Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схематическое изображение стереолитографии: светоизлучающее устройство a) (лазер или DLP ) избирательно освещает прозрачное дно c) резервуара b) заполненного жидкой фотополимеризуемой смолой. Затвердевшая смола d) постепенно поднимается подъемной платформой e)
Часть, производимая SLA
Пример печатной платы SLA с различными компонентами для моделирования конечного продукта.

Стереолитография ( SLA или SL ; также известная как устройство стереолитографии , оптическое изготовление , фототверждение или печать смолой ) - это форма технологии 3D-печати, используемая для создания моделей , прототипов , шаблонов и производственных деталей послойно с использованием фотохимических технологий. процессы , посредством которых свет вызывает химические мономеры и олигомеры с поперечными связями вместе с образованием полимеров . [1]Эти полимеры затем составляют тело трехмерного твердого тела. Исследования в этой области проводились в 1970-х годах, но этот термин был придуман Чаком Халлом в 1984 году, когда он подал заявку на патент на процесс, который был выдан в 1987 году. [2] Стереолитография может использоваться для создания прототипов продуктов в мире. разработка, медицинские модели и компьютерное оборудование, а также во многих других приложениях. Хотя стереолитография работает быстро и позволяет получить практически любой дизайн, она может быть дорогостоящей.

История [ править ]

Стереолитография или SLA-печать - одна из первых и широко используемых технологий 3D-печати. В начале 1980-х годов японский исследователь Хидео Кодама впервые изобрел современный многослойный подход к стереолитографии с использованием ультрафиолетового света для отверждения светочувствительных полимеров. [3] [4] В 1984 году, незадолго до того, как Чак Халл подал свой патент, Ален Ле Мехау , Оливье де Витте и Жан Клод Андре подали патент на процесс стереолитографии. [5] Заявка на патент французских изобретателей была отклонена французской компанией General Electric (ныне Alcatel-Alsthom) и CILAS.(Лазерный консорциум). Ле Мехау считает, что этот отказ отражает проблему с инновациями во Франции. [6] [7]

Однако термин «стереолитография» (по-гречески: стереолитография и литография ) был придуман в 1984 году Чаком Халлом, когда он подал патент на этот процесс. [1] [8] Чак Халл запатентовал стереолитографию как метод создания трехмерных объектов путем последовательной «печати» тонких слоев объекта с использованием материала, отверждаемого ультрафиолетом , начиная с нижнего слоя до верхнего слоя. В патенте Халла описан концентрированный луч ультрафиолетового света, сфокусированный на поверхности чана, заполненного жидким фотополимером . Луч фокусируется на поверхности жидкого фотополимера, создавая каждый слой желаемого 3D-объекта посредством сшивания.(образование межмолекулярных связей в полимерах). Он был изобретен с целью позволить инженерам создавать прототипы своих проектов более эффективным способом. [3] [9] После выдачи патента в 1986 году [1] Халл стал соучредителем первой в мире компании 3D-печати, 3D Systems , для ее коммерциализации. [10]

Успех стереолитографии в автомобильной промышленности позволил 3D-печати достичь статуса отрасли, и эта технология продолжает находить инновационное применение во многих областях исследований. [9] [11] Были предприняты попытки построить математические модели процессов стереолитографии и разработать алгоритмы, чтобы определить, может ли предлагаемый объект быть построен с использованием 3D-печати. [12]

Технология [ править ]

Стереолитография - это процесс аддитивного производства, который в своей наиболее распространенной форме работает путем фокусировки ультрафиолетового (УФ) лазера на ванне с фотополимерной смолой. [13] С помощью программного обеспечения для автоматизированного производства или автоматизированного проектирования (CAM / CAD) [14] УФ-лазер используется для нанесения предварительно запрограммированного рисунка или формы на поверхность фотополимерной ванны. Фотополимеры чувствительны к ультрафиолетовому свету, поэтому смола фотохимически затвердевает и образует единый слой желаемого трехмерного объекта. [15] Затем строительная платформа опускает один слой, и лезвие повторно покрывает верх резервуара смолой. [4]Этот процесс повторяется для каждого слоя дизайна, пока 3D-объект не будет готов. Готовые детали необходимо промыть растворителем, чтобы счистить влажную смолу с их поверхностей. [16]

