Она же 3D печать SLA, является не только одной из первых в мире, но и одной из самых точных методик аддитивного производства. В некотором роде она уникальна, ведь в ней в качестве расходного материала применяется жидкая . Суть технологии заключается в засветке фотополимера по определенному алгоритму (заданному программой-слайсером на основе 3D модели). Под воздействием лазерного излучения смола застывает, формируя готовый объект.

Как и в , 3D печать SLA параллельно с построением объекта требует построения поддерживающих структур при наличии в модели нависающих элементов. По сути, эта методика напоминает SLS 3D печать, но вместо порошка выступает жидкий фотополимер. В остальном это то же самое послойное воспроизведение изделий по заданным . Более подробно о том, как функционирует 3D печать SLA, мы расскажем ниже.

Особенности работы

Для того, чтобы понять, как происходит процесс 3Д печати, необходимо разобраться с тем, как устроен SLA . В этом вам поможет изображение, прикрепленное ниже, на котором изображена схема классического стереолитографического принтера. Мы говорим классического, потому что именно таковой является запатентованная технология SLA печати. Такая конструкция также применяется в для 3Д печати SLA. Что касается уже вошедших в употребление настольных SLA 3D принтеров, в них используется так называемая «3D печать SLA вверх-ногами». Что это значит?

Сперва опишем процесс печати на изображении выше. В нем лазер расположен сверху, а рабочая платформа постепенно опускается вниз. Итак, в емкость с фотополимером погружается сетчатая платформа, на глубину не более 0,05-0,13 мм (именно таковой является толщина слоя). После чего активируется лазер, оказывающий воздействие на определенные участки материала (заданные программой). Воздействие лазерного излучения вызывает затвердение первого слоя фотополимера. Далее платформа опускается еще на слой ниже, лазер снова активируется, продолжая формировать объект, и так до окончательного построения изделия.

Что касается процесса , применяемого в настольных , принцип абсолютно тот же. С той лишь разницей, что лазер расположен под емкостью с фотополимером, а при построении изделия платформа не опускается, а постепенно поднимается вверх. Общим для обоих вариантов является промывание изделия в специальных растворах по завершению 3Д печати, а также облучение готовой модели ультрафиолетовым светом. Первое нужно для окончательной очистки изделия от остатков фотополимера, а второе для полного отверждения изделия.

Отличия от DLP 3D печати

На основе SLA 3D печати разработано несколько других методик, одной из которых является DLP 3D печать. Ввиду обретения последней достаточной популярности, мы сочли целесообразным сказать несколько слов и о ней. Принципиальной разницы между этими методиками нет, но о некоторых отличиях следует упомянуть. Итак, чем же 3D печать SLA отличается от DLP 3D печати? Все очень просто: вместо лазера в DLP 3Д принтерах используется проектор, который засвечивает целый слой одновременно, а не постепенно, как лазер в стереолитографии.

Считается, что за счет этого DLP печать позволяет воспроизводить объекты немного быстрее. Однако эта разница не настолько велика, чтобы вытеснить стереолитографические принтеры с рынка 3D печати. Кроме того, в 3D-принтерах DLP применяются фотополимерные смолы с другой длиной волны засветки, а качество 3Д-печати на некоторых моделях уступает качеству печати SLA-принтеров. Но, повторимся, существенных различий между технологиями нет.

Применяемые материалы

Как мы писали выше, в 3D принтерах, работающих по технологии лазерной стереолитографии, применяются жидкие фотополимерные смолы, называемые еще фотополимерами. Это особые вещества, которые меняют свои свойства под воздействием света. Чаще всего активным излучением является ультрафиолетовое. Дантистам хорошо знаком термин «фотополимер», ведь аналогичные вещества широко применяются в стоматологической практике. По сути, это тот случай, когда одной вещи нашлось несколько различных применений.

Какие же фотополимеры использует 3D печать SLA? Разнообразнейшие. Даже на рынке настольных 3D принтеров сегодня можно найти и , и , и фотополимерные смолы всех цветов и оттенков. Конечно, ассортимент еще не настолько широк, как, к примеру, в FDM 3D печати, но именно 3D печать SLA и расходные материалы к ней находятся на втором месте по популярности среди пользователей.

Технология SLA

Стереолитография (SLA или SL) – технология аддитивного производства моделей, прототипов и готовых изделий из жидких фотополимерных смол. Отвердевание смолы происходит за счет облучения ультрафиолетовым лазером или другим схожим источником энергии.

История

Термин «стереолитография» был придуман в 1986 Чарльзом В. Халлом, запатентовавшим метод и аппарат для производства твердых физических объектов за счет последовательного наслоения фотополимерного материала. Патент Халла описывал применение ультрафиолетового лазера, проецируемого на поверхность емкости, заполненной жидким фотополимером. Облучение лазером ведет к затвердеванию материала в точках соприкосновения с лучом, что позволяет вычерчивать контуры заданной модели слой за слоем. В 1986 году Халл основал собственную компанию, для коммерческого продвижения новой технологии. На сегодняшний день является одним из мировых лидеров среди компаний-разработчиков и поставщиков технологий аддитивного производства.

Технология

Метод основан на облучении жидкой фотополимерной смолы лазером для создания твердых физических моделей. Построение модели производится слой за слоем. Каждый слой вычерчивается лазером согласно данным, заложенным в трехмерной цифровой модели. Облучение лазером приводит к полимеризации (т.е. затвердеванию) материала в точках соприкосновения с лучом.

Стереолитография позволяет создавать модели высокого разрешения

По завершении построения контура рабочая платформа погружается в бак с жидкой смолой на дистанцию, равную толщине одного слоя – как правило, от 0,05мм до 0,15мм. После выравнивания поверхности жидкого материала начинается процесс построения следующего слоя. Цикл повторяется до построения полной модели. После завершения постройки, изделия промываются для удаления остаточного материала и, при необходимости, подвергаются обработке в ультрафиолетовой печи до полного затвердевания фотополимера.

Стереолитография требует использования поддерживающих структур для построения навесных элементов модели, аналогично технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM) . Опоры предусматриваются в файле, содержащем цифровую модель, и выполняются из того же фотополимерного материала. По сути, опоры являются временными элементами конструкции, удаляемыми вручную после завершения процесса изготовления.

Преимущества и недостатки

Настольный стереолитографический принтер OWL Nano

Главным преимуществом стереолитографии можно считать высокую точность печати. Существующая технология позволяет наносить слои толщиной 15 микрон, что в несколько раз меньше толщины человеческого волоса. Точность изготовления достаточно высока для применения в производстве прототипов стоматологических протезов и ювелирных изделий. Скорость печати относительно высока, если учитывать высокое разрешение подобных устройств: время построения одной модели может составлять лишь нескольких часов, но в итоге зависит от размера модели и количества лазерных головок, используемых устройством одновременно. Относительно небольшие настольные устройства могут иметь область построения от 50 до 150мм в одном измерении. В то же время существуют промышленные установки, способные печатать крупногабаритные модели, где изделия измеряются уже в метрах. Готовые изделия могут обладать различными механическими свойствами в зависимости от заложенных характеристик фотополимера: существуют имитаторы твердых термопластиков, резины и других материалов.

Стереолитография позволяет создавать детали высокой сложности, но зачастую имеет высокую стоимость за счет относительно высокой цены расходных материалов. Один литр фотополимерной смолы может стоить от $80 до $120, в то время как стоимость устройств может варьироваться от $10 000 до $500 000. Высокая популярность технологии способствует разработке более доступных моделей, таких как от компании или от

Ч.Халлом, основатель фирмы «3D Systems», известен тем, что ввел термин «стереолитография». Эта технология дает возможность изготавливать максимально точные и сложные изделия, применяемые в SLA-материалы выгодно отличаются прочностью, влагостойкостью, прозрачностью, легкостью обработки, возможностью склеивания и покраски.

", "С помощью SLA можно строить изделия практически любых габаритов быстро и точно. Шаг построения определяет качество поверхности. Самые современные принтеры Project имеют высочайшую точность среди аналогов и выдерживают толщину слоя в пределах 0,025 - 0,05 мм. Данная технология позволяет SLA-принтерам создавать прочные изделия с гладкой поверхностью и отчетливой проработкой мельчайших деталей. Среди недостатков можно выделить низкую скорость изготовления.

Алгоритм создания 3Д-моделей принтером по технологии SLA:
1. Строительная платформа погружается в резервуар с жидким, чувствительным к свету фотополимером.
2. Над резервуаром расположен ультрафиолетовый лазерный луч, который вырисовывает на поверхности фотополимера контуры 1-го слоя изделия.
3. Ультрафиолетовый лазер заставляет фотополимер затвердевать в местах прохождения луча. После затвердевания фотополимер превращается в очень прочный пластик.
4. Потом происходит погружение строительной платформы в резервуар на глубину, равную толщине слоя, чтобы жидкий фотополимер снова покрыл верхнюю часть изготавливаемого изделия.
5. Лазер снова очерчивает на жидком фотополимере очередной слой изделия, происходит повтор процесса. И так - слой за слоем - формируется нужный объект.

