Что это такое стереолитография?

Это одна из технологий 3д-печати, т.е. воссоздания трехмерного объекта по компьютерной модели. Благодаря ей время, необходимое на превращение несложной конструкторской идеи в пластмассовую деталь, может составлять всего несколько часов. При этом точность и затраты на реализацию такого проекта имеют потрясающие соотношения цена—качество. Но обо всем по порядку.

История возникновения

Первое появление данной технологии датируется 1984 годом, когда американец Чарльз Халл представил опытный образец. Спустя два года он основал компанию 3D System, еще через два года был выпущен первый 3D SLA принтер. С тех пор и до наших дней они продолжают совершенствовать технологию лазерной стереолитографии. И если раньше она использовалась в основном для промышленного производства, а принтеры выглядели громоздко и стоили дорого, то сегодня вполне можно приобрести небольшое и не слишком дорогое устройство для домашнего использования.

Технология печати

Главное свойство, которое использует стереолитография – это послойное фотополимерное отвердевание жидкого олигомера под воздействием лазерного пучка. Суть этого процесса в соединении коротких мономерных молекул в длинные полимерные. Для наглядности этот процесс можно сравнить с застыванием эпоксидной смолы (олигомера) под действием отвердителя (реагента). В обычном состоянии она жидкая, но вступая в реакцию ее молекулы соединяются и застывают, превращаясь в твердый полимер.
Весь процесс 3D печати находится под контролем машины. Внутри принтера находится емкость с жидким веществом, содержащим фотоинициатор – реагент, который при контакте с лазером приводит к отвердению. В резервуаре на расстоянии 0,1-0,2 мм от поверхности жидкости расположена платформа, к которой впоследствии крепится изготавливаемая модель. Лазер проходит по контуру всех стенок заготовки, после чего она опускается еще на 0,2 мм и процесс повторяется.

Толщина лазера составляет 0,3 мм, это позволяет изготовить самые различные предметы с высокой точностью, а отвердевание только той части жидкости, на которую воздействует пучок, делает эту технологию достаточно экономной, что сказывается на конечной стоимости готовой модели. После окончания процесса модель извлекается из резервуара, очищается от незастывшего олигомерного вещества и помещается в камеру для окончательной полимеризации. Для сокращения времени изготовления детали облучаются лазером совсем недолго. Степень полимеризации в 20% придает им достаточную прочность для извлечения и очистки. В камере этот показатель доводят до 100%, облучая модель в течение 20 минут инициирующим светом. После окончательного затвердевания детали полируют, при необходимости красят.

Характеристики готовых изделий

Лазерная стереолитография позволяет создать достаточно прочные к внешнему воздействию предметы и в пределе может выдерживать нагрузку около 890 кг/см2. Однако они неоднородны по своим свойствам. Дело в том, при отвердевании полимера имеет место процесс усадки, который, в зависимости от используемого состава олигомера может составлять от одного до трех процентов. Поскольку изготовление деталей ведется «послойно», по направлению этих слоев создается внутреннее напряжение конструкции, которое очень чутко реагирует на изгибы и удары. К примеру, по этой причине плоские объекты лучше создавать «стоя на ребре», а не «лежа» и по возможности дополнительно проектировать ребра жесткости.
Что касается температурного воздействия, то стереолитография позволяет создать предметы, выдерживающие нагрев до 100 °C, после кипячения в течение 60 минут предел прочности по нагрузке падает до 290 кг/см2. При 500°C – полимер полностью теряет прочность и становится черным.

Стоимость изделий

Методы оценки стоимости изделий лазерной стереолитографии в России и в Европе несколько отличаются. Так в странах ЕС принять платить за время изготовления детали, а у нас – за её габариты. Дополнительно может взиматься плата за:

• 3D сканирование модели;
• правку уже готового 3D объекта (исправление ошибок, построение «подпорок», ребер жесткости);
• собственно изготовление;
• постобработку (удаление подпорок, шлифование, полировка);\
• сложность изготовления (разбитие на несколько частей, «выращивание» в положении, которое будет способствовать большей прочности, но займет больше времени и др.).

Средняя стоимость за «выращивание» изделия составляет 30 руб. за 1 см3. При наличии готовой 3D модели приблизительную стоимость можно посчитать в специальных программах.

Преимущества и недостатки лазерной стререолитографии

К достоинствам этой технологии можно отнести:

• высокую прочность «на нажим»;
• низкую стоимость и экономность процесса;
• практически полное отсутствие ограничений в геометрии изготовляемого объекта;
• несложный расчет времени изготовления;

К слабым сторонам стереолитографии относятся:

• усадка материала при отвердении, вследствие чего, низкая прочность «на изгиб» и удар;

Модели 3D SLA принтеров, присутствующие на рынке

SLA принтеры используются преимущественно в профессиональной и промышленной деятельности, хотя существуют и модели для домашнего использования. Стоимость недорогих моделей составляет от 150 000 руб. до 350 000 руб. Цена дорогих принтеров достигает 4 200 000 руб.
Сравнение характеристик различных моделей стереолитографических устройств смотрите в таблице ниже:

Итоги

Еще вчера технология под названием «лазерная стереолитография» звучала как какая-то абракадабра и, за исключением узкого круга специалистов, о ней никто не слышал. Сегодня интернет полон сайтов, предлагающих бесплатное 3D сканирование по предоставленным фотографиям, онлайн-редактирование своих трехмерных моделей, быстрый заказ и недорогое изготовление изделий любой сложности. Стереолитография уже активно используется в медицине, машиностроении, архитектуре и других областях человеческой деятельности. Завтра, вероятно, 3D принтер будет иметь каждый школьник и выполнять домашние задания по пространственному моделированию.

---