فتوپلیمرها چه کاربردهایی دارند

فتوپلیمرها چه کاربردهایی دارند؟

یک فتوپلیمر و یا رزینی که با تابش نور فعال میشود، نوعی پلیمر است که با قرار گیری در معرض نور، به خصوص پرتوهای فرابنفش  و یا حوزه ی مرئی امواج الکترومغناطیس دچار دگرگونی و تغییر در ویژگی های خود میشود.

علم و فناوری فتوپلیمر امروزه بیش از 50 سال سن دارند. از زمان اختراعات اولیه در حوزه ی ایجاد پیوند های متقاطع با نور و بسپارش، بشر توانسته تا به دست اوردهای زیادی در صنایع مختلف دست پیدا کند که به دلیل به کارگیری فناوری های جدید بود. در واقع میتوان گفت که استفاده از فناوری فتوپلیمری باعث شده تا انقلابی در نحوه ی تولیدات محصولات در صنایع مختلف ایجاد شود. علاوه بر کاهش هزینه های تولید و ذخیره زمان و کار کمتر، فرایندهای تولیدی به طور کلی فواید بیشتری برای سلامت کارگران این حوزه ها و محیط زیست دارند.

در این مقاله به کاربردهای فتوپلیمر در صنایع مختلف می پردازیم:

صفحات و یا ورقه های پرینت

یک سیستم پرینت دارای چهار جز مستقل است: بخش انتقال دهنده ی جوهر، حامل تصویر، جوهر و کاغذ و یا سایر زیر مجموعه هایی که پیام را از سیستم به کاغذ منتقل میکنند. فرایندهایی که طی ان از صفحات فتوپلیمری برای حمل جوهر و انتقال ان به بخش های دیگر استفاده میشود، چاپ سنگی، چاپ با غلتک انعطاف پذیر، پرس نامه، کنده کاری نامیده میشوند. اگرچه اکثر صفحات چاپی همانند صفحات جامد حالتی مقاوم و جامد دارند، فتوپلیمرهای مایع هم برای ساخت صفحات پرس و چاپ با غلتک به کار برده میشوند.

صفحات کاربردی در چاپ سنگی نوعی صفحات پلانوگرافیک هستند که با نام افست نیز شناخته میشوند. چنین صفحاتی که از مواد فتوپلیمری ساخته شده اند، به طور ویژه ای با صفحات دیازو رقابت میکنند.

استریولیتوگرافی / پرینت سه بعدی / تولیدات افزاینده

استریولیتوگرافی نوعی فرایند تصویر سازی است که به صورت سه بعدی صورت می گیرد. نامهای دیگر این روش پرینت سه بعدی، تولید بصری، منسجم سازی تصویری، تولید ساختار ازاد جامد، تصویر سازی جامد، شکل سازی بصری، بسپارش استریک، تولید دسکتاپی، تولید افزاینده، مدلسازی اتوماتیک، ذوب پرتوی الکترون، ماده سازی بخش دیجیتال و سایر موارد میباشد. علاوه بر واژه ی پرینت سه بعدی، نام تولید افزاینده هم برای این فرایند بسیار استفاده میشود. تولید افزاینده از انجایی برای این روند پیشنهاد میشود که تولید به نوعی با حجم بالا صورت میگیرد و پرینت سه بعدی کنونی چنین معنایی ندارد.

فردی با نام  John Munz در سال 1956 فرایندی را معرفی کرد تا به کمک ان تولیدات سه بعدی را با استفاده از امولسیون های حساس به نور در یک ظرف بوجود اورد. این فرایند ثبت فتو-گلیف هم نامیده شد. در دهه های 50 و 60 کمپانی دو پونت با ساخت صفحات پرینت محکم با استفاده از فتوپلیمرها و قرار گیری انها در معرض نور فرابنفش، توانست حق اختراع انها را بدست اورد. پس از ان تعدادی از مخترعین سعی نمودند تا با به کار گیری فتوپلیمرها و لیزرهای فرابنفش به ساخت صفحات سخت بپردازند. اما فردی با نام Charles W. Hull توانست با تولید سیستم های سه بعدی، اختراع خود را در دهه 80 به شهرت رساند و واژه ی استریولیتوگرافی نیز توسط وی بوجود امد.

