Полимеризация в ванне — семейство технологий 3D-печати, использующих жидкие фотополимерные смолы, которые затвердевают (полимеризуются) под воздействием ультрафиолетового света. Основные представители этого класса — SLA (стереолитография) и DLP (цифровая светодиодная проекция).
Технология SLA (Stereolithography Apparatus)
Принцип работы
SLA — первая запатентованная технология 3D-печати (1986 год), использующая УФ-лазер для точечного отверждения жидкого фотополимера слой за слоем.
Процесс печати:
- Подготовка — 3D-модель погружается в ванну с жидкой фотополимерной смолой.
- Засветка слоя — УФ-лазер (обычно мощностью 250 мВт) фокусируется на поверхности смолы через систему зеркал и последовательно “рисует” контуры слоя, заставляя полимер затвердевать в точных заданных местах.
- Опускание платформы — после завершения слоя рабочая платформа опускается на толщину следующего слоя (25–100 мкм).
- Перемешивание смолы — валик или скребок выравнивает поверхность жидкого полимера.
- Повторение цикла — процесс повторяется до полного построения объекта.
- Постобработка — деталь промывается в изопропиловом спирте (IPA) для удаления остатков смолы и дополнительно отверждается в УФ-камере для набора максимальной прочности.
Две схемы построения:
Стол сверху (Top-Down): Платформа погружена в смолу сверху, модель печатается “вверх ногами”, перемещаясь снизу вверх. Лазер расположен под ванной.
Стол снизу (Bottom-Up): Платформа начинает у поверхности смолы и поднимается вверх. Дно ванны изготовлено из прозрачного силикона (пропускает УФ-лучи).
Технология DLP (Digital Light Processing)
Принцип работы
DLP использует цифровой проектор вместо лазера для отверждения смолы. Проектор оснащен матрицей микрозеркал (DMD-чип), которая проецирует изображение целого слоя сразу.
Ключевое отличие: Вместо точечного сканирования (как в SLA), DLP засвечивает весь слой одновременно, что значительно ускоряет процесс печати.
Процесс:
- Проектор выводит изображение слоя на дно ванны со смолой.
- Смола застывает в форме проецируемого слоя.
- Платформа поднимается, и процесс повторяется.
Минимальная толщина слоя: 15–50 мкм.
Сравнение SLA и DLP
| Параметр | SLA | DLP |
|---|---|---|
| Источник света | УФ-лазер (точечный) | Цифровой проектор (плоскостной) |
| Способ засветки | Последовательное сканирование | Проекция целого слоя сразу |
| Скорость печати | Медленнее (зависит от площади слоя) | Быстрее (не зависит от сложности) |
| Точность | Очень высокая (25–50 мкм) | Высокая (35–100 мкм, зависит от разрешения проектора) |
| Качество поверхности | Идеально гладкое (нет пикселизации) | Возможна легкая пикселизация по краям |
| Стоимость оборудования | Выше (лазер дороже) | Ниже (проектор дешевле) |
| Ресурс источника света | Ограниченный (лазер требует замены) | Выше (проектор служит дольше) |
| Применение | Высокоточное прототипирование, стоматология, ювелирка | Быстрое прототипирование, малые серии |
Материалы для SLA/DLP
Оба метода используют фотополимерные смолы — светочувствительные жидкие полимеры, застывающие под воздействием УФ-излучения определенного спектра.
Типы смол:
- Стандартные — для общего прототипирования (жесткие, хрупкие).
- Инженерные — ABS-подобные, PP-подобные (гибкие, ударопрочные).
- Литейные (Castable) — для создания мастер-моделей в ювелирном литье по выплавляемым моделям.
- Зубные (Dental) — биосовместимые смолы для изготовления хирургических шаблонов, кап, коронок.
- Эластичные — гибкие смолы, имитирующие резину.
- Керамические — с добавлением керамического порошка для последующего обжига.
Преимущества фотополимерной печати
✅ Высочайшая точность — разрешение до 25 мкм позволяет воспроизводить тончайшие детали.
✅ Гладкая поверхность — изделия практически не требуют шлифовки, подходят для покраски сразу после печати.
✅ Сложная геометрия — идеально подходит для печати тонкостенных конструкций, сеток, органических форм.
✅ Широкий выбор материалов — смолы с разными механическими, оптическими и химическими свойствами.
✅ Отсутствие поддержек на многих участках — вязкая смола частично поддерживает нависающие элементы.
Недостатки
❌ Хрупкость материала — стандартные смолы менее прочные, чем пластики FDM.
❌ Токсичность — жидкая смола требует работы в перчатках, хорошей вентиляции.
❌ Обязательная постобработка — промывка в IPA, УФ-доотверждение.
❌ Старение материала — детали со временем могут желтеть и терять прочность под воздействием УФ-света.
❌ Высокая стоимость смол — 1 литр смолы стоит $50–150 (против $15–30 за 1 кг филамента).
Области применения
Стоматология
Изготовление хирургических шаблонов, индивидуальных кап, коронок, съемных протезов.
Ювелирное дело
Мастер-модели для литья по выплавляемым моделям (восковкам).
Микромеханика
Детали часовых механизмов, миниатюрные шестерни, корпуса.
Прототипирование
Высокодетализированные модели для дизайн-ревью, выставочные образцы.
Медицина
Анатомические модели для планирования операций, учебные пособия.
Малые серии
Производство партий до 100–500 штук (оснастка, корпуса приборов).
Технологии SLA и DLP остаются эталоном точности в аддитивном производстве, предлагая непревзойденное качество поверхности для задач, где детализация критична.
Другие технологии печати:
- Экструзия материала – Моделирование методом наплавления (FFF)
- Синтез полимеров на подложке (Powder Bed Fusion) – Выборочное лