Stereolitografie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Reprezentarea schematică a unei mașini de stereolitografie

Stereolitografia este o tehnică care permite realizarea obiectelor tridimensionale individuale pornind direct de la datele digitale procesate de un software CAD / CAM care utilizează rășini speciale fotosensibile solidificate prin intermediul unei surse UV.

Poate fi folosit și pentru producerea rapidă a pieselor de schimb, trimiterea fișierului prin internet . Utilizarea pentru producția în serie este concepută acolo unde alte tehnici de producție se dovedesc dificile și costisitoare (de exemplu, cu mașini controlate numeric) și, în general, pentru producții numerice foarte limitate, unde costul fix al echipamentului (cochilii, matrițe etc.) afectează excesiv.

Obiectele produse sunt realizate în întregime din rășini speciale și acest lucru limitează posibilitatea de a fabrica obiecte metalice sau alte materiale.


Istorie

Studiul modelării obiectelor pornind de la rășini lichide datează din anii optzeci , însă primul brevet a fost depus în 1986 de către American Hull. Termenul „stereolitografie” a fost inventat în 1986 de Charles (Chuck) W. Hull , [1] care a brevetat metoda sa de a crea obiecte solide din straturi solidificate succesive de rășină sensibilă la lumină ultravioletă . Brevetul Hull descrie un fascicul de lumină ultravioletă concentrată concentrat pe suprafața unui rezervor umplut cu fotopolimer lichid. În 1986, Hull a fondat 3D Systems , [2] [3] [4] cu sediul în Rock Hill . [5] Prima mașină de stereolitografie cu laser a fost comercializată în 1987 de compania 3D Systems sub denumirea de SLA1. Ulterior, alte câteva companii au intrat în sector și tehnologiile au evoluat continuu.

Mașinile sunt foarte scumpe, cu variații de la mii pentru modelele desktop, la sute de mii de euro pentru modelele industriale, iar definiția în reproducere este de aproximativ 0,1 mm pe axele orizontale și puțin mai mare pe axa verticală.

Au fost dezvoltate mai multe tehnologii. Unele sisteme mai precise, dar mai scumpe, sunt potrivite pentru realizarea prototipurilor pentru teste funcționale complexe, altele mai ieftine sunt potrivite pentru realizarea modelelor aproximative pentru o primă verificare conceptuală.

Stereolitografia cu laser

Un rezervor conține o rășină lichidă specială care se poate vindeca atunci când este expusă la lumină (fotopolimerizare). Există o placă perforată chiar sub nivelul fluidului. Un fascicul laser este proiectat de un sistem de oglinzi pentru a scana suprafața lichidului și în același timp modulat pentru a reconstitui o imagine raster a primei secțiuni a obiectului care urmează să fie construit.

După prima scanare, placa scade ușor și o scanare laser ulterioară generează oa doua secțiune. Procesul se repetă până când obiectul este complet.

Dacă există obiecte în obiect care nu sunt constrânse la bază și care ar putea cădea în timp ce sunt create, este necesar să se furnizeze coloane de suport temporare care vor fi apoi eliminate manual.

La sfârșitul creației, obiectul este extras din rășina lichidă și plasat într-un cuptor cu lumină ultravioletă pentru a finaliza polimerizarea. Ulterior este posibilă finisarea și chiar vopsirea suprafeței.

Stereolitografie DLP

Tehnologia care utilizează proiectoare DLP (Digital Light Processing) ca sursă de lumină care, având o rezoluție constantă (de ex. 1080P ), permite o rezoluție de imprimare invers proporțională cu zona de imprimare (deci pentru a imprima cu o rezoluție maximă XY va fi necesar să aduceți proiector foarte aproape de rășină prin proiectarea pe o suprafață foarte mică). Principalul avantaj este că, cu această tehnologie, se imprimă un strat întreg la un moment dat, astfel încât timpul de imprimare depinde doar de înălțimea în Z (deci de numărul de straturi) permițându-vă să imprimați mai multe părți în același timp.

Stereolitografie LCD

O metodă care exploatează tehnologia stereolitografică este utilizarea ecranelor LCD retroiluminate de o sursă ultravioletă. Aceste mașini au avantajul de a fi mult mai simple și mai compacte și mult mai ieftine (există mașini de acest tip cu prețuri care încep de la câteva sute de euro).

Au același avantaj al tehnologiei DLP de a imprima un strat întreg în același timp și apoi de a imprima mai multe părți în același timp.

Dezavantajul acestui tip de tipărire este degradarea rapidă a afișajelor datorită razelor UV la care sunt supuse afișajele.

