Принцип работы лазерной стереолитографии. Разбор преимуществ технологии и области применения.
Ключевые слова: технология быстрого прототипирования, 3D-печать, SLA-печать, фотополимер, печать прототипа, лазерная стереолитография, 3D-модель.
Технологии быстрого прототипирования позволяют сократить разработку новых изделий позволяя разрабатывать быстрее и экономичнее. Это может стать большим преимуществом для разработок в медицинских, авиакосмических отраслях, промышленных производств и в машиностроении.
Определения взяты с сайта Globaltek3D: «Лазерная стереолитография (SLA) — технология 3D-печати, основанная на послойном отверждении жидкого материала под действием луча лазера.
Фотополимер — это вещество, изменяющее свои свойства под воздействием ультрафиолетового света. В обычном состоянии фотополимер податливый, а при попадании под УФ-излучение электромагнитного диапазона приобретает прочность. Продолжительность облучения и длина волны рассчитывается в зависимости от конкретного материала, размеров объекта и условий окружающей среды». [1].
Принцип работы лазерной стереолиграфии: сетчатую платформу кладут в бак с жидким фотополимером. На сетчатой платформе будет происходить выращивание прототипа. Толщина слоя примерно 0.05–0.13 мм, она же является первой установочной глубиной сетчатой платформы. Затем начинает работать лазер, запекая те участки полимера, которые нужны для выращивания прототипа. После спекания первого слоя сетчатая платформа погружается на второй слой, шаг слоя равен толщине слоя — 0.05–0.13 мм. Затем по завершению печати прототип отправляется в ёмкость со специальной жидкостью для обработки от лишних заусенцев и отчистки. После идет окончательная обработка: облучение светом, это даст прототипу полное отвердевание. Точно так же, как и в «классической 3D-печати» по завершению работы принтера необходимо удалить поддержку печатаемой детали вручную [1].
Преимущества SLA-принтера заключается в помощи оперативно получить рабочий прототип, например с реального изделия или с компьютерной модели. Получается, что можно проводить математическое тестирование не только в CAD системах, которые это позволяют, а проверить прототип в живую. Это даст виденье недостатков нового продукта и шанс его исправить. Не требуются узкоспециализированные навыки и специальная оснастка, поэтому на создание готового прототипа как правило уходит от нескольких часов до суток, это может зависеть от точности печатаемой модели и от количества лазерных головок, которые могут работать одновременно. Стереолиграфическая 3D-печать непременно сокращает время на тестировании образцов [2].
SLA-принтер один из самых точных методов 3D-печати на сегодняшний день из аддитивных технологий. Толщина слоя может достигать 15 микрон, это меньше человеческого волоса. Этот метод применяют для изготовления прототипов стоматологических протезов и ювелирных изделий. Существуют как «домашние» принтеры, у которых область печатаемых прототипов достигает 150мм. Есть и промышленные установки, которые позволяют печатать крупногабаритные изделия и измеряются уже в метрах. Прототипы могут иметь разные механические свойства, например: имитация твердого термопластика или резины.
Недостаток стереолиграфии заключается в высокой стоимости расходных материалов. Стоит SLA-принтер от $10 000 до $500 000, а стоимость одного литра фотополимерной смолы примерно от $80 до $120. Благодаря высокому спросу на данную технологию на рынке уже появляются более бюджетные принтеры, компания Formlabs продаёт принтер FORM 1 по цене $2 400, так же компания FSL3D продаёт принтер Pegasus Touch за $3 500 [3].
На сейте Habr пишут, где уже применяют SLA-принтеры: «Научные исследования. Поскольку получить пластиковую модель практически любой сложности для любых целей можно в считанные часы, SLA-технология становится незаменимым помощником в различного рода научно-исследовательских изысканиях. Модели обладают достаточной прочностью, а также прозрачностью, поэтому имеется возможность визуализации газо- и гидродинамических потоков внутри моделей.
Медицина. В челюстно-лицевой хирургии и ортодонтии с появлением SLA сформировалось новое направление. Пациенту делают магниторезонансную томографию проблемного участка, из нее формируется компьютерная 3D-модель, а по ней выращивается реальная 3Д-модель костной ткани. Таким образом, доктор уже на следующий день имеет в своем распоряжении модель костей или зубов реального пациента.
Литье по выжигаемым моделям. При возникновении потребности в получении металлической детали, применяется следующая технология: SLA-модель заливается формовочной смесью, затем прокаливается при высоких температурах (до 1000 °С). При этом пластик полностью выгорает, а на его место в образовавшуюся форму под вакуумом заливается металл. После его застывания форма разрушается и деталь извлекается». [4].
Данный тип технологии аддитивного производства моделей, прототипов, и готовых деталей в наше время уже достаточно распространён в больших частных компаниях и государственных предприятиях. Преимущества в точности и скорости печати 3D-модели позволяют быть SLA-принтерам лучшими на сегодняшний день, где это необходимо. Конечно, лазерная стереолитография достаточно дорогая для малого и среднего бизнеса, а также для не больших научных учреждений, но, как и любая технология, со временем она станет более доступной. Когда SLA-печать будет доступна всем, можно будет использовать выращенные прототипы в качестве готовых изделий, поэтому это одна из прогрессивных аддитивных технологий на сегодняшний день.
Литература:
- SLA (лазерная стереолитография) — технология 3D-печати. — Текст: электронный // GLOBALTEK3D: [сайт]. — URL: https://3d.globatek.ru/3d_printing_technologies/sla (дата обращения: 17.11.2020).
- 7 преимуществ лазерной стереолитографии (SLA). — Текст: электронный //IQBTehnologes: [сайт]. — URL: https://blog.iqb.ru/sla-technology (дата обращения: 18.11.2020).
- Стереолитография (SLA). — Текст: электронный // 3DToday: [сайт]. — URL: https://3dtoday.ru/wiki/SLA_print (дата обращения: 18.11.2020).
- URANUS: первый работающий настольный SLA (стереолитографический) принтер. — Текст: электронный // Habr: [сайт]. — URL: https://habr.com/ru/company/neuronspace/blog/239057/ (дата обращения: 23.11.2020).
