Фотополимеризация: применение, этапы
и особенности методики

Фотополимеризация — одна из популярных технологий 3d печати, позволяющая получать качественные изделия. Давайте отправимся в небольшое путешествие по этой увлекательной теме, чтобы узнать особенности методики. Вы не потратите времени зря!

Так называется технология, при которой жидкий фотополимер засвечивается Уф-лазером или УФ-матрицей в зависимости от методики. Мы уже рассматривали FDM-печать, при которой изделие печатается наплавлением. При фотополимеризации же создание модели основано на отвердении. Есть три стадии фотополимеризации, благодаря которым и происходит этот процесс:

3d фотополимеризация широко используется в художественной печати для изготовления элементов настольных игр, миниатюр и т.п. В медицине 3d принтеры с этой техникой применяются для моделирования челюстей. Кстати, известные фотополимерные пломбы делают как раз по аналогичному способу, только пломбы формируются и отверждаются прямо на зубе.

Благодаря преимуществам, которые будут описаны ниже, 3d фотополимеризация применяется в самых разных областях: от изготовления обуви до авиакосмической промышленности.

Чтобы получить изделие путем этой технологии, необходимо соблюдать следующие этапы фотополимеризации:

1. В специальную ванночку с прозрачным дном залить фотополимер, твердеющий под воздействием ультрафиолета.

2. Опустить в ванночку рабочую поверхность, служащую основой для изделия.

3. Засветить области, которые должны затвердеть, с помощью УФ. В зависимости от методик здесь применяется УФ-лазер или другой способ (поговорим о нем позже).

4. После отвердения смолы рабочая деталь чуть поднимается, чтобы напечатать другой слой и т.д.

Здесь имеет значение конкретная методика 3d фотополимеризации, в зависимости от которой некоторые моменты отличаются.

Плюсы:

1. Большой выбор материалов для печати.
2. Изделия получаются идеально гладкими.
3. Прекрасные физико-механические свойства получаемых моделей.
4. Можно создавать геометрически сложные модели со множеством мелких элементов.
5. Отличные свойства принтов: они обеспечивают простоту постобработки, а именно шлифовки, окрашивания и т.п.

Многообразие свойств делает используемые материалы универсальными. Можно получать изделия разных цветов, жёсткие, эластичные, прозрачные, матовые, термостойкие и т.п.

Минусов у технологии немного. Отдельные недостатки есть у каждого материала, а в целом можно упомянуть только высокую стоимость материалов и самих принтеров.

Серьёзный недостаток систем на основе фотополимеризации — хрупкость (плохая ударопрочность) из-за формирования неоднородной полимерной сетки с высокой плотностью поперечных связей. Но многое зависит от конкретного материала.

Стоит отметить, что фотополимерные смолы перед реакцией всегда жидкие и состоят из трех компонентов:

1. Олигомеров, которые задают твердость и прочность после фотополимеризации.
2. Мономеров, которые являются загустителями и уменьшают вязкость.
3. Фотоинициаторов — связующего звена. Именно инициаторы фотополимеризации вступают в реакцию с олигомерами и мономерами под влиянием света.

Каждый тип инициаторов, которые также называются отвердителями, реагирует на конкретные волны. Здесь важны такие характеристики как интенсивность, длительность, длина волны. Поэтому не всегда смолы для оборудования SLA подходят для DLP.

Некоторые материалы, особенно с дешевыми отвердителями, нуждаются в дополнительной обработке после окончания печати. Поэтому важно покупать качественные фотополимеры.

Рассмотрим основные методики, о различии которых нужно знать каждому начинающему и тем более опытному 3D-моделлеру.

Это лазерная стереолитография, первая разработка в области фотополимерной печати. В SLA-оборудовании для отверждения фотополимера используются лазерные излучатели. Состоит оборудование из ванночки с материалом, которая «сидит» под рабочей платформой, а начинает двигаться за счет специальной детали. Ванночка может двигаться сама. На ней находятся лазерный излучатель и зеркальный механизм.

