Фотополимерная 3D-печать: как работают LCD, DLP и SLA

3D печать · 01 сентября 2024

Принцип фотополимерной печати, её сильные и слабые стороны по сравнению с FFF, различия технологий LCD, DLP и SLA и области применения.

Принцип работы

Фотополимерной печатью называют группу аддитивных технологий — SLA, DLP и LCD, — в которых объект выращивается из жидкого пластика, твердеющего под ультрафиолетом. Такой пластик называется фотополимером, а в обиходе — «смолой»: он такой же вязкий и липкий.

Как и в FFF, модель строится послойно от платформы. Но устройство принтера другое: подвижная ось, как правило, одна — Z, а перемещения по X и Y заменяет управляемый свет. Платформа погружена в ванну со смолой и по ходу печати движется вверх или вниз в зависимости от конструкции. Рабочую зону закрывает прозрачный кожух, обычно жёлто-розовый: он защищает смолу от высыхания и пыли, позволяет наблюдать за процессом и не выпускает ультрафиолет наружу.

В чём выигрыш перед FFF

Мощность и время засветки подбирают так, чтобы свет проникал в смолу только на заданную глубину. В результате толщина слоя составляет порядка 35–50 микрон — многократно меньше, чем при печати прутком.

• Высокая детализация: мелкие элементы, недоступные FFF, и почти незаметные «ступеньки» слоёв.
• Нет шва: слой формируется сразу по всей площади.
• Время слоя не зависит от его площади — одна деталь и полностью заставленная платформа печатаются одинаково долго.
• Изделие получается практически монолитным и одинаково прочным во всех направлениях, без характерной для FFF разницы «вдоль» и «поперёк» слоёв.

Невысокая прочность раньше считалась слабым местом технологии, но сейчас выпускаются смолы, которые заявлены как сопоставимые по свойствам с PLA, ABS, а также TPU и нейлоном. Постепенно сокращается и время отверждения, то есть растёт скорость печати.

Недостатки и меры предосторожности

• Тонкие слои означают долгую печать даже небольших моделей.
• Смола требовательна к хранению: герметичная непрозрачная тара, температура 18–28 °C. Даже в хороших условиях она со временем деградирует — срок хранения в лучшем случае около года. При нарушении условий появляются кристаллы и пузыри, меняется текучесть.
• Материал токсичен при контакте с кожей, глазами и слизистыми, вредны и пары. Работают в перчатках и защитных очках, при хорошей вентиляции или со средствами защиты дыхания.
• Смола очень липкая и плохо удаляется с одежды и предметов.
• В среднем она в несколько раз дороже филамента, а экономия на качестве рискованна: неудачный материал может испортить многочасовую печать и сам принтер.
• Нужна постобработка: деталь и принтер отмывают от остатков смолы (обычно спиртом), затем изделие дополнительно засвечивают ультрафиолетом для набора окончательной прочности. Водорастворимые полимеры упрощают и удешевляют мойку, но не отменяют её.
• При моделировании избегают замкнутых полостей, из которых жидкий полимер не сможет вытечь.

Современные дорогие смолы почти не пахнут и заявляются как значительно менее вредные. Остатки, сливаемые из ванны, пропускают через фильтр, чтобы убрать твёрдые включения.

LCD

Технология, на которой построены почти все бытовые и недорогие профессиональные принтеры. Ультрафиолетовая подсветка проходит через ЖК-матрицу: экран пропускает свет там, где слой должен затвердеть, и перекрывает его в остальных местах. Точность определяется разрешением экрана. Не так давно нормой считались 854х480 точек, сейчас распространены 2К–4К, существуют модели 8К и выше. Принтеры недороги, компактны, просты в работе и обслуживании; к минусам относят паразитную засветку и довольно долгое время экспонирования слоя.

DLP

Технология известна с 1987 года. Источник света — проектор, засвечивающий весь слой сразу. Первоначально изображение формировали тысячи микрозеркал, что было сложно, дорого и ненадёжно; позднее слой стали проецировать как подготовленный программой кадр. DLP-принтеры выпускаются и сейчас. Они быстрее благодаря более мощному излучателю, но сложнее, дороже, крупнее и тяжелее, поэтому их вытесняют LCD-модели.

SLA

Самый старый способ, появившийся в середине 1980-х. Поверхность смолы выборочно засвечивает лазер, лучом которого управляют зеркала с гальванометрами по двум осям. Платформа здесь не поднимается, а опускается вглубь полимера, поэтому смолы нужно намного больше — полная ёмкость размером с область печати. После каждого слоя поверхность выравнивает специальный скребок — рекоутер. Такие машины на порядки сложнее, дороже и крупнее, требуют частого квалифицированного обслуживания и не подходят ни для дома, ни для малого бизнеса.

Где применяется

• Декоративные изделия: скульптуры, статуэтки, которые после обработки и окраски выглядят как ручная работа.
• Прототипирование: быстрое получение образца будущего серийного изделия, чтобы оценить вид и примерить по месту.
• Масштабное моделирование: точные миниатюры техники.
• Мастер-модели для литья в силикон, в том числе в ювелирном деле.
• Стоматология: модели зубов, коронок, мостов.

Круг задач ограничен размером рабочей области и свойствами материала, и оба этих параметра постепенно улучшаются. Фотополимерная печать дороже, дольше и сложнее FFF, требует аккуратности и большей квалификации, но взамен даёт несравнимо более точные и детализированные изделия.

← Все статьи