استریولیتوگرافی به معنای دستگاه و متدی است که برای ساخت اشیای جامد و سخت با پرینت مکرر لایه های نازک پخت پذیر انجام میگیرد. مانند ماده ای که به کمک اشعه فرابفش تغییر شکل میدهد و هر کدام بروی دیگری قرار دارد. در این اختراع، نور متمرکز شده فرابتفش بروی سطحی متمرکز میشود که از فتوپلیمرهای مایع پوشیده شده است. پرتو نور که  توسط کامپیوتر کنترل میشود، هر لایه ای از شی را بروی سطح مایع می اورد. هر زمانی که پرتو نور با سطح برخورد کند، فتوپلیمر بسپارش شده و یا پیوندهای متقاطعی را تشکیل میدهد و به حالت جامد تبدیل میشود.

در انواع  پیشرفته ی CAD/CAM/CAE، نرم افزار مدل کامپیوتر از جسم را تکه تکه کرده و به تعداد زیادی از لایه های نازک تبدیل میکند. سپس در این فرایند شی لایه به لایه و از پایین ترین لایه ساخته میشود.

انواع متفاوتی از فتوپلیمرهای مایع برای استریولیتوگرافی به کار برده میشوند. سیستم های اپوکسی محور و هیبرید ها در مقابل سیستمهای قدیمی تر اکریلیت ارجحیت دارند زیرا دارای مقاومت بالا تری بوده و دما را نیز بهتر تحمل میکنند، به مقدار کمی مایعات را جذب میکنند و درصد چروک خوردگی کمتری هم دارند.

اکریلاتهایی که با قرار گیری در معرض نور دچار تغییراتی میشوند، کمبود اکسیژن دارند. هیبریدهای پخته شده توسط بسپارش کاتیونی و رادیکال های ازاد هم در همین دسته قرار میگیرند. رزین های فتوپلیمری نیز وجود دارند که ویژگی های مشابه پلاستیکهای مهندسی مانند پلی کربنات و نایلون و سایر موارد را دارند.

علاوه بر نمونه سازی سریع، امروزه از پرینت سه بعدی برای تولید سریع نمونه های کوچک استفاده میشود. فرایندهای فتوپلیمر محور و غیر فتوپلیمر محور هر دو برای تولیدات کوتاه مدت به کار برده میشوند. افزایش تولید کنندگان پرینترهای سه بعدی باعث شده تا این دستگاه ها به طور شخصی و برای اساتید، هنرمندان، مصرف کنندگان و سایرین در دسترس قرار گیرند. مقدار تخمینی فروش پرینترهای شخصی و دسکتاپ در سال 2013، 800 هزار عدد  در دنیا میباشد که توسط گروه های یاد شده به منظور تصویر سازی، طراحی و چاپ ایده های یشان بروی دسکتاپ استفاده میشود.  علاوه بر ان حدود ده هزار پرینتر صنعتی برای ساخت نمونه های اولیه،  اجزای هواپیما و خودرو، قالب، بخش های کمکی در دستگاه های بهبود شنوایی و محصولات دندانی، پروتز بدن، جواهر و سایر مواردفروخته شده اند.

پرینت سه بعدی صنعتی پر رونق بوده و این رونق نیز همچنان در اینده  ادامه خواهد داشت.

فتورزیست ها و یا مواد مقاوم در برابر نور

فتورزیست ها موادی  حساس به نور هستند که پس از تصویر سازی نوری و فرایندهای متوالی، در برابر رفتارهای انواعی خاص از مواد شیمیایی در حوزه های مطلوب مقاومت میکنند.  این مواد دو نوع متفاوت دارند. یکی از انها نوع منفی بوده و در ان بخشی که در معرض نور قرار گرفته است، به دلیل ایجاد پیوند های متقاطع با بسپارش نوری خاصیت انحلال پذیری کمتری پیدا میکند و پس از طی مراحلی، ویژگی هایی را بروی پس زمینه بوجود میاورد.

به عناوین دیگر، فتورزیستهای مثبت با قرار گیری در معرض نور خاصیت انحلال پذیری بیشتری پیدا میکنند. این مواد به دو حالت مایع و فیلمهای خشک موجود میباشند. ممکن است انها حلال باشند و یا حالتی مایع پیدا کنند.

در گذشته از اسفالت به عنوان یک ماده فتورزیست و حساس در برابر نور استفاده میشد. پس از ان این ماده با  کلوئید های دو تایی جایگزین شد مانند ژلاتین، کازئین و سایر موارد. اولین فتورزیست  فتوپلیمر محور توسط Eastman Kodak در اواخر دهه 40 اختراع شد. فتورزیستهای منفی بر پایه ی فتوپلیمرهای ترکیبی، پلی ونیل سینامات در یک محلول حلال ساخته میشوند.

فتوپلیمرهای دارای پیوندهای متقاطع در حلالهایی مانند زیلین و کلرو هیدروکربن ها حل نمیشدند و انها  پس از اشعه فرابنفش به عنوان نوعی توسعه دهنده به کار برده می شدند. نیاز به تولید محصولاتی با حالت چسبندگی کمتر باعث شد تا رزیست های منفی بر اساس پلی ایزوپرین بوجود ایند که در ان پیوندهای حلقه ای بین مولکولها شکل گرفته است. این فتورزیستها نقش مهمی در رشد فوق العاده ی مدارهای پرینت شده و پس از ان مدارهای مجتمع به کارگرفته شده در نیمه رساناها داشتند.

نگرانی در خصوص الودگی، منجر به توسعه ی فیلمهای خشک فتورزیستی شد که با کمک فعالیتهای شرکت دو پونت بروی صفحات فتوپلیمری پرینت بوجود امده بودند. فیلمهای خشک فتورزیستی حالتی شبیه ساندویچی دارند که در دو طرف فیلم پلی اتیلن و پلی استر را داشته و در وسط نیز لایه های فتوپلیمر قرار دارند. ابتدا انواع فیلمهای خشک حالتی حلال داشتند ولی پس از ان فیلم رزیستهای فراوری شده  آبی هم اضافه شدند و امروزه به طور گسترده ای در تولید بورد مدارهای پرینت شده به کار برده میشوند. ساختار پایه ی  انها نیز شیمی اکریلیک است. در تصویر سازی ثانویه در برد های مدارهای پرینت شده،  از محصولاتی استفاده شد که با قرار گیری در معرض نور قابلیت ایجاد تصویر را دارند و بر پایه ی  کلسون اپوکسی یا اپوکسی نووالاک اکریلیزه شده ساخته میشوند  و این محصولات به عنوان رزیستهای اتصالی به کاربرده شدند.از اپوکسی های کاتیونیک بسپارش شده در فیلمهای ضخیم رزیست استفاده میشود به خصوص برای تولید دستکاه های میکرو الکترومکانیکال. در دورانی  انواعی از محصولات  توسط فتورزیستها و با قرار گیری در معرض نور تولید می شدند مانند سیلندرهای حکاکی و یا صفحات دوار کاربردی در پرینت، فریمهای سربی برای نیمه رساناهایی که مواد حلال را بوجود می اوردند، حکاکی با نور و پلاکهای نام و سایر موارد. این نمونه ها بیشتر با متدهای الکترونیکی بوجود امده و یا با فرایندهای نوین جایگزین شده اند. اما فتورزیستها کاربری زیادی در بخش های شیمیایی ماشینی و شیشه های تزئینی و سایر موارد دارند. نیمه رساناهایی که از رزیستهای منفی در حجم بالا استفاده میکردند، امروزه به انواع مثبت فتورزیستها روی اوردند. فتورزیستهای مثبت نیز که با قرار گیری در معرض اشعه فرابنفش، از هم جدا میشوند، بر پایه ترکیبات دیازو و از فنولیک نووالاک رزین ها ساخته شده است. انواع جدیدتری از فتورزیستها که مقاومت خیلی بیشتری در برابر اشعه فرابنفش دارند، بر پایه ی ایزومر نووالاک ، پلی هیدروکسی استایرن و هم بسپارهای ان ساخته شده اند. فناوری فتورزیستهای مثبت بر پایه ی بسپارش نوری یا ایجاد پیوندهای متقاطع به کمک نور صورت نمیگیرد و به همین دلیل انها جزئی از محصولات فتوپلیمری شناخته نمیشوند.