Урок 8.10Придать формуГлава 8 · Аддитивное производство

Объёмная печать (CAL)

Свет со всех сторон разом отверждает вращающуюся колбу со смолой (объёмная печать)

Объёмная печать создаёт целый объект сразу внутри колбы с жидкой смолой, вообще без слоёв. В компьютерной осевой литографии (CAL) колба вращается, пока проектор просвечивает её меняющимися световыми картинами, как компьютерный томограф, работающий в обратную сторону. Небольшой объект может появиться за минуту или две.

компьютерная осевая литография · вид сбоку и сверху, 5 шаговСлева: установка сбоку. Справа: колба сверху, с тремя из множества направлений света. Цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Рассчитайте картины. Программа превращает 3D-модель в сотни 2D-световых изображений, по одному на каждый угол обзора, примерно как работает компьютерный томограф, только наоборот.
Вращайте колбу. Прозрачная колба с густой светочувствительной смолой равномерно вращается на поворотном столике.
Проецируйте. Проектор показывает изображение, соответствующее текущему углу колбы, так что для каждого угла своя картина.
Дайте дозе накопиться. Каждая точка в смоле получает свет со всех направлений. Только точки внутри объекта проходят порог (минимальную дозу света, при которой смола желатинизируется) и становятся твёрдыми.
Слейте, промойте и дополимеризуйте. Примерно через 30 секунд — несколько минут жидкую смолу сливают. Объект промывают и подвергают финальной УФ-полимеризации.

Ключевые факты

Материалы: Прозрачные густые фотополимерные смолы (акрилаты), гидрогели, способные нести живые клетки, и смолы с наполнением стеклянными частицами, которые потом обжигают до стекла
Типичные детали: Небольшие исследовательские детали: линзы и оптика, стеклянные микрофлюидные чипы, каркасы для мягких тканей, объекты, напечатанные вокруг готовой вставки
Размер детали: От нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, ограничено колбой
Точность: Элементы до около 0,3 мм у первых принтеров; исследовательские системы достигают десятков микрометров
Качество поверхности: Очень гладкая, без линий слоёв
Подходящая партия: Единичные изделия и исследовательские образцы
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка не нужна. В основном лабораторные установки на основе проектора и поворотного столика; коммерческих машин пока мало
Скорость: От секунд до нескольких минут для объекта размером в сантиметр

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Нет слоёв: гладкие поверхности и нет слабых границ слоёв
Очень быстро для малых деталей
Поддержки не нужны, так как густая смола удерживает деталь на месте
Может печатать вокруг готового объекта, например металлического стержня

Ограничения

Только небольшие объекты, самое большее несколько сантиметров
Смола должна быть прозрачной и густой, поэтому подходит мало материалов
Рассеяние света и ошибки дозы размывают мелкие детали
Пока в основном исследовательская технология

Где применяется

Исследовательские лабораторииИспытание новых смол, оптики и методов печати
БиомедицинаМягкие гидрогелевые каркасы с живыми клетками для исследований тканей
ОптикаНебольшие линзы и световоды
МикрофлюидикаСтеклянные чипы с крошечными внутренними каналами

Как узнать процесс

Небольшие, идеально гладкие смоляные объекты без ступенек на изгибах.
Нигде нет следов поддержек, даже под нависающими частями.
Иногда объект, сплавленный вокруг вставки, например ручка, напечатанная на металлическом стержне.

Сравните с

Стереолитография8.2тоже отверждает смолу светом, но по одному тонкому слою; CAL отверждает весь объём сразу.Двухфотонная полимеризация13.8тоже отверждает внутри объёма, но точка за точкой сфокусированным лазером, в микрометровом масштабе.

Смотрите

Seeker · Объяснение для начинающих о принтере объёмной печати из Беркли

The Action Lab · Практическая демонстрация объекта, появляющегося внутри смолы

KPIX | CBS NEWS BAY AREA · Реальные кадры из лаборатории с исследователями, которые его построили

Berkeley Sensor & Actuator Center · Научный доклад о том, как работает CAL, включая печать в условиях микрогравитации

Смотреть реальные фото

Википедия: Компьютерная осевая литография — принцип и его история; мало изображений
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Объёмная печать отверждает целый объект сразу, без слоёв.
CAL вращает смолу и освещает её со всех сторон; только там, где накопилось достаточно света, она становится твёрдой.
Метод быстрый и гладкий, но пока мелкомасштабный и в основном в исследовательских лабораториях.