ЛАЗЕРНЫЕ СТЕРЕОЛИТОГРАФИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Примерно с начала 80-х годов начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов не путем удаления материала (точение, фрезерование), а путем постепенного наращивания материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства.(RP технологии).

На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трехмерных объектов по их компьютерным образам.

В большинстве случаев использование RP технологии приводит к получению формы или модели, которая используется для подготовки реального производства.

Как правило под RP технологией понимают технологии послойного изготовления трехмерных объектов.

В настоящее время наиболее широко используется технология, основанная на использовании процесса фотополимеризации лазерным излучением. Такой процесс был первым процессом RP, который использовался в серийно выпускаемых установках. Эта технология получила название «Лазерной стереолитографии», и несмотря на появление других технологий остается наиболее используемой и имеет наилучшие показатели.

Лазерная стереолитография позволяет получить очень сложные цельновыращенные модели. Практически, ограничения по форме связаны только с невозможностью вырастить детали с полностью изолированными внутренними полостями.

Основой лазерной стереолитографии является локальное изменение фазового состояния однородной среды ( переход жидкость-твердое тело ) в результате фотоинициированной в заданном объеме полимеризации. Суть этого процесса состоит в создании с помощью инициирующего, например, лазерного излучения в жидкой реакционно-способной среде активных центров, которые вызывают рост полимерных цепей, т.е. процесс полимеризации. Следствием полимеризации является изменение фазового состояния среды – в облученной области образуется твердый полимер.

ТЕХНОЛОГИЯ ЛАЗЕРНОЙ СТЕРЕОЛИТОГРАФИИ.

Лазерная стереолитография включает в себя получение трехмерной модели объекта в STL формате, разбиение его на тонкие слои, расчет траектории движения лазерного луча, заполняющего каждое сечение и последовательного воспроизведения поперечных сечений на поверхности жидкой фотополимеризующейся композиции сфокусированным пучком инициирующего полимеризацию лазерного излучения.

Платформа на которой выращивается модель, устанавливается ниже поверхности ФПК на расстоянии равном толщине первого слоя. На поверхности ФПК формируется изображение соответствующее первому сечению модели. В облученной области образуется пленка твердого полимера.

После завершения формирования первого слоя платформа с пленкой опускается на расстояние равное толщине следующего слоя и на поверхности ФПК воспроизводится изображение соответствующее второму сечению детали. Параметры инициирования выбираются таким образом, что бы второй слой надежно приклеился к первому. Далее платформа перемещается на расстояние равное толщине следующего слоя и процесс повторяется до тех пор пока не будут изготовлены все слои.

После завершения формирования последнего слоя платформа поднимается над поверхностью ФПК, выращенная деталь снимается с платформы, промывается в органическом растворителе и сушится в камере дополимеризации. В дальнейшем деталь можно шлифовать, полировать и красить.

Восковые принтеры

На восковых принтерах построение модели осуществляется послойным методом.

Станок по принципу работы аналогичен обычному струйному принтеру. Но в отличие от него головка, подающая воск на платформу имеет только две микродюзы, через которые подаются два расходных материала – воск из которого строится непосредственно модель и воск, выполняющий функцию поддержки. Оба воска перед началом работы загружаются в твердом состоянии каждый в свою камеру, где под действием температуры расплавляются. Расплавленный воск под давлением подается в печатающую головку.

Печатающая головка закреплена над рабочим столом, и перемещается только в горизонтальной плоскости (по осям X и Y). Ее перемещение осуществляется ременными приводами по стальным направляющим. Перемещение по оси Z осуществляется непосредственно рабочим столом, на котором располагается деталь, следовательно, рабочим столом так же задается величина рабочего слоя с которым будет «выращена» модель. Так как капельное нанесение воска не дает ровной горизонтальной поверхности заполняемого сечения в каждом рабочем слое (поверхность заполненного сечения после нанесения воска состоит как бы из множества куполов), то высота нанесенного слоя воска заведомо больше заданного слоя построения модели. Для устранения этой погрешности, после каждого опускания рабочего стола, на котором размещается деталь, происходит проход фрезы, срезающей лишний слой воска. Так как выравнивание рабочего слоя необходимо осуществлять с самого начала работы, а проходы фрезы невозможно осуществлять по рабочему столу, на рабочий стол наклеивается пенопластовая подложка, которая подрезается первым проходом фрезы для получения нулевой точки, а затем на ней располагается сама модель.

Для сбора стружки получаемой при проходах фрезы станок комплектуется пылесосом.

Так же станок комплектуется кондиционером внутренней рабочей камеры для поддержания термостабильности.

Необходимость двух видов воска обусловлена тем, что во первых модель должна быть жестко закреплена на поверхности, что бы не смещаться во время процесса выращивания под собственным весом и при проходах фрезы, а так же тем, что при выращивании моделей сложной конфигурации по слоям, в модели могут возникать точки, либо поверхности которые называются «подвешенными», т.е. на какой либо высоте при N-ном слое начинают расти с нуля не имея под собой опоры в предыдущем слое.

Поэтому для закрепления моделей и поддержки «подвешенных» участков и применяется поддерживающий воск. Таким образом, модель из основного воска при выращивании полностью заключается в объем из поддерживающего воска

Воск, из которого строятся сами модели по своей плавкости близок к литейному воску, поэтому модели могут сразу формоваться и отливаться.

За один запуск, возможно выращивать несколько моделей.

Станок комплектуется программой ModelWorks для подготовки моделей к процессу выращивания и программой JewelCAD для моделирования трехмерных моделей.

Марки существующих принтеров ModelMaker6Pro, ModelMaker II, Pattern Master, T66.

Технические характеристики T66

Точность

- Толщина слоя вдоль оси Z: от 0.013 мм до 0.076 мм

- Погрешность: плюс-минус 0.01% по X, Y, Z

- Шероховатость поверхности: 1,3 – 2,5 мкм

- Минимальный размер детали: 0.25 мм

- Калиброванные конфигурации для следующих размеров слоев: 12,7;25,4;38,1;50,8;76,2 мкм

Эффективность

- Настраиваемые пользователем параметры построения модели для каждого задания

- Автоматическая работа (48 часов)

- Добавление материала во время работы

- Автоматический контроль рабочего состояния и определения неисправностей

- Автоматический рестарт построения с точки прерывания

Система

- Размеры рабочей зоны 15,24 х 15,24 х 15,24 см

- Габариты 58,4 х 66 х 134,6 см

- Электроснабжение 230В 50 гц переменного тока 15 А

- Рекомендуемая температура окружающей среды 16-27 градусов. С

При работе на данном оборудовании получение модели делится на следующие этапы:

- Подготовка модели к процессу роста

- Выращивание на установке

- Пост обработка