuumalla ilmalla lämmittämisen havaittiin olevan paras tapa nostaa resiinin lämpötila tehokkaasti ja tasaisesti halutulle tasolle. Punaisella valolla lämmittämistä voidaan kuitenkin kehittää edelleen, mikä voisi johtaa erittäin edulliseen lämmitystapaan.