Также можно печатать объекты «снизу вверх», используя ванну с прозрачным дном и фокусируя ультрафиолетовый или темно-синий полимеризационный лазер вверх через дно ванны. [16]Машина для перевернутой стереолитографии начинает печать, опуская платформу для печати до дна заполненной смолой ванны, а затем перемещаясь вверх на высоту одного слоя. Затем УФ-лазер прописывает самый нижний слой нужной детали через прозрачное дно ванны. Затем чан «раскачивают», сгибая и отделяя дно чана от затвердевшего фотополимера; затвердевший материал отделяется от дна ванны и остается прикрепленным к поднимающейся платформе сборки, а новый жидкий фотополимер течет по краям частично построенной детали. Затем УФ-лазер записывает второй снизу слой и повторяет процесс. Преимущество этого восходящего режима заключается в том, что объем сборки может быть намного больше, чем сама ванна,и достаточно фотополимера, чтобы поддерживать дно рабочей ванны постоянно заполненным фотополимером. Этот подход типичен для настольных принтеров SLA, тогда как подход «правая сторона вверх» более распространен в промышленных системах.[4]

Стереолитография требует использования поддерживающих структур, которые прикрепляются к платформе лифта для предотвращения отклонения под действием силы тяжести, сопротивления боковому давлению со стороны наполненного смолой лезвия или сохранения вновь созданных участков во время «качания ванны» при печати снизу вверх. Опоры обычно создаются автоматически во время подготовки моделей САПР, а также могут быть изготовлены вручную. В любом случае опоры необходимо удалить вручную после печати. [4]

В других формах стереолитографии каждый слой создается за счет маскировки ЖК-дисплея или использования DLP-проектора. [17]

Материалы [ править ]

Жидкие материалы, используемые для печати SLA, обычно называют «смолами» и представляют собой термореактивные полимеры. В продаже имеется широкий спектр смол, и также можно использовать смолы домашнего производства, например, для тестирования различных композиций. Свойства материала варьируются в зависимости от конфигурации состава: «материалы могут быть мягкими или твердыми, сильно заполненными вторичными материалами, такими как стекло и керамика, или наделены механическими свойствами, такими как высокая температура теплового отклонения или ударопрочность». [18] Смолы можно разделить на следующие категории: [19]

  • Стандартные смолы для общего прототипирования
  • Инженерные смолы с определенными механическими и термическими свойствами
  • Стоматологические и медицинские смолы для сертификации биосовместимости
  • Литейные смолы для нулевой зольности после выгорания

Использует [ редактировать ]

Медицинское моделирование [ править ]

Стереолитографическая модель черепа

Стереолитографические модели используются в медицине с 1990-х годов [20] для создания точных трехмерных моделей различных анатомических областей пациента на основе данных компьютерного сканирования. [21] Медицинское моделирование включает сначала получение компьютерной томографии , МРТ или другого сканирования. [22]Эти данные состоят из серии изображений поперечного сечения анатомии человека. На этих изображениях разные ткани показаны как разные уровни серого. Выбор диапазона значений серого позволяет изолировать определенные ткани. Затем выбирается интересующая область и выбираются все пиксели, связанные с целевой точкой в ​​пределах этого диапазона значений серого. Это позволяет выбрать конкретный орган. Этот процесс называется сегментацией. Затем сегментированные данные могут быть переведены в формат, подходящий для стереолитографии. [23]Хотя стереолитография обычно точна, точность медицинской модели зависит от многих факторов, особенно от того, правильно ли оператор выполняет сегментацию. При изготовлении медицинских моделей с использованием стереолитографии возможны потенциальные ошибки, но их можно избежать, если потребуется практика и хорошо обученные операторы. [24]

Стереолитографические модели используются для диагностики, предоперационного планирования, проектирования и изготовления имплантатов. Это может включать, например, планирование и репетицию остеотомии . Хирурги используют модели, чтобы помочь спланировать операции [25], но протезисты и технологи также используют модели в качестве вспомогательных средств при проектировании и производстве имплантатов по индивидуальному заказу. Например, медицинские модели, созданные с помощью стереолитографии, можно использовать для создания пластин для краниопластики . [26] [27]

В 2019 году ученые из Университета Райса опубликовали статью в журнале Science , в которой были представлены мягкие гидрогелевые материалы для стереолитографии, используемые в биологических исследованиях. [28]

Прототипирование [ править ]

Стереолитография часто используется для прототипирования деталей. При относительно невысокой цене стереолитография позволяет создавать точные прототипы даже неправильной формы. [29] Компании могут использовать эти прототипы для оценки дизайна своего продукта или для рекламы конечного продукта. [25]

Преимущества и недостатки [ править ]

Преимущества [ править ]

Одно из преимуществ стереолитографии - ее скорость; функциональные детали могут быть изготовлены в течение суток. [9] Время, необходимое для изготовления одной детали, зависит от сложности конструкции и размера. Время печати может длиться от нескольких часов до более суток. [9] Прототипы и конструкции, созданные с помощью стереолитографии, достаточно прочные, чтобы их можно было обрабатывать [30] [31], а также их можно использовать для изготовления шаблонов для литья под давлением или различных процессов литья металлов . [30]

Недостатки [ править ]

Хотя стереолитографию можно использовать для создания практически любого синтетического дизайна [14], это часто является дорогостоящим, хотя цена снижается. Обычные фотополимеры, которые когда-то стоили около 200 долларов США за литр, теперь стоят 40 долларов США за литр [32] [ необходим лучший источник ], а профессиональные машины SLA могут стоить 250 000 долларов США . [33] С 2012 года [34] Однако, общественный интерес к 3D печати вдохновил дизайн нескольких ОАС машин потребителей , которые могут стоить значительно меньше: от $ 3500 США для формы 2 по Formlabs , [16] , например, как мало в виде200 долларов США за Anycubic Photon. [35] Начиная с 2016 года, замена методов SLA и DLP с использованием высококонтрастной ЖК-панели с высоким разрешением снизила цены до менее 200 долларов США . Слои создаются полностью, поскольку весь слой отображается на ЖК-экране. и экспонируется с помощью УФ-светодиодов, расположенных ниже. Возможно разрешение 0,01 мм. Другой недостаток заключается в том, что фотополимеры липкие, грязные, и с ними нужно обращаться. Новые детали необходимо промыть, отвердить и просушить. [36]

См. Также [ править ]

  • Моделирование наплавленного осаждения (FDM)
  • Селективное лазерное спекание (SLS)
  • Термоформование