Преимущества 3D принтеров на SLA-технологии определяются особенностями жидкого материала поддержки:

а) возможная деформация платформы не влияет на равномерность толщины слоя;

б) выступы, консоли на краях модели стабилизированы;

в) не допускается расслаивания в проблемных местах изделия;

г) извлекать изделие из резервуара просто.

SLA — технология трехмерной печати, при которой жидкий фотополимер под действием светового излучения лазера меняет свои физические свойства и твердеет, образуя твердую поверхность в точке проекции лазера.

В емкость с жидким фотополимером помещается сетчатая платформа, на ней будет происходить выращивание прототипа. Изначально платформа находится на такой глубине, чтобы ее покрывал тончайший слой полимера толщиной от 0.05 до 0.15мм — это и есть приблизительная толщина слоя в стереолитографии. Далее включается лазер, который воздействует 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 завершению построения объект погружают в ванну со специальными составами для удаления излишков и очистки. И, наконец, финальное облучение для окончательного отвердевания. Как и многие другие методы 3D прототипирования, SLA требует возведения поддерживающих структур, которые вручную удаляются по завершении строительства.

Необходимо понимать , что из-за выборочного отвердевания накладываются жесткие двусторонние ограничения на компоненты и технологию процесса. Например, чем гуще смола изначально, тем легче её перевести в полимерное состояние, но и тем хуже её гидромеханические качества. Чем мощнее введенный в смолу фотоинициатор, тем меньшее время нужно слабому лазеру для засветки, но и тем меньшее время жизни у всего объёма смолы, так как он подвержен фоновой засветке. Именно золотая середина в технологии и компонентах является “ноу-хау” каждого производителя лазерных стереолитографов. Устройство и принцип действия таких машин у всех производителей идентичны, в любой SLA-машине возможно применение любого расходного материала после соответствующей настройки.

Одно из преимуществ 3D печати методом SLA — высокая точность прототипов, глакость поверхности и скорость. Большие объекты строятся в течения дня, хотя отдельные модели с особо сложной геометрией могут выращиваться до нескольких дней. Большинство SLA-машин работают с объектами размером примерно 50x50x60см, но есть и исключения. Среди недостатков SLA обычно называют высокую стоимость как расходного материала — смолы (100-300$ за литр), так и самих машины (от 100.000$ до миллиона и выше).

• Изготовление моделей любой сложности(тонкостенные детали, мелкая детали)
• Легкая обработка изготовленной детали
• Высокая точность построения и высокое качество поверхности
• Широта применяемых материалов, в том числе для по выжигаемым моделям
• Свойства применяемых полимеров позволяют использовать выращенный прототип в качестве готового изделия
• Традиционно большие, по сравнению с 3D принтерами, размеры рабочей камеры
• Низкий процент расходного материала на поддержку
• Низкий уровень шума стериолитографов

Недостатки технологии SLA:

• Необходимость механически отделять стержневидную поддержку от созданных прототипов
• Необходимость в процессе окончательной UV засветки. Выращенную деталь необходимо промыть, после чего поместить в ультрафиолетовую камеру для окончательного отверждения.

Стереолитография или SLA (от Stereolithography) одна из наиболее известных и точных технологий 3Dпечати. Она была разработана одной из первых: Чарльз Холл в 1983 году получил авторский патент, а еще через два года основал компанию, которая сегодня является флагманом в мире 3D-технологий - 3DSystems.

Принцип работы SLA печати

Строительным материалом втехнологииSLAявляется фотополимерная смола, которая имеет свойство затвердевать под воздействием специального излучения. Для того чтобы начать процесс 3D-печати сначала необходимо компьютерную модель с помощью программного обеспечения «порезать» на тонкие горизонтальные слои, точная геометрическая форма коих будет сохранена в виде так называемого g-кода, который понятен для SLA3Dпринтера. Далее эти данные с компьютера отправляются на устройство прототипирования.

