В наши дни становится всё популярнее 3D-печать фотополимерными материалами или, проще говоря, фотополимерная 3D-печать. В самом обычном 3д-принтере пластик в изначально твёрдом виде становится жидким под влиянием высокой температуры, выпускается под давлением на платформу по определённой схеме (3D-модели, созданной в специальной для этого программе), в процессе остывания пластик снова становится твёрдым. Технология фотополимерной печати совсем другая.
Фотополимер или светополимер — это особый материал, который меняет свои свойства под воздействием света. При этом чаще всего источником света служит именно ультрафиолет (природным источником ультрафиолетовых лучей, как мы все знаем ещё со школьной скамьи, является солнце и солнечный свет). В качестве модельного материала для фотополимерной 3D печати используются специальные фотополимеры — светочувствительные смолы.
Фотополимеризация — процесс изменения свойств материала под воздействием света (ультрафиолета).
Сфера применения фотополимерной печати. Применяется такая технология в разных сферах производства. Например, стоматологическое протезирование применяют технологию фотополимеризации. Также широко используется в типографии и 3d-печати, медицине, ювелирном производстве, машиностроении, медицине, автомобильная промышленность, печать сувениров и игрушек.
Технология фотополимерной 3D печати
Если объединить разные подвиды технологий фотополимерной 3D печати, их можно объединить по единому принципу работы. Жидкий фотополимер (светочувствительная смола), попадая под лучи ультрафиолетовой лампы или специальных лазерных установок, затвердевает. Для более лучшего затвердевания после печати напечатанную модель дополнительно помещают под ультрафиолетовую лампу под защитным для глаз специальным колпаком или просто на место, хорошо освещаемое солнечными лучами. Обычные 3d-принтеры (которые печатают пластиком) открытые, а 3d-принтеры для фотополимерной печати имеют специальную крышку в виде колпака, который благодаря специальному защитному прозрачному цветному корпусу будет защищать глаза человека от негативного воздействия ультрафиолетовых лучей, фильтруя уф-излучения, а также не пропускать внутрь ультрафиолет чтоб не затвердевала смола в ванночке.
Фотополимерные напечатанные модели получаются прочными и гладкими, которые можно подвергать послепечатной обработке. Следует отметить главный недостаток этой технологии — высокую стоимость как самого оборудования, так и расходных материалов. Среди преимуществ главное — быстрое прототипирование, точность и прочность 3d-моделей.
Данная технология многократно превосходит другие типы печати по качеству — точность печати достигает 10 микрометров (1/100 миллиметра) что практически не реально для обычных FDM принтеров (печатающих пластиком). Но при этом конечно увеличивается время печати. Так и получается в 10 раз выше качество, но в 10 раз дольше печать. Правда, многие компании работают над составом фотополимеров для максимального сокращения времени экспозиции, чтобы он быстрее твердел, тем самым повышая скорость и соответственно понижая время печати.
Расходные материалы фотополимерной 3D печати
В качестве жидкого полимера может использоваться фотополимерная смола, которая заливается в жидком виде. Кстати, есть разные виды фотополимерных смол, которые могут существенно отличаться между собой по своим свойствам (могут быть гибкие варианты после обработки светом), характеристикам (например, матовые), цветам (разных цветов и даже прозрачные).
Следует обращать внимание на токсичность расходных материалов. Подбирать их нужно также по совместимости с определённым принтером. Нельзя такие модели мыть в посудомоечной машине, нагревать и использовать их в пищевой промышленности. Нельзя использовать фотополимерные напечатанные изделия в качестве посуды для еды.
Из-за чувствительности к свету + для защиты глаз людей фотополимерные 3D-принтеры имеют специальную конструкцию в виде прозрачного цветного колпака или корпуса, который фильтрует ультрафиолетовые излучения, защищая и глаза пользователей снаружи, и смолы внутри.
Есть смолы, которые не требуют именно ультрафиолетовую засветку, а затвердевают под действием обычного света, но такие смолы выше по стоимости. При этом удешевляют конструкцию самого принтера, позволяя организовать печать даже при помощи простого смартфона.
Принтеры фотополимерной 3D печати
Фотополимерные 3D-принтеры могут быть разных видов, в зависимости от способа использования фотополимеров и самого процесса фотополимеризации.
Лазерная стереолитография (сокращённо обозначается как SLA и STL от английского термина Stereolithography) — технология быстрого прототипирования. Первый запатентованный аппарат для стереолитографии Чака Халла датируется ещё 1986 годом. Технология лазерной стереолитографии относится к фотополимеризации, так как в качестве основы для создания чего-либо используются именно фотополимеры, при чём в жидком состоянии, которые под воздействием ультрафиолетового лазерного излучения переходят в твёрдое состояние только в том месте, куда был направлен лазер. Ультрафиолетовый лазер делает сечения на поверхности светочувствительной смолы (находится она в специальной ёмкости) в нужных местах, благодаря чему смола в этих местах затвердевает. Затем сверху наносится новый слой смолы и лазер снова делает сечения в нужных местах по схеме. И так по кругу.
Цифровая проекторная светодиодная проекция (DLP). В технологическом процессе используются цифровые светодиодные проекторы (DLP) вместо лазерных установок. Схема такая: платформа находится в ёмкости с жидкой смолой, после застывания первого слоя на платформе, она опускается глубже в смолу, прожектор засвечивает новый слой, смола твердеет и платформа снова идёт вниз. DLP — это не только светодиодный проектор, а вообще любой, при этом он может засвечивать или сверху как описано, или снизу, как при SLA, создавая матрицу слоя для отвержения смолы. Есть ещё более новая разработка — LCD принтер, где вместо проектора используется дисплей с высоким разрешением.
Для dlp-принтеров проекторы модифицируют, снимая с их линз ультрафиолетовые фильтры, чтобы они не приглушались, ибо при прямом назначении проектора они не нужны.
Многоструйная печать. MJM (Multi-Jet-Modeling). Разработка и патент данной технологии принадлежит компании 3D Systems. Технология многоструйной печати совмещает в одном процессе черты струйной трёхмерной печати (то есть, обычной 3D-печати пластиком) и проекторной цифровой стереолитографии. В качестве материала для модели используется фотополимерная смола. Цикл следующий: фотополимер подаётся в печатающую головку в расплавленном состоянии, через сопла подаётся на горизонтальную движущуюся платформу, формируя слой по 3D-схеме, затем платформа с готовым слоем отъезжает под ультрафиолетовую лампу, где слой под действием ультрафиолета затвердевает и после чего платформа возвращается под печатающую головку в исходное положение для печатания нового слоя.
3D-ручки являются самыми простыми печатными устройствами, которые могут использовать различные технологии 3д-печати, в том числе есть отдельные модели, использующие технологию фотополимеризации, то есть по факту они рисуют фотополимерными смолами. Например, может быть использована технология, по которой из отверстия выходит фотополимерная смола, окружённая светодиодными излучателями, благодаря которым смола из жидкого состояния переходит в твёрдое.
Смартфон 3D-принтер. Он отличается отсутствием каких либо специализированных лазерных установок или проекторов для засветки, потому что используется простой смартфон. Также всё управление принтера происходит путем связи смартфона с печатающей установкой по блютузу и не требует специализированных электронных плат, которые управляют принтером, а всё выполняется на приложении смартфона. При этом, конечно же, смартфон нельзя использовать по назначению, ибо это оборвет печать, которую продолжить потом будет невозможно и придётся начать её заново. Печать осуществляется при помощи специальных смол, которые затвердевают при обычном дневном свете. Такие принтеры имеют стоимость в районе 100-200 долларов. Только выходят дороже расходные материалы и их труднее достать.
