3D-печать смолой - это общий термин для семейства технологий аддитивного производства, которые превращают жидкие фотополимеры слой за слоем в твёрдый объект.

Печать смолой не является официальным названием для всей группы, но, поскольку эти машины работают со смолами, это более простой способ описать их все. Кроме того, Вы можете встретить такие термины, как стереолитография или полимеризация в ванне.

Что определяет 3D-печать смолой?

  • используется принцип фотополимеризации для создания объектов;
  • печать в соответствии с кодом (или машина создаёт код прямо из загруженной цифровой модели);
  • в качестве материала используются УФ- или daylight смолы (фотополимеры);
  • материал хранится в ванне (чан/резервуар для смолы).

Фотополимеризация - это химическая реакция жидкого материала, которая меняет свои свойства под воздействием света (УФ, лазер и т.д.). Научный термин для таких жидкостей - фотополимеры или светоактивированные смолы, а в 3D-печати они просто называются смолами.

Существуют разные типы реакций фотополимеризации и их результаты, но используемый в 3D-печати затвердевает. Жидкая смола, по сути, становится твёрдой под воздействием соответсвующего волнового света. Источники света могут быть разными, например, лазеры, проекторы, ЖК-панели, что определяет тип технологии.

Как устроены принтеры печати смолой?

Как правило, 3D-принтеры смолой состоят из источника света, платформы (или рабочей пластины), на которой формируется объект, зеркал и резервуара для смолы. Другие инструменты и функции могут отличаться.

Как принтеры печати смолой формируют объект печати?

3D-принтеры смолой могут формировать объект как в обычном, так и в перевёрнутом виде, в зависимости от того, как компоненты расположены внутри машины и от того, опускается или поднимается платформа сборки. Перевёрнутая ориентация чаще встречается на настольных машинах, потому что с ними проще работать и производить без потери качества. Решающим фактором для перевернутых принтеров на полимерной основе является адгезия печати и поддерживающие конструкции, предотвращающие падение детали под действием силы тяжести.

3D-печать смолой

Как работает 3D-печать смолой?

  1. Резервуар для смолы заполняется смолой вручную или автоматически. Если специалист заполняет смолу вручную, им следует соблюдать осторожность, чтобы избежать контакта с кожей, поскольку некоторые смолы могут быть токсичными.
  2. TМашина опускается с рабочей платформы вниз (или поднимается), чтобы создать тонкий слой смолы, соприкасающийся с рабочей платформой.
  3. Источник света рисует узор на единственном слое смолы, заставляя его затвердеть.
  4. Платформа перемещается, чтобы пропустить неотверждённую (нетвёрдую) смолу и сформировать новый тонкий слой над пластиной.
  5. Если устройство оборудовано роликом, он будет проходить через строительную площадку, чтобы смола ложилась идеально.
  6. Шаги повторяются до тех пор, пока не будет сформирован весь объект. По завершении процесса объект удаляется из машины для последующей обработки.

Какие типы постобработки требуются для печати смолой?

По сравнению с другими методами 3D-печати, печать смолой - это технология, которая всегда требует постобработки. Основные шаги для только что напечатанного объекта:

  • Чистка - необходима для удаления неотверждённых остатков смолы с отпечатка. Для этого печатные изделия помещают в спирт, воду или, по крайней мере, оставляют сушиться на бумажных полотенцах.
  • УФ-отверждение - печатные изделия подвергаются воздействию солнечного света или УФ-лампы для лучшего закрепления и застывания. Во время печати каждый слой подвергается воздействию света всего несколько секунд, поэтому пост-отверждение является обязательным.
  • Удаление опор - это включает удаление всех поддерживающих структур с объекта. Для печати смолой требуется множество древовидных опор, чтобы удерживать объект и прикреплять его к рабочей пластине, чтобы предотвратить падение детали. Обычно эти опоры довольно легко снять, но это может оказаться трудоемким процессом, требующим осторожности, чтобы не вырезать слишком много из объёма объекта.

