ในระบบการผลิตสารเติมแต่งด้วยโฟโตโพลีเมอร์ วิธีการสังเคราะห์เรซิน 3 มิติจะกำหนดพฤติกรรมการบ่ม สมบัติทางกล และสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องโดยตรง เนื่องจากเป็นวัสดุโพลีเมอร์ที่มีปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบไวแสงเป็นกลไกหลัก กระบวนการเตรียมจึงไม่เพียงแต่เป็นปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโมโนเมอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการสร้างโครงสร้างโมเลกุลที่แม่นยำและการควบคุมประสิทธิภาพที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการใช้งานอีกด้วย ตั้งแต่หลักการสังเคราะห์ไปจนถึงการควบคุมกระบวนการ แต่ละขั้นตอนจะต้องพิจารณาประสิทธิภาพของปฏิกิริยา ความเสถียรของผลิตภัณฑ์ และความเข้ากันได้กับการใช้งานขั้นสุดท้าย ซึ่งทำให้เกิดเส้นทางการเตรียมการที่เป็นระบบ
แกนหลักของหลักการสังเคราะห์อยู่ที่การเกิดพอลิเมอไรเซชันของอนุมูลอิสระหรือประจุบวก เรซิน 3 มิติกระแสหลักใช้อะคริเลตโมโนเมอร์ ซึ่งทำให้เกิดการแข็งตัวอย่างรวดเร็วผ่านการเกิดพอลิเมอไรเซชันจากอนุมูลอิสระ สาระสำคัญของปฏิกิริยาคือตัวเร่งแสงจะสลายตัวภายใต้แสงความยาวคลื่นจำเพาะเพื่อสร้างอนุมูลอิสระ ซึ่งจะโจมตีพันธะคู่อะคริเลต เริ่มต้นการเติบโตของสายโซ่และ-การเชื่อมโยงข้าม และสุดท้ายก็ก่อให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ- สำหรับอีพอกซีเรซิน มักใช้โพลีเมอไรเซชันประจุบวก โปรตอนหรือกรดลิวอิสที่เกิดจากการสลายตัวของโฟโตอินิทิเอเตอร์จะกระตุ้นกลุ่มอีพอกซี ทำให้มีการหดตัวต่ำและการบ่มตัวลึก แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาค่อนข้างช้า การเลือกเส้นทางสังเคราะห์ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเป้าหมายเป็นหลัก: ระบบอะคริเลตเป็นที่ต้องการเนื่องจากมีความแข็งสูงและแห้งตัวเร็ว ระบบอีพ็อกซี่หรือโคพอลิเมอร์ไรเซชันกับอะคริเลตนิยมใช้เนื่องจากการหดตัวและทนความร้อนต่ำ โดยมีเป้าหมายเพื่อประสิทธิภาพที่สมดุล
การสร้างโมโนเมอร์และแกนหลักเรซินเป็นขั้นตอนแรกในการสังเคราะห์ เมทริกซ์เรซินที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ อีพอกซีอะคริเลต โพลียูรีเทนอะคริเลต และโพลีเอสเตอร์อะคริเลต ซึ่งการเตรียมมักจะผสมผสานการสังเคราะห์พรีโพลีเมอร์กับการดัดแปลงโมโนเมอร์ ตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์โพลียูรีเทนอะคริเลตโดยทั่วไปจะใช้ไอโซไซยาเนต (เช่น HDI และ TDI) และไฮดรอกซิล-ที่มีอะคริเลต (เช่น HEA และ HPA) เป็นวัตถุดิบ ก่อรูปพรีโพลีเมอร์ที่มีส่วนของยูรีเทนที่ยืดหยุ่นผ่านการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบขั้นตอน จากนั้นจึงแนะนำกลุ่มปลายอะคริเลตเพื่อให้ความไวแสง กระบวนการนี้ต้องมีการควบคุมอัตราส่วนโมลาร์ของไอโซไซยาเนตต่อหมู่ไฮดรอกซิลอย่างเข้มงวด อุณหภูมิของปฏิกิริยา (ปกติคือ 60 องศา ~80 องศา ) และบรรยากาศเฉื่อย (การป้องกันไนโตรเจน) เพื่อป้องกันปฏิกิริยาข้างเคียง เช่น การก่อตัวของพันธะยูเรียหรือเจล และเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายน้ำหนักโมเลกุลที่สม่ำเสมอ โพลีเอสเตอร์อะคริเลตผลิตโดยเอสเทอริฟายอิ้งโพลิออล (เช่น เอทิลีนไกลคอลและโพรพิลีนไกลคอล) กับกรดโพลีคาร์บอกซิลิก (เช่น พาทาลิกแอนไฮไดรด์และกรดอะดิปิก) เพื่อสร้างโพลีเอสเตอร์ ซึ่งจากนั้นทำปฏิกิริยากับสารเอสเทอริฟายอิ้งของอะคริเลต (เช่น กรดอะคริลิกและกรดเมทาคริลิก) เพื่อทำให้เกิดพันธะคู่ ความหนืดและความยืดหยุ่นสามารถปรับได้ตามอัตราส่วนแอลกอฮอล์-กรดและความยาวของสายโซ่
