Лазерная стереолитография (сокр. SLA и STL от англ. Stereolithography) — одна из технологий быстрого прототипирования. Аппарат для стереолитографии впервые был запатентован Чаком Халлом в 1984 году.[1]
Основы технологии
правитьТехнология лазерной стереолитографии основана на фотоинициированной лазерным излучением или излучением ртутных ламп полимеризации фотополимеризующейся композиции (ФПК).
Данный метод отличается от других тем, что в нем используют в качестве «строительного материала» не порошки, а фотополимеры в жидком состоянии. В ёмкость с жидким фотополимером помещается сетчатая платформа (элеватор), на которой осуществляется "выращивание" прототипа.
С помощью этой технологии спроектированный на компьютере трёхмерный объект синтезируется из жидкой ФПК последовательными тонкими (0,05—0,2 мм)[2] слоями, формируемыми под действием лазерного излучения на подвижной платформе[3]. Как правило, процессор формирования горизонтальных сечений предварительно преобразовывает описание 3D-модели будущего объекта из формата STL-файла в совокупность послойных сечений с требуемым шагом по высоте, массив которых записывается в исполнительный файл с расширением SLI[3]. Данный файл представляет собой набор двумерных векторных данных, обеспечивающих последовательное управление ориентацией луча лазера посредством зеркал в процессе синтеза объекта, команды на включение лазера, перемещение платформы и т.д.[3]
Далее включается лазер, воздействующий на те участки полимера, которые соответствуют стенкам целевого объекта, вызывая их затвердевание. После этого вся платформа погружается чуть глубже, на величину, равную толщине слоя. Также в этот момент специальная щетка орошает участки, которые могли остаться сухими вследствие некоторого поверхностного натяжения жидкости. По завершении построения объект погружают в ванну со специальными составами для удаления излишков и очистки. И, наконец, финальное облучение мощным ультрафиолетовым светом для окончательного отвердевания. Как и многие другие методы 3D-прототипирования, SLA требует возведения поддерживающих структур, которые вручную удаляются по завершении строительства[3][4].
Лазерная стереолитография позволяет в кратчайшие сроки (от нескольких часов до нескольких дней) пройти путь от конструкторской или дизайнерской идеи до готовой модели детали[3][4].
Особенности
править- Из-за выборочного отвердевания на компоненты и технологию процесса накладываются жесткие двусторонние ограничения. Например, чем гуще смола изначально, тем легче её перевести в полимерное состояние, но и тем хуже её гидромеханические качества. Для чрезмерно жидкого полимера требуется больше времени на успокоение его поверхности после перемещения платформы.
- Чем мощнее введенный в смолу фотоинициатор, тем меньшее времени нужно слабому лазеру для засветки, но и тем меньшее время жизни у всего объёма смолы, так как он подвержен фоновой засветке.
Основным отличием производителей лазерных стереолитографов являются указанные выше характеристики, так как в целом, устройство и принцип действия таких машин идентичны. В любой SLA-машине возможно применение любого расходного материала после соответствующей настройки. Одно из преимуществ 3D-печати методом SLA — скорость, составляющая в среднем 4-7 мм/час по высоте модели (зависит от загрузки рабочей платформы и шага построения)[2]. Один из производителей оборудования для стереолитографии - компания 3D Systems (США), - предлагает машины с размерами камеры синтеза от 250х250х250 мм до 1500х750х500 мм [2]. Бельгийская компания «Materialise» создала аппарат, способный создавать объекты размером до двух метров.
Недостатки
править- Среди недостатков SLA обычно называют высокую стоимость как оборудования, так и расходного материала [2].
Области применения
править
- Создание конструкторских и дизайнерских прототипов, макетов различных изделий и сборок.
- Изготовление формообразующей оснастки при различных видах точного литья. Создание моделей для изготовления формообразующей оснастки из других материалов.
- Создание мастер-модели при изготовлении электродов для электроэрозионной обработки.
- Восстановление объектов по данным рентгеновской, акустической или ЯМР-томографии в медицине, криминалистике, археологии и др.
- Изготовление микрооптики из прозрачных пластических материалов, в том числе для видеокамер нано-БПЛА.[5]
См. также
правитьПримечания
править- ↑ Charles W. Hull. U.S. Patent "Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography" (англ.) (1984). Дата обращения: 20 июля 2017. Архивировано 12 января 2018 года.
- ↑ 1 2 3 4 Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. - Санкт-Петербург: Издательство политехнического университета. - 2013. – С. 87 - 96. – 222 с. - [1] Архивная копия от 14 августа 2017 на Wayback Machine
- ↑ 1 2 3 4 5 В.Слюсар. Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования. Журнал "Электроника: наука, технология, бизнес" - 2003. - № 5, с. 54 - 60. (2003). Дата обращения: 20 июля 2017. Архивировано 21 сентября 2018 года.
- ↑ 1 2 В.Слюсар. Фабрика в каждый дом. Вокруг света. – № 1 (2008). - Январь, 2008. (2008). Дата обращения: 20 июля 2017. Архивировано 28 августа 2017 года.
- ↑ Егоренко М.П., Ефремов В.С., Катков И.А. Перспективы применения технологии 3D печати в разработке оптических систем видеокамер нанодронов.// Интерэкспо Гео-Сибирь.- Новосибирск: Сибирский государственный университет геосистем и технологий. - Том 5, №2. - 2017. - C. 19-23. [2] Архивная копия от 30 мая 2019 на Wayback Machine
Литература
править- Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок — монография под ред. В. Я. Панченко, раздел «Лазерные технологии быстрого прототипирования и прямой фабрикации трехмерных объектов». - М.: Физматлит, 2009. - 664 с. - ISBN 978-5-9221-1023-5
Ссылки
править- Лазерная стереолитография // Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН
- Лазерная стереолитография: возможности и ограничения
- Область применения лазерной стереолитографии
В статье есть список источников, но не хватает сносок. |