В дополнение к упомянутым этапам постобработки, печатные изделия из смолы могут проходить дополнительную постобработку, такую ​​как:

  • Шлифовка песком - для удаления меток с участков, где опоры касались объекта, и сглаживания поверхности или придания ей матовости. Это может быть выполнено с помощью инструментов для сухой шлифовки или мокрого шлифования. Последнее предполагает использование специальных жидкостей, полировальных средств или просто добавление воды в обычную шлифовальную бумагу. Мокрая шлифовка позволяет сделать печатное изделие более гладким.
  • Заделка выпускных отверстий - для удешевления фотополимеров модели могут быть полыми. Таким образом, у них будут выпускные/вентиляционные отверстия для выпуска смолы изнутри, что может быть не эстетично. Таким образом, наложение заплат - это этап постобработки, когда эти отверстия вручную закрываются смолой или другими материалами для улучшения структуры и внешнего вида.
  • Отделка - покрытие деталей специальными составами или покрытиями для усиления детали и скрытия недостатков. Как вариант, люди делают грунтовку, которая подготавливает поверхность к нанесению краски. Для некоторых смол покрытие важно для предотвращения чрезмерного отверждения и разрушения материала под воздействием ультрафиолета с течением времени.
  • Покраска - доступна в различных цветах и ​​вариантах.
  • Полировка - с помощью специальных составов поверхность становится более чистой и гладкой, особенно для того, чтобы вернуть прозрачность после шлифовки. Этот шаг имеет решающее значение для получения кристально чистого результата.

Вышеупомянутые процессы можно выполнять как вручную, так и с помощью специальных инструментов и приспособлений. Существуют моечные, поливочные и шлифовальные машины, от настольных полуавтоматических установок до промышленных комплексов под ключ.

 

Какие существуют материалы SLA?

Что представляет из себя материал SLA?

Смолы 3D-принтерысмолой отверждают жидкие фотополимеры (смолы). Эти смолы различаются по мономерам, олигомерам и фотоинициаторам в смеси. Поэтому они различаются по:

  • длине волны, необходимой для отверждения;
  • времени выдержки для затвердевания;
  • жёсткости и прочности;
  • максимально возможному разрешению;
  • биосовместимости;
  • химической и механической стойкости.

В результате смолы обычно не взаимозаменяемы, что означает, что смолы SLA не работают на принтерах DLP.

Некоторые марки смол разработаны с надстройками для различных нужд производства и прототипирования.

Распространённые типы УФ-смол в 3D-печати

  • Стандартная смола - обычно просто «смола». Это фотополимер общего типа, подходящий для большинства применений. Объекты, напечатанные из стандартной смолы, получаются твёрдыми и жёсткими с некоторой резиновой текстурой. Самой простой из стандартных смол является полупрозрачная оранжевая смола, поскольку она наиболее чувствительна к ультрафиолетовому излучению.

    Resin part by Harp Concepts

    Деталь из смолы от Harp Concepts

     

  • Смола, армированная стекловолокном - полимеры этого типа содержат добавки из стекла для повышения прочности. Печатные изделия получаются более жёсткими и прочными, устойчивыми к деформации и износу.
  • Износостойкая смола - это материал, предназначенный для деталей, подверженных механическим нагрузкам и износу. Обычно они обладают некоторой гибкостью в затвердевшей части. По сравнению с нефотополимерами, он очень похож на полипропилен (материал, используемый в жёстких канистрах).
  • Гибкая смола - затвердевает до «резиноподобного» материала и обеспечивает эластичность и гибкость. Она широко используется в изгибаемых прототипах, которые могут сохранять свою форму при деформациях.
  • Прочная смола - иногда описывается как «материал, похожий на АБС-пластик» за его свойства повышенной жёсткости. Она используется для изготовления жёстких деталей и прототипов, которые будут подвергаться нагрузкам без деформации. Печатные изделия не такие эластичные, как напечатанные из обычной смолы, но они могут хорошо сохранять свою структуру.