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Патент США 4575330 («Аппарат для изготовления трехмерных объектов с помощью стереолитографии»).
  2. ^ «Патент США на устройство для производства трехмерных объектов с помощью стереолитографии. Патент (Патент № 4,575,330, выданный 11 марта 1986 г.) - Поиск патентов Justia» . patents.justia.com . Проверено 24 апреля 2019 .
  3. ^ a b Гибсон, Ян, и Хорхе Бартоло, Пауло. «История стереолитографии». Стереолитография: материалы, процессы и приложения. (2011): 41-43. Распечатать. 7 октября 2015.
  4. ^ a b c d "Полное руководство по стереолитографии (SLA) 3D-печати" . Formlabs . Formlabs, Inc . Проверено 26 декабря 2017 года .
  5. ^ Жан-Клод, Андре. "Disdpositif pour realiser un modele de piece industrialelle" . National De La Propriete Industrielle .
  6. ^ Moussion, Александр (2014). "Интервью д'Ален Ле Мехоте, человек, который отец впечатлений 3D" . Primante 3D .
  7. ↑ Мендоза, Ханна Роуз (15 мая 2015 г.). «Ален Ле Мехоте, человек, подавший патент на 3D-печать SLA до Чака Халла» . 3dprint.com . 3ДР Холдингс, ООО.
  8. ^ «Стереолитография / 3D-печать / Аддитивное производство» . Фотополимеры . Savla Associates. Архивировано из оригинального 14 февраля 2008 года . Проверено 10 августа 2017 года .
  9. ^ a b c d Халл, Чак (2012). «О стереолитографии». Виртуальное и физическое прототипирование . 7 (3): 177. DOI : 10,1080 / 17452759.2012.723409 . S2CID 219623097 . 
  10. ^ «Наша история» . 3D системы . 3D Systems, Inc . Проверено 10 августа 2017 года .
  11. ^ Джейкобс, Пол Ф. «Введение в быстрое прототипирование и производство». Быстрое прототипирование и производство: основы стереолитографии. 1-е изд. (1992): 4-6. Распечатать. 7 октября 2015.
  12. ^ Б. Асберг, Г. Бланко, П. Бозе , Дж. Гарсия-Лопес, М. Овермарс , Г. Туссен , Г. Уилфонг и Б. Чжу, «Возможность проектирования в стереолитографии», Algorithmica , специальный выпуск по вычислительной геометрии в производстве, Vol. 19, № 1/2, сентябрь / октябрь 1997 г., стр. 61–83.
  13. ^ Кривелло, Джеймс В., и Эльза Reichmanis. «Фотополимерные материалы и процессы для перспективных технологий». Химия материалов Chem. Матер. 26.1 (2014): 533. Печать.
  14. ^ a b Липсон, Ход, Фрэнсис С. Мун, Джимми Хай и Карло Павенти. «Трехмерная печать истории механизмов». Журнал механического проектирования J. Mech. Des. (2004): 1029-033. Распечатать.
  15. ^ Fouassier, JP "Реакции фотополимеризации". База данных Wiley свойств полимеров 3 (2003): 25. Печать.
  16. ^ a b c Нго, Донг. «Обзор 3D-принтера Formlabs Form 2: отличный 3D-принтер по хорошей цене» . CNET . Дата обращения 3 августа 2016 .В частности, когда платформа для печати опускается в резервуар из полимерного стекла, на него падает ультрафиолетовый лазерный луч из-под прозрачного резервуара. (По этой причине SLA иногда называют технологией лазерной 3D-печати.) Под воздействием лазерного света смола затвердевает, затвердевает и прилипает к платформе. По мере того, как больше смолы подвергается воздействию лазерного света, создается узор, соединяющий слой выше. По мере того, как создается все больше и больше слоев, платформа сборки медленно - очень медленно - движется вверх, в конце концов вытягивая весь объект из резервуара по окончании процесса печати.
  17. ^ rсеребро. «О разнице между DLP и LCD принтерами SLA | Matter Replicator» . Проверено 17 марта 2019 .
  18. ^ «Полное руководство по стереолитографии (SLA) 3D-печати (обновлено на 2020 год)» . Formlabs . Проверено 21 октября 2020 .
  19. ^ "Сравнение материалов для 3D-печати SLA" . 3D-концентраторы . Проверено 21 октября 2020 .
  20. ^ Климек, L; Klein HM; Schneider W; Mosges R; Schmelzer B; Вой ED (1993). «Стереолитографическое моделирование при реконструктивной хирургии головы». Acta Oto-Rhino-Laryngologica Belgica . 47 (3): 329–34. PMID 8213143 . 
  21. ^ Bouyssie, JF; Bouyssie S; Sharrock P; Дюран Д (1997). «Стереолитографические модели, полученные на основе рентгеновской компьютерной томографии. Точность воспроизведения». Хирургическая и радиологическая анатомия . 19 (3): 193–9.
  22. ^ Уиндер, RJ; Бибб, Р. (2009). «Обзор проблем, связанных с трехмерной компьютерной томографией для медицинского моделирования с использованием методов быстрого прототипирования» . Рентгенография . 16 : 78–83. DOI : 10.1016 / j.radi.2009.10.005 .
  23. ^ Бибб, Ричард (2006). Медицинское моделирование: применение передовых технологий проектирования и разработки в медицине . Кембридж: ISBN Woodhead Publishing Ltd. 978-1-84569-138-7.
  24. ^ Уиндер, RJ; Бибб, Р. (2005). «Медицинские технологии быстрого прототипирования: современное состояние и существующие ограничения для применения в челюстно-лицевой хирургии» . Журнал челюстно-лицевой хирургии . 63 (7): 1006–15. DOI : 10.1016 / j.joms.2005.03.016 . PMID 16003630 . 
  25. ^ a b «Применение SLA» . Стереолитография . Проверено 7 октября +2016 .
  26. ^ Д'Урсо, Пол; Эффени, Дэвид; Earwaker, W. John; Баркер, Тимоти; Редмонд, Майкл; Томпсон, Роберт; Томлинсон, Фрэнсис (апрель 2000 г.). «Индивидуальная краниопластика с использованием стереолитографии и акрила». Британский журнал пластической хирургии . 53 (3): 200–204. DOI : 10.1054 / bjps.1999.3268 . PMID 10738323 . 
  27. ^ Кляйн, HM; Schneider, W .; Alzen, G .; Вой, ED; Гюнтер, Р.В. (октябрь 1992 г.). «Детская черепно-лицевая хирургия: Сравнение фрезерования и стереолитографии для изготовления 3D-моделей». Детская радиология . 22 (6): 458–460. DOI : 10.1007 / BF02013512 . PMID 1437375 . S2CID 12820200 .  
  28. ^ https://science.sciencemag.org/content/364/6439/458.editor-summary
  29. ↑ Палермо, Элизабет (16 июля 2013 г.). "Что такое стереолитография?" . Живая наука . Purch Group . Проверено 7 октября +2016 .
  30. ^ a b "Стеролитография" . Proto3000 . Proto3000 Inc . Проверено 22 июня 2018 .
  31. ^ «Технологии 3D печати» . Luma 3D Print . Яркостей Ид Ltd . Проверено 22 июня 2018 .
  32. ^ www.amazon.com https://www.amazon.com/Anycubic-POT016-PRINTER-500Mll-500G-Grey-Bottle/dp/B079GR1L19/ref=sr_1_3?ie=UTF8&qid=1545371278&sr=8-3&keywords=3d+ смола . Проверено 21 декабря 2018 . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  33. ^ Мозг, Маршалл (2000-10-05). "Как работает стереолитография 3-D наслоения" . Как работает . ООО "Инфоспейс" . Проверено 17 декабря 2015 года .
  34. ^ Prindle Дрю (6 июня 2017). «С помощью лазеров и горячего нейлона Formlabs просто подняла 3D-печать на совершенно новый уровень» . Цифровые тенденции . Корпорация Дизайнтехника . Проверено 24 сентября 2018 года .
  35. ^ "LCD Photon | 3D-принтер | ANYCUBIC 3D-принтер - Думай масштабно, делай больше" . www.anycubic3d.com . Проверено 21 декабря 2018 .
  36. ^ даже (2015-06-19). «Обработка отпечатков SLA за 4 простых шага» . Kudo3D Inc . Проверено 21 декабря 2018 .

Источники [ править ]

  • Калпакчян, Сероп и Стивен Р. Шмид (2006). Технологии производства и технологии , 5-е издание. Гл. 20. Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. С. 586–587.

Внешние ссылки [ править ]

  • Анимация быстрого прототипирования и стереолитографии - анимация демонстрирует стереолитографию и действия SL-машины.
  • Видео микростереолитографии для биомедицинских приложений