У наші дні стає все популярнішим 3D-друк фотополімерними матеріалами або, простіше кажучи, фотополімерний 3D-друк. У самому звичайному 3д-принтері пластик в спочатку твердому вигляді стає рідким під впливом високої температури, випускається під тиском на платформу за певною схемою (3D-моделі, створеної в спеціальній для цього програмою), в процесі охолодження пластик знову стає твердим. Технологія фотополімерного друку зовсім інша.
Фотополімер або світлополімер — це особливий матеріал, який змінює свої властивості під впливом світла. При цьому найчастіше джерелом світла служить саме ультрафіолет (природнім джерелом ультрафіолетових променів, як ми всі знаємо ще зі шкільної лави, є сонце і сонячне світло). В якості модельного матеріалу для фотополімерного 3D друку використовуються спеціальні фотополімери — світлочутливі смоли.
Фотополімеризація — процес зміни властивостей матеріалу під впливом світла (ультрафіолету).
Сфера застосування фотополімерного друку. Застосовується така технологія в різних сферах виробництва. Наприклад, стоматологічне протезування застосовують технологію фотополімеризації. Також широко використовується в друкарні і 3d-друці, медицині, ювелірному виробництві, машинобудуванні, медицині, автомобільній промисловості, друк сувенірів та іграшок.
Технологія фотополімерного 3D друку
Якщо об'єднати різні підвиди технологій фотополімерною 3D друку, їх можна об'єднати за єдиним принципом роботи. Рідкий фотополімер (світлочутлива смола), потрапляючи під промені ультрафіолетової лампи або спеціальних лазерних установок, твердне. Для більш кращого затвердіння після друку надруковану модель додатково поміщають під ультрафіолетову лампу під захисним для очей спеціальнимковпаком або просто на місце, що добре освітлюється сонячними променями. Звичайні 3d-принтери (які друкують пластиком) відкриті, а 3d-принтери для фотополімерного друку мають спеціальну кришку у вигляді ковпака, який завдяки спеціальному захисному прозорому кольоровому корпусу буде захищати очі людини від негативного впливу ультрафіолетових променів, фільтруючи ультрафіолетове випромінювання, а також не пропускати всередину ультрафіолет щоб не затверділа смола у ванночці.
Фотополімерні надруковані моделі виходять міцними і гладкими, які можна піддавати післядрукарській обробці. Слід зазначити головний недолік цієї технології — високу вартість як самого обладнання, так і витратних матеріалів. Серед переваг головні — швидке прототипування, точність і міцність 3d-моделей.
Дана технологія багаторазово перевершує інші типи друку за якістю — точність друку досягає 10 мікрометрів (1/100 міліметра) що практично нереально для звичайних FDM принтерів (друкуючих пластиком). Але при цьому звичайно збільшується час друку. Так і виходить в 10 разів вище якість, але в 10 разів довше друк. Правда, багато компаній працюють над складом фотополімерів для максимального скорочення часу експозиції, щоб він швидше твердів, тим самим підвищуючи швидкість і відповідно знижуючи час друку.
Витратні матеріали фотополімерного 3D друку
В якості рідкого полімеру може використовуватися фотополімерна смола, яка заливається в рідкому вигляді. До речі, є різні види фотополімерних смол, які можуть істотно відрізнятися між собою за своїми властивостями (можуть бути гнучкі варіанти після обробки світлом), характеристиками (наприклад, матові), кольорами (різних кольорів і навіть прозорі).
Слід звертати увагу на токсичність витратних матеріалів. Підбирати їх потрібно також за сумісністю з певним принтером. Не можна такі моделі мити в посудомийній машині, нагрівати і використовувати їх в харчовій промисловості. Не можна використовувати фотополімерні надруковані вироби в якості посуду для їжі.
Через чутливість до світла + для захисту очей людей фотополімерні 3D-принтери мають спеціальну конструкцію у вигляді прозорого кольорового ковпака або корпусу, який фільтрує ультрафіолетові випромінювання, захищаючи і очі користувачів зовні, і смоли всередині.
Є смоли, які не вимагають саме ультрафіолетового засвічення, а тверднуть під дією звичайного світла, але такі смоли вище за вартістю. При цьому здешевлюють конструкцію самого принтера, дозволяючи організувати друк навіть за допомогою простого смартфона.
Принтери фотополімерного 3D друку
Фотополімерні 3D-принтери можуть бути різних видів, в залежності від способу використання фотополімерів і самого процесу фотополімеризації.
Стереолітографія (скорочено позначається як SLA і STL від англійського терміна Stereolithography) — технологія швидкого прототипування. Перший запатентований апарат для стереолітографії Чака Халла датується ще 1986 р. Технологія лазерної стереолітографії відноситься до фотополімеризації, тому що в якості основи для створення чого-небудь використовуються саме фотополімери, при чому в рідкому стані, які під впливом ультрафіолетового лазерного випромінювання переходять в твердий стан тільки в тому місці, куди був направлений лазер. Ультрафіолетовий лазер робить проходить на поверхні світлочутливої смоли (знаходиться вона в спеціальній ємності) в потрібних місцях, завдяки чому смола в цих місцях твердне. Потім зверху наноситься новий шар смоли і лазер знову робить прохід в потрібних місцях за схемою. І так по колу..
Цифрова проекторна світлодіодна проекція (DLP). У технологічному процесі використовуються цифрові світлодіодні проектори (DLP) замість лазерних установок. Схема така: платформа знаходиться в ємності з рідкою смолою, після застигання першого шару на платформі, вона опускається глибше в смолу, прожектор засвічує новий шар, смола твердне і платформа знову йде вниз. DLP — це не тільки світлодіодний проектор, а взагалі будь-який, при цьому він може засвічувати або зверху як описано, або знизу, як при SLA, створюючи матрицю шару для відкидання смоли. Є ще більш нова розробка — LCD принтер, де замість проектора використовується дисплей з високою роздільною здатністю.
Для dlp-принтерів проектори модифікують, знімаючи з їх лінз ультрафіолетові фільтри, щоб вони не приглушувались, бо при прямому призначенні проектора вони не потрібні.
Багатоструменевий друк. MJM (Multi-Jet-Modeling). Розробка і патент даної технології належить компанії 3D Systems. Технологія багатоструменевого друку поєднує в одному процесі риси струменевого тривимірного друку (тобто, звичайного 3D-друку пластиком) і проекторної цифрової стереолітографії. В якості матеріалу для моделі використовується фотополімерна смола. Цикл наступний: фотополімер подається в друкувальну голівку в розплавленому стані, через сопла подається на горизонтальну рухому платформу, формуючи шар за 3D-схемою, потім платформа з готовим шаром від'їжджає під ультрафіолетову лампу, де шар під дією ультрафіолету твердне і після чого платформа повертається під друкуючу головку у вихідне положення для друкування нового шару.
3D-ручки є найпростішими друкованими пристроями, які можуть використовувати різні типи технологій 3д-друку, в тому числі є окремі моделі, що використовують технологію фотополімеризації, тобто за фактом вони малюють фотополімерними смолами. Наприклад, може бути використана технологія, за якою з отвору виходить фотополімерна смола, оточена світлодіодними випромінювачами, завдяки яким смола з рідкого стану переходить в твердий.
Смартфон 3D-принтер. Він відрізняється відсутністю будь-яких спеціалізованих лазерних установок або проекторів для засвічення, тому що використовується простий смартфон. Також все управління принтера відбувається шляхом зв'язку смартфона з друкуючою установкою по блютузу і не вимагає спеціалізованих електронних плат, які керують принтером, а все виконується на додатку смартфона. При цьому, звичайно ж, смартфон не можна використовувати за призначенням, бо це обірве друк, який продовжити потім буде неможливо і доведеться почати його заново. Друк здійснюється за допомогою спеціальних смол, які тверднуть при звичайному денному світлі. Такі принтери мають вартість в районі 100-200 доларів. Тільки виходять дорожче витратні матеріали і їх важче дістати.