Традиционная конструкция 3Dпринтера, работающего по технологии SLA, приведена на рисунке выше. Первоначально камера построения (ванна) заполнена фотополимерным жидкимматериалом, а рабочая платформа находится в нескольких микронах от поверхности жидкости. При помощи подвижной системы линз и зеркал сфокусированный луч начинает перемещаться по поверхности платформы, описывая каждую линию будущего изделия, при этом фотополимер отвердевает. После завершения процесса рабочая платформа опускается, сверху по ней проходит разравниватель, который наносит вязкий фотополимер тонкойпленкойна поверхностьдетали и лазер обрисовывает очередной слой.

После окончания построения детали ее могут помещать в специальную жидкость для очистки. Также, как правило, в целях сокращения времени прототипирования при построении степень полимеризацию не доводят до 100 %, поэтому зачастую готовое изделие дополнительно помещают в камеру «дооблучения», где на него воздействуют более мощным световым потоком. Стоит отметить, что точность изготовления моделей может находиться на неимоверно высоком уровне, ведь толщина слоя в некоторых 3D-принтерах достигает 10 микрон!

Технологии на основе стереолитографии

Стереолитографию, как и другие перспективные технологии 3D печати, за 30 лет существования пытались всячески усовершенствовать. Сегодня скопилось неимоверное количество полных клонов и частичных двойников SLA технологии, такая картина связана с нежеланием использовать чужие патенты. Если же рассматривать существенные отличия, то стоит выделить, пожалуй, только одну технологию, использующей для засветки ультрафиолетовые DLP проекторы, которые проецируют на поверхность смолы не тонкий луч, а сразу все изображение слоя.

Совсем недавно изобретатели в компании Carbon3D, используя DLP 3D принтер,смогли достичь ранее невозможной для стереолитографии скорости печати, время построения уменьшилось от 20 до 100 крат! Свою технологию они назвали CLIP (Continuous Liquid Interface Production). Революционной оказалась идея проецирования изображений слоев не отдельными картинками, а анимацией (как мультик). При этом и платформа двигается не мелкими шагами с остановками, а непрерывно, синхронно с показом «мультика». На видео ниже можно посмотреть, как модель, на производство которой раньше ушли бы часы, сегодня выращивается за 6 минут.

Используемые материалы и сферы их применения

В стереолитографии для печати на 3Dпринтерах используются фотополимерные смолы. В связи с тем, что технология печати довольно сложная, а характеристики различных устройств прототипирования могут значительно отличаться очень часто для печати на принтере конкретной компании может использоваться только смола этого же производителя. Поэтому, выбирая SLA 3D принтер, нужно быть очень внимательным к перечню поддерживаемых материалов и их свойствам.

Среди всех характеристик различных материалов внимание нужно уделить следующим их свойствам:

• Прочность. Имеет множество направлений: изгиб, разрыв, твердость при нажатии.
• Степень усадки. Чем она больше, тем сильнее внутренние напряжения в готовой модели и тем более она подвержена разрушению при физическом воздействии в направлении слоев.
• Эластичность. Существуют материалы, неплохо имитирующие резину.
• Срок жизни. Фотополимерные свойства смолы подразумевают химическую реакцию под воздействием солнечного света. Некоторые SLA-смолы не живут дольше 1 года, другие же (особенно с наполнителями) могут служить намного дольше.
• Токсичность. При контакте с кожей некоторых смол как в жидком, так и в твердом виде может возникать небольшое раздражение.
• Время засветки. Одна из основных характеристик в стереолитографии, влияющих на возможность использования смолы на том или ином 3D-принтере.
• Спектр засветки. Есть SLA-смолы, хорошо реагирующие на обычный белый свет. Хранение их нужно производить исключительно в темном и прохладном месте.
• Образование гари при выжигании. Эта характеристика имеет значение при создании выжигаемых мастер-моделей в ювелирной и стоматологической сферах, в которых DLPи SLA 3D принтеры наиболее часто используются.

Небольшой обзор популярных моделей 3D-принтеров

На сегодняшний день уже несколько российских компаний успешно выпускают и продают собственные аппараты, работающие по технологии стереолитографии, одна из которых (Мастерская Чурюмова) даже поставляет их в виде конструктора «Сделай сам» (DIY-kit). Что касается многочисленных западных аналогов, то, во-первых, стоимость большинства из них исчисляется миллионами (например, ProJet 6000 HD стоит 23 041 000 руб.), а во-вторых, их практически нет в России. Ниже представлена таблица с основными характеристиками и ориентировочными ценами.