Этапы получения реакции фотополимеризации SLA:

1. Часто используется выравнивающий механизм, потому что материал может быть слишком густым.

2. Как только материал выравнен, идет его засвечивание. Для этого используется лазер. Под влиянием УФ-света смолы застывают, то есть происходит полимеризация.

3. Когда слой заканчивается вычерчиваться, платформа заходит в материал ещё на один слой и всё повторяется столько раз, сколько надо для создания целой модели.

Особенности методики:

1. Изготовление детали требует много времени.
2. SLA принтеры отличаются небольшими размерами построения.
3. Лазерные излучатели достаточно дорогие. Печать крупных объектов с помощью этой методики занимает очень много времени.

Как используется:

1. SLA печать рекомендуется использовать для реализации визуальных прототипов с гладкой поверхностью и мельчайшими элементами.

2. Лучше использовать методику для выпуска небольших изделий, которые отливаются под давлением.

Вот как работает SLA принтер:

Преимущества методики:

1. Возможность получать высокоточные детали со сложной геометрией.
2. Детали будут очень гладкие, поэтому их можно использовать для визуальных прототипов.
3. Можно использовать особенные материалы: эластичные, прозрачные и литьевые смолы.

Недостатки:

1. Хрупкость деталей, поэтому их не стоит использовать для функциональных прототипов.
2. Механические свойства и эстетичность деталей постепенно ухудшаются из-за влияния солнечного света.
3. Необходимость в поддержке и пост-обработке.

А вот краткая характеристика материалов для SLA, плюсы и минусы:

Это проекторная стереолитография. Появилась сравнительно недавно, но быстро обрела популярность. Слои засвечиваются цифровым проектором, который высвечивает шаблоны всего слоя. Этим и отличается данная методика от SLA, в которой прорисовка выполняется поступательно с помощью УФ-лазера.

Преимущества DLP методики:

1. Скорость печати за счет единовременной засветки всего слоя значительно выше.

2. Так как нет хрупких зеркальных систем, принтеры не такие чувствительные к механическому воздействию.

3. DLP-принтеры отличаются более высокой точностью печати: минимальная толщина слоя может быть 15 микрон.

4. Параметры проекции могут быть достаточно большими.

5. Возможна обратная печать. Для этого проектор нужно установить под кюветой. Сама платформа без погружения в материал постепенно поднимается. Благодаря этому нет необходимости использовать выравнивающий механизм.

А вот цена материалов оставляет желать лучшего.

Это многоструйная печать. Сразу отметим, что второе название методики — PolyJet. Разница в патентах: MJM — разработка компании 3D Systems, а PolyJet принадлежит компании Stratasys.

Изготовление моделей основано на напылении полимера линейными массивами, которые состоят из сопел. Полученный слой сразу же засвечивают УФ-лампы. Обычно два процесса осуществляются в одно время. Когда массив достиг конца камеры, материал, который был нанесен раньше, уже отвердел и готов для печати нового слоя.

Многоструйная печать применяется в областях, которые требуют изготовления очень точных прототипов и готовых изделий: ювелирка, стоматология, архитектурный дизайн и т.п.

Особенности:

1. Высокая скорость печати.

2. Можно создавать композитные конструкции из смол с разными свойствами. Значит, можно изготавливать изделия с легко устраняемыми опорами, использовать несколько цветов и т.п.

3. Высокая сложность конструкции, что увеличивает стоимость оборудования. В основном оно используется профессионально.

3d фотополимеризация — высокотехнологичная печать, позволяющая получать самые разные изделия. Не забывайте также о ещё более распространенной технологии — FDM.
Если вам нужна 3д печать высокого качества, обратитесь к нашим специалистам. Мы оперативно проконсультируем и предложим оптимальное решение задачи вашего бизнеса.