Există câteva tipuri de rășini definite lumina zilei capabile să polimerizeze cu lumină în spectrul vizibil (până la 450nm) și care, prin urmare, utilizează iluminarea de fundal standard a afișajelor, extinzându-și durata de viață utilă. Dezavantajul este că rășinile trebuie tratate cu mai multă precauție deoarece reacționează cu lumina naturală și adesea caracteristicile mecanice sunt mai mici decât rășinile UV standard.

Abordare de sus în jos vs abordare de jos în sus

Există două tipuri de mașini de sterolitografie.

De sus în jos : Folosiți o cuvă plină de rășină lichidă și sursa UV plasată deasupra cuvei. Cu fiecare strat, suprafața de imprimare este coborâtă. Avantaje: vă permite să realizați piese mai mari și mai grele. Dezavantaje: Este necesar ca rezervorul să fie plin de rășină (adâncimea maximă definește înălțimea maximă a obiectului imprimabil) dat fiind costul ridicat al rășinilor, un rezervor poate conține mii de euro de materiale.

De jos în sus : Utilizați un recipient cu fundul transparent umplut cu rășină lichidă, sursa UV este plasată sub rezervor. Cu fiecare strat patul de imprimare crește. Avantaje: Este necesară o cantitate minimă de rășină. Dezavantaje: Rezistența aderenței dintre stratul solidificat și fundul rezervorului (proporțională cu suprafața stratului solidificat) permite crearea de părți mai mici. Pentru a reduce aderența, se utilizează fluoropolimeri ( FEP ) sau siliconi antiaderenți.

Postează procesele

3DBenchy imprimat în rășină transparentă cu suporturi de îndepărtat

După finalizarea procesului de imprimare, sunt necesari câțiva pași pentru a obține un produs finit.

  • Spălare: excesul de rășină lichidă este îndepărtat prin spălare în alcool izopropilic .
  • După întărire: Pentru a obține polimerizarea completă, produsul este introdus într-un cuptor cu raze UV. Numai în această fază piesele vor atinge caracteristicile mecanice finale.
  • Sprijină îndepărtarea: printr-un proces manual, orice suport este îndepărtat, adesea prezent în părțile tipărite în stereolitografie.
  • Finisaje posibile (nu sunt obligatorii): Uneori este necesar un proces de finisare, cum ar fi lustruirea cu șmirghel, vopsirea, în unele cazuri este posibil să se recurgă la un proces de acoperire metalică prin galvanizare .

Materiale

Aplicații

Stereolitografia poate fi utilizată în multe domenii:

Prototipare

Principala sa aplicație este prototiparea rapidă , care permite testarea obiectelor fizice înainte de producția industrială.

Medical

O aplicație importantă este în imagistica medicală în care, pornind de la imagini tomografice sau RMN , este posibil să se creeze rapid modele de proteze, părți de oase , tumori , vase și alte părți anatomice pe care chirurgul poate pregăti intervenția chirurgicală.

Stereolitografia a fost utilizată pentru a imprima tampoane de testare și alte componente medicale în timpul Pandemiei COVID-19 2019-2021 [6] [7] .

Magazin de bijuterii

Una dintre principalele aplicații legate de stereolitografie este crearea de modele pentru turnare cu tehnica de ceară pierdută , folosind rășini topibile specifice, care au caracteristica de a nu elibera reziduuri în timpul procesului de evaporare a modelului.

Dental

Datorită stereolitografiei este posibilă imprimarea modelelor de dinți, obținute prin scanare 3D, sau a matrițelor pentru termoformare pentru a crea alinieri dentare.

Notă

  1. ^ Brevet SUA 4.575.330 ("Aparat pentru producerea de obiecte tridimensionale prin stereolitografie")
  2. ^ Informații despre compania 3D Systems Inc. Arhivat 7 octombrie 2011 la Internet Archive .
  3. ^ Stereolitografie Arhivat 14 februarie 2008 la Internet Archive .
  4. ^ Ce este stereolitografia?
  5. ^ B. Asberg, G. Blanco, P. Bose, J. Garcia-Lopez, M. Overmars, G. Toussaint , G. Wilfong și B. Zhu, "Fezabilitatea proiectării în stereolitografie", Algorithmica , Număr special de geometrie computațională în Manufacturing, Vol. 19, Nr. 1/2, sept / oct, 1997, pp. 61–83.
  6. ^ Imprimantele 3D produc acum tampoane nazale , pe milanofinanza.it .
  7. ^ Formlabs primește autorizația de utilizare de urgență FDA pentru o piesă de conversie a ventilatorului tipărit 3D , la techcrunch.com .

Elemente conexe

linkuri externe