CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск Магазин Регистрация


Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии




Исследователи из Северо-Западного университета в Иллинойсе разработали технологию 3D-печати позволяющая печатать со скоростью около 46 см в час, что является невероятной производительностью в мире 3D-печати. Технология представляет собой вариантом технологии SLA и получившей название скоростная печать на большой площади (High-Area Rapid Printing, HARP).

Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии

Как известно стереолитографические принтеры печатают очень точно, но очень-очень медленно. Существуют три варианта 3D-принтеров, которые работают по технологии стереолитографии. Первый вариант, это лазерные 3D-принтеры (SLA), второй вариант, это 3D-принтеры использующие модули засветки в виде цифровых проекторов (DLP-SLA), третий вариант, это 3D-принтеры, использующие жидкокристаллические матрицы со светодиодной подсветкой (LCD-SLA).

Если исключить лазерные 3D-принтеры, где слои создаются точка за точкой, а не засвечиваются целиком, то относительная низкая скорость печати стереолитографических 3D-принтеров связана с температурой и давлением. Многие 3D-принтеры на основе смолы ограничены выделяемым теплом, возникающим в процессе печати. Нагревание выше рекомендуемых температур вредит не только оборудованию, но и фотополимерным смолам. Высокая температура поверхности печатаемых деталей может вызвать деформацию или растрескивание, поэтому существующие системы склонны оставаться небольшими и иметь ограничение по скорости.

Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии

Источником тепла служит не только светодиодные модули подсветки, но и сам процесс фотополимеризации. Фотополимеризация это экзотермический процесс, при котором выделяется тепло. Чем выше интенсивность облучения, тем выше скорость полимеризации, а это в свою очередь приводит к увеличению объема выделяемого тепла и снижению скорости печати во избежание порчи модели или оборудования.

Решение напрашивается само собой - принудительное охлаждение. Но есть один нюанс. Предположим, что вам удастся охладить материал и увеличить скорость печати. Тогда возникнет другая проблема - давление, а точнее донное притяжение. При подъеме платформы после создания очередного слоя на модель действует вакуумная сила, и чем быстрее поднимается платформа и чем больше площадь изделия, тем выше вероятность разрыва свежих, еще не затвердевших слоев.

Компания Carbon с их технологией CLIP (Continuous Liquid Interface Production или «Беспрерывное производство на жидкой прослойке»), считающийся одной из самых быстрых на рынке, достаточно просто решила эту проблему. Большинство фотополимеров становятся инертными под воздействием кислорода. Дно резервуара необходимо сделать газопроницаемым позволяя кислороду проникать в жидкую смолу. В результате чего создается достаточная зона для снижения вакуумной силы до приемлемого уровня, которая не будет отвердевать, в то время как смола над этой зоной затвердевает, когда вступает в контакт с ультрафиолетовым излучением.

Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии

Технология CLIP используется в серийных 3D-принтерах Carbon и проверена на практике многими компаниями, такими как Adidas, Riddell или Ford. В отдельных случаях скорость печати можно увеличить в два раза. Увеличить скорость еще быстрее не получается, так как, остается проблема выделяемого тепла, решить которую инженерам Carbon так и не удалось.

С помощью технологии HARP исследователи нашли способ обойти проблему с нагревом. Вместо насыщения кислородом, использовать фторированное масло (другое название Liquid Teflon (“жидкий тефлон”), с принудительной циркуляцией через охлаждающее устройство. Жидкость необходима для отвода тепла, поддерживая тем самым необходимую температуру на высоких скоростях печати.

Поскольку масло не прилипает к дну резезвуара, это приводит к увеличению скорости печати, так как деталь не нужно отрывать от нижней части резервуара. Входные и выходные коллекторы расположены по обеим сторонам резервуара, обеспечивая перемещение охлаждающего слоя без завихрений или смешивания с полимером, что важно в плане предотвращения оптических искажений. В результате получается эффективное охлаждение фотополимера по всей площади, а также необходимый зазор для быстрого и непрерывного подъема платформы с печатаемой моделью.

Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии

Непрерывная печать характеризуется повышенной изотропностью, то есть вместо слоистого изделия получается более-менее аналог литого изделия, повышая прочность изделия. То есть широкоформатные 3D-принтеры, печатающие по технологии HARP, способны создавать детали с высоким разрешением, которые не требуют обширной последующей обработки, а большинство широкоформатных 3D-принтеров на рынке печатают большие детали с более низким разрешением (для скорости) и, требуют интенсивного шлифования или последующей обработки. Ко всему прочему, циркулирующую жидкость можно фильтровать, чтобы удалять образующиеся в результате паразитной засветки микрочастицы, а это положительно влияет на качество печати, предотвращая замутнение фотополимера.

в ходе экспериментов ученым удалось добиться скорости печати около 430 мм в час. На иллюстрации выше продемонстрированы результаты 3D-печати на неподвижном инертном слое (А), на инертном слое с принудительной циркуляцией, но без активного охлаждения (B) и в инертном слое с принудительной циркуляцией и активным охлаждением (С). Пунктирными линиями в верхнем ряду обозначен разлом модели из-за перегрева. Во втором случае результат намного лучше, но, как отмечают исследователи, со временем эффективность процесса понизилась из-за нагревания циркулирующего масла. А третий результат близок к идеальному - здесь температура на границе соприкосновения охлаждающего и активного слоя не превышала 120ºС, несмотря на высокую скорость печати. Деталь размером 380x610x760 мм из полиуретан-акрилата ученым удалось создать всего за 1 час и 45 минут. Какой именно тип засветки используется в экспериментальном 3D-принтере - не сообщается, но скорее всего речь идет о проекторной или ЖК-масочной системе. Размер пикселя составляет 100 микрон, позволяя получать детализацию приемлемого качества на уровне 300 мкм.

Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии

Высота прототипа 3D-принтера, печатающего по технологии HARP, равна 13 футам (3962 мм) с рабочей поверхностью 2,5 кв. фута (762 кв. мм) с производительностью на уровне 100 литров в час. Технология также позволяет печатать различными материалами, включая жесткие фотополимеры, эластичные или даже керамические детали и может найти применение во многих отраслях, включая авиакосмическую, автомобильную, стоматологическую, медицинскую и других областях.

Американские ученые представили технологию скоростной стереолитографии

Сейчас ученые работают над коммерческой реализацией своей технологии. В ближайшие 18 месяцев они планируют начать поставлять первые 3D-принтеры промышленным предприятиям. Доклад «Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface» был опубликован в журнале Science.

 


Вы можете стать первым