การแนะนำและการควบคุมตัวสร้างภาพเป็นขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์ จำเป็นต้องเติมสารเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงจากอนุมูลอิสระ (เช่น 1173, 819 และ TPO) ในขั้นตอนหลังของการสังเคราะห์เรซินหรือระหว่างการผสมสูตร ซึ่งทำได้โดยการผสมทางกายภาพ อย่างไรก็ตาม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องแน่ใจว่าความเข้ากันได้กับเมทริกซ์เรซิน-ความเข้ากันได้ที่ไม่ดีอาจนำไปสู่การแยกเฟสหรือการบ่มที่ไม่สม่ำเสมอ สำหรับความต้องการพิเศษ (เช่น การบ่มแบบลึกและมีกลิ่นน้อย) ตัวสร้างปฏิกิริยาด้วยแสงสามารถกราฟต์ลงบนแกนเรซินเพื่อสร้างตัวสร้างตัวสร้างด้วยแสงโมเลกุลใหญ่ ซึ่งปรับปรุงความเข้ากันได้และลดการโยกย้าย ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงประจุบวก (เช่น เกลือไอโอโดเนียมและเกลือไทโอโดเนียม) จำเป็นต้องได้รับการออกแบบร่วมกัน-กับกลุ่มอีพอกซีในระหว่างการสังเคราะห์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระตุ้นกลุ่มอีพอกซีอย่างมีประสิทธิผลภายใต้การฉายรังสีด้วยแสง ขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงการหยุดทำงานก่อนเวลาอันควรอันเนื่องมาจากการทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนที่เป็นด่างในระบบ
การบูรณาการและหลัง-การปรับเปลี่ยนสารเติมแต่งเชิงฟังก์ชันทำให้เรซินมีคุณสมบัติที่หลากหลาย สารเติมแต่งที่เติมในขั้นตอนหลังของการสังเคราะห์หรือการทำสูตรรวมถึงสารปรับระดับ (เช่น ออร์กาโนซิลิโคนและฟลูออโรคาร์บอน), สารลดฟอง (เช่น ไซล็อกเซนดัดแปลงโพลีอีเทอร์-), สารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน (เช่น p-ไฮดรอกซีอะนิโซล) และสารดัดแปลงเชิงฟังก์ชัน (เช่น โมโนเมอร์ทนความร้อน-และอนุภาคที่ทำให้แข็งตัว) สำหรับเรซินที่ล้างได้ ความสามารถในการละลายน้ำต้องได้รับการปรับปรุงโดยผ่านโคพอลิเมอร์ไรเซชันของโมโนเมอร์ที่ชอบน้ำ (เช่น การแนะนำไฮดรอกซีเอทิล อะคริเลต) หรือการปรับเปลี่ยนกราฟต์ (เช่น การแนะนำเซกเมนต์โพลีเอทิลีนไกลคอลบนแกนหลักของเรซิน) สำหรับเรซินที่มีความยืดหยุ่น โมดูลัสจะลดลงโดยการเพิ่มสัดส่วนของหมู่อัลคิลสายยาว-หรือส่วนที่ยืดหยุ่น (เช่น โพลีบิวทาไดอีน) การปรับเปลี่ยนดังกล่าวจำเป็นต้องมีการควบคุมสภาวะของปฏิกิริยาอย่างแม่นยำในระหว่างการสังเคราะห์ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อโครงสร้างไวแสงดั้งเดิมหรือทำให้ความหนืดเคลื่อนตัวออกไป
จุดควบคุมหลักในกระบวนการสังเคราะห์มีความสำคัญตลอดทั้งกระบวนการ เกี่ยวกับการควบคุมอุณหภูมิ ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระเป็นแบบคายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ โดยต้องใช้ระบบทำความเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิปฏิกิริยาให้คงที่ (โดยทั่วไปจะไม่เกิน 90 องศา ) เพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันที่ระเบิดได้ บรรยากาศเฉื่อย (ไนโตรเจนหรืออาร์กอน) ช่วยลดผลการดับของออกซิเจนต่ออนุมูลอิสระ ช่วยเพิ่มอัตราการแปลง เวลาปฏิกิริยาต้องถูกกำหนดโดยอิงตามกิจกรรมของมอนอเมอร์และการติดตามอัตราการแปลง (เช่น การติดตาม FTIR ของการหายไปของจุดสูงสุดของพันธะคู่) เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพลีเมอไรเซชันน้อยเกินไปหรือการเกิดโพลีเมอร์มากเกินไป ขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ (เช่น การกลั่นสุญญากาศ การระเหยของฟิล์มบาง-) จะกำจัดโมโนเมอร์ที่ไม่ทำปฏิกิริยา สารตกค้างของตัวเร่งปฏิกิริยา และโอลิโกเมอร์ เพื่อให้มั่นใจถึงความบริสุทธิ์ของเรซินและความเสถียรในการเก็บรักษา
โดยรวมแล้ว วิธีการสังเคราะห์เรซิน 3 มิติเป็นการบูรณาการเชิงลึกระหว่างการออกแบบโมเลกุล วิศวกรรมปฏิกิริยา และการควบคุมประสิทธิภาพ โดยกรอบงานพื้นฐานถูกสร้างขึ้นโดยการเลือกกลไกการเกิดพอลิเมอไรเซชันและประเภทโมโนเมอร์ ความไวแสงและคุณสมบัติเชิงฟังก์ชันถูกนำมาใช้ผ่านการสังเคราะห์และการดัดแปลงพรีโพลีเมอร์ที่แม่นยำ และการปรับกระบวนการและการขยายการใช้งานทำได้โดยการบูรณาการสารเติมแต่ง ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีโฟโตพอลิเมอไรเซชัน วิธีการสังเคราะห์กำลังพัฒนาไปสู่การใช้พลังงานต่ำ ความสามารถในการควบคุมสูง และการทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (เช่น การทดแทนโมโนเมอร์ที่ใช้ชีวภาพ- และการสังเคราะห์ตัวทำละลาย-แบบไร้ตัวทำละลาย) ทำให้เกิดเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการเตรียม-เรซิน 3 มิติมัลติฟังก์ชั่นที่มีสมรรถนะสูง และส่งเสริมการพัฒนาการผลิตแบบเติมเนื้อที่ประณีตและสร้างสรรค์อย่างต่อเนื่อง
