Технології фотополімерного 3D-друку: опис, переваги та недоліки

Говорячи про різні 3D-принтери і їх технології 3D-друку, розглянемо SLA, DLP, LCD. Кожен з цих скорочень позначає конкретну технологію фотополімеризації й не є взаємозамінним. Кожна технологія працює по-своєму, зі своїми особливостями й своїми плюсами й мінусами. Фотополімеризація - це метод, в якому використовується світло (видиме або ультрафіолетове) для створення хімічної реакції, в результаті якої рідкий матеріал, званий полімером, стає твердішим у результаті процесу затвердіння.
Стереолітографія - частіше звана SLA 3D-друком - є одним з найпопулярніших і поширених методів. Він працює з використанням потужного лазера для затвердіння рідкої смоли, яка міститься в резервуарі, щоб створити бажану тривимірну форму. Коротко кажучи, цей процес пошарово перетворює світлочутливу рідину в тривимірні тверді пластики з використанням лазера малої потужності й фотополімеризації.

Лазер направляється до відповідних координат керованим комп'ютером дзеркалом. Процес повторюється до тих пір, поки вся частина не буде завершена. Смола, що не реагувала з лазером, залишається у ванні й може бути використана повторно. Чим більше або складніше об'єкт для друку, тим більше часу буде потрібно лазеру для заповнення одного шару. Це дозволяє об'єктам досягти максимально можливої міцності й стати більш стабільними. Після завершення полімеризації матеріалу платформа підіймається з резервуара, і надлишок смоли зливається. В кінці процесу модель промивається і поміщається в УФ-піч для остаточного затвердіння.
Плюси:
• SLA є одним з найбільш точних методів 3D-друку на ринку.
• Прототипи можуть бути створені з дуже високою якістю, з дрібними деталями (тонкі стіни, гострі кути й т. д.) і складними геометричними формами. Товщина шару може складати всього 25 мкм, з мінімальними розмірами елементів від 50 до 250 мкм.
• Поверхні друку гладкі.
• Обсяги збирання можуть досягати 50х50х60 см.
Мінуси:
• Друк зазвичай займає багато часу.
• Круті схили й виступи вимагають опорних конструкцій в процесі будівництва. Такі деталі можуть потенційно зруйнуватися під час фаз друку або затвердіння.
• Вартість друку SLA порівняно висока (наприклад, машина, матеріали, лабораторне середовище).
Типовими 3D-принтерами для SLA друку є Form 2/3 (Formlabs), Peopoly Moai.

Подібний метод до SLA - Digital Light Processing (DLP). Це свого роду еволюція процесу SLA. На відміну від SLA, DLP використовує екран цифрового проєктора, щоб висвічувати одне зображення кожного шару по всій платформі з використанням мікродзеркал.

Оскільки проєктор являє собою цифровий екран, кожен шар буде складатися з квадратних пікселів. Таким чином, розподільна здатність принтера DLP відповідає розміру пікселя, тоді як з SLA це розмір лазерної плями.

Принцип роботи дзеркал в деякому роді нагадує цифровий код, що складається з нулів і одиниць. У цьому випадку 1 - це світло, відбите від дзеркала, і 0 - це світло, поглинене нагрівальним елементом. Комп'ютерна програма містить готову 3D-модель, згідно з якою світло потрапляє на необхідні ділянки витратного матеріалу. Таким чином, шари поступово формуються один за іншим. Найтонший шар має товщину 10 мкм, і це найкраща характеристика серед усіх наявних адитивних технологій.
Хоча це відносно молода технологія, вона вже показує відмінні результати. Наприклад, її можна порівняти зі стереолітографією з точки зору якості й точності виготовлених товарів. Проте, DLP значно вигідніша, оскільки вона буде коштувати набагато дешевше.
Технологія DLP має наступні основні переваги:
• Вища швидкість друку.
• Різні галузі застосування.
• Нижча вартість.
• Процес 3D-друку простіший завдяки засвітленні цілого шару.
Основними недоліками технології є:
• Зі збільшенням області друку зменшується точність.
• Проблеми з паразитним засвіченням.
Технологія найбільш широко використовується в прототипуванні, зазвичай застосовується інженерами й дизайнерами. DLP 3D-принтери зручні для виробництва різних моделей.
3D-принтерами для DLP друку є XYZ Nobel Superfine, Kudo3D Titan 2HR, Flash Forge Hunter.

Останнім часом ви можете знайти на ринку 3D-принтери з використанням LCD. У таких 3D-принтерах як джерело світла використовуються ультрафіолетові LCD-дисплеї. Якість друку на LCD-принтері залежить від його розподільної здатності. Чим більше пікселів, тим краще якість друку.
LCD-екран складається з крихітних пікселів, які, бувши активними або неактивними, створюють зображення шару нашого об'єкта, пропускаючи через нього ультрафіолетове світло чи ні.

Джерелом світла може бути поодинока матриця УФ-світлодіодів або складніша структура, що містить лінзи, які здатні точніше фокусувати світло, щоб точніше висвітлювати пікселі LCD-дисплея, збільшуючи розподільну здатність.
Перевага, яку поділяють і DLP, і LCD в порівнянні з SLA, полягає у швидкості збірки. Оскільки весь шар опрацьовується одночасно, а не в одній точці, дві технології зазвичай здатні виготовляти деталі швидше.
Переваги технології LCD:
• Проста у використанні.
• Набагато дешевша за інших технологій, не використовує лазерів і рухливих відбивачів.
• Робота обмежується тільки розміром і розподільною здатністю матриці.
Недоліки технології LCD:
• Проблеми з паразитним засвіченням
• Швидкість засвічення може бути нижче через слабке засвічення.
• Контур виробу не такий чіткий.
3D-принтери для LCD друку: Zortrax Inkspire, Anycubic Photon і Photocentric Liquid Crystal HR V2.

Хоча SLA є першим процесом, розробленим для швидкого прототипування, і найстарішим з основних методів 3D-друку, він все ще залишається привабливим рішенням для створення прототипів з високою точністю і довговічністю. Технології DLP і LCD, як правило, працюють швидше, ніж SLA, тому що вони проєктують один повний шар за раз. Незалежно від того, наскільки великий або складний об'єкт для друку, тільки його висота й обрана розподільна здатність Z будуть впливати на робочий час.