    Tough Resin

    Жёсткая смола от Harp Concepts

  • Смола для зубопротезных материалов - некоторые фотополимеры являются биосовместимыми и могут использоваться в медицинской промышленности для изготовления конечных продуктов и устройств, таких как ретейнеры. Они также устойчивы к износу и обеспечивают точность при формовании объекта.
  • Высокотемпературная смола - создана для прототипов и деталей, которые подвергаются воздействию высоких температур или даже прямого пламени от огня. В зависимости от производителя печатные изделия могут выдерживать температуру до 536 градусов по Фаренгейту (280 градусов по Цельсию).
  • Литьевая смола - материал для литейщиков и ювелиров. Помимо создания точных структур, этот диапазон смол можно использовать для создания мастер-моделей для литья по выплавляемым моделям, без образования золы и полного выгорания.
  • Смола для литья под давлением - тип смолы, который можно использовать при отливке оболочки для создания мягких деталей. Печатное изделие само по себе представляет собой пресс-форму, что сокращает время и затраты на процесс.
  • Керамическая смола - это фотополимер с керамическими добавками, созданный для имитации изделий из керамики при печати. Если объект сделан из такой смолы,то был бы на ощупь, выглядел и обладал свойствами настоящей керамической детали, сохраняя все геометрические возможности печати смолой.
  • Прозрачная смола - особый сорт смолы, позволяющий получить прозрачную поверхность без каких-либо оттенков. После достаточной полировки печатные изделия из прозрачной смолы могут достичь почти оптической прозрачности, чего труднее достичь с помощью так называемых «прозрачных» красок или других смол.
  • Смола с высокой детализацией - эти смолы имеют разные названия в зависимости от производителя. Однако ключевым фактором является то, что улучшенная формула и цвет помогают достичь лучшего разрешения благодаря тому, что фотополимер лучше реагирует при воздействии источника света. Обычно эти смолы тёмные - например, тёмно-чёрные, но, поскольку с ними можно добиться большей детализации, это того стоит.

Какие цвета возможны? Некоторые смолы совместимы с пигментами и красителями, что позволяет получить практически любой необходимый оттенок. Кроме того, некоторые марки позволяют смешение с люминофорными растворителями для свечения в темноте деталей.

Преимущества и ограничения 3D-печати смолой

Способы 3D-печати смолой различаются, и каждая технология имеет свои особенности. Это также зависит от технических характеристик машины, таких как мощность источника света, объём сборки, прошивка, а также свойства используемых фотополимеров.

Преимущества печати смолой:

  • Отличная детализация. Фотополимеры загружаются в принтер в виде жидкости, поэтому им легче придать форму сложной геометрии, чем расплавленный пластик.
  • Гладкая поверхность. Линии слоёв всё ещё присутствуют при печати смолой, но они сравнительно маленькие и почти невидимы на некоторых цветах смолы.
  • Широкий выбор материалов. Ассортимент смол на рынке покрывает все общие области применения и потребности, и этот список быстро растёт. Каждая фотополимерная смола состоит из рабочих компонентов, необходимых для реакции, и добавок, таких как красители, визуальные и функциональные добавки.
  • Опоры не сильно портят поверхность. Резервуар для смолы заполнен смолой по всему периметру, поэтому, если есть небольшие выступы, их можно просто прикрепить к основному корпусу детали во время отверждения.
  • Высокая скорость. По сравнению с другими методами прототипирования печать смолой выполняется намного быстрее, а современные машины могут быть чрезвычайно быстрыми.
  • Низкие затраты. Для некоторых применений, таких как прототипы, нестандартные стоматологические устройства и мастер-модели для ювелирных изделий, печать смолой экономит бюджет.
  • Водонепроницаемость печатных изделий. По сравнению с пластиками или порошковыми материалами фотополимеры получаются прочными и водонепроницаемыми, они не впитывают влагу из воздуха, и большинство из них можно использовать для водонепроницаемых применений.

Недостатки печати смолой:

  • Большинство машин имеет небольшой объём партии собираемых изделий. Производство крупногабаритных объектов было бы довольно дорогостоящим, поскольку требуется установка промышленного уровня. Необходимо будет заполнить весь резервуар для печать длинных изделий дорогим фотополимером - а для промышленных машин, которые могут исчисляться тоннами, это увеличивает стоимость работы.
  • Ограничения и требования к дизайну. При печати смолой есть список того, что необходимо включить в проект при подготовке его к производству. Например, гравированные детали должны быть не менее 0,4мм шириной и толщиной. Ориентация деталей и качество сетки также влияют на печать, поэтому для идеального изготовления модели требуются определённые знания и опыт.
  • Множество несущих конструкций. Для наилучшего качества специалисты советуют размещать объект так, чтобы он не касался пластины и не «летел» под углом 45°. Это приводит к тому, что многие несущие конструкции после отверждения не могут быть переработаны в новую смолу.
  • Обязательная постобработка. Мы уже упомянули как минимум 3 необходимых этапа постобработки, необходимых для подготовки деталей к использованию.
  • Отверждение продолжается после завершения печати. Полимеризация - сложная штука: после того, как смола превратилась в объект печати, некоторые реакции продолжаются внутри детали (поэтому важно пост-отверждение). В зависимости от детали и материала это может привести к усадке, трещинам и деформации.
  • Затраты. Мы не шутили, когда сказали, что печать смолой сегодня более доступна. Однако стоит отметить, что для таких технологий, как SLA, «доступная цена» составляет около 3,500–4,000 долларов за настольную машину и 100–200 долларов за литр смолы. Что касается машин промышленного класса, цены могут колебаться в пределах 80-250 тысяч долларов за единицу.
  • Разрешение с подвохом. Интересный факт о печати смолой заключается в том, что параметр разрешения (точность/качество) зависит от нескольких факторов, таких как тип смолы, ориентация детали, прошивка и т.д.

Каталог принтеров смолой

Использование 3D-печати SLA и 3D-печати смолой

В целом, полимеризация в ванне - это довольно гибкий метод производства с использованием ряда материалов и технологий, который подходит для многих отраслей и задач. Как правило, это касается применений, требующих хорошей оцифровки и идеально гладких поверхностей.

 

Изготовление ювелирных изделий

Точные, гладкие и красивые модели изготавливаются из смолы в короткие сроки. Эти печатные изделия, изготовленные из литого материала, могут быть отправлены прямо на литьё для создания финальной детали из металла.

Как вариант, его можно использовать для изготовления самой пресс-формы, пропуская промежуточную модель. Чтобы узнать больше о печати смолой и других технологиях для ювелирных изделий, ознакомьтесь с нашим руководством по производству

Стоматология

В этой отрасли печать смолой помогает производить как обучающие модели, так и приборы для конечного использования. Изготовленные на заказ стоматологические приборы, такие как мосты, коронки, элайнеры, ночные защитные приспособления, слепочные ложки, направляющие для хирургических свёрл, шины и многое другое, можно напечатать из биосовместимой «стоматологической» смолы. Традиционно каждое корригирующее стоматологическое устройство должно изготавливаться по индивидуальному заказу, на изготовление которого может потребоваться много этапов и много времени. С помощью программного обеспечения, совместимого с САПР, и принтеров для полимеров специалисты могут создавать их проще и быстрее прямо с компьютерной томографии (с небольшими улучшениями в 3D-модели). Подробнее о печати смолой в стоматологии..

Анимация и реквизит

Сейчас в визуальной графике, фильмах и мультфильмах широко используются компьютерные изображения. Однако реквизит и модели реальных действий всё ещё используются тоже. Дизайнеры, аниматоры, кинематографисты и производители игрушек используют их для улучшения качества, улучшения своего цифрового дизайна или непосредственно при создании фильмов. Есть несколько методов 3D-печати, которые подходят для этих отраслей, и полимеризация в ванне является одним из них, особенно когда реквизит небольшой и детальный.

Миниатюры

Печать смолой популярна среди создателей настольных миниатюр. Сюда входят любители игр, коллекционеры и различные любители. Миниатюры можно использовать сразу после их изготовления и последующей обработки, либо они могут служить моделью для создания литейной формы.

Resin printing helps creating miniatures and toy prototypes.

Прототипирование и разработка продукта

Для объектов большого размера с простой геометрией печать смолой может быть не лучшим выбором из-за её стоимости. Однако изделия со сложной формой и фактурой будут выглядеть потрясающе с помощью этого метода. Прототипы и демонстрационные модели будут точными, впечатляющими и функциональными. Конкретные технологии печати смолой, такие как PolyJet или MJ, полноцветные и многотекстурные объекты могут быть созданы за раз.

Какие существуют технологии печати смолой?

Все технологии печати смолой имеют одинаковый принцип работы, но различаются источниками света и способами отверждения. У методов SLA, DLP, DUP и CLIP больше общего, тогда как PolyJet, MJM и MJP существенно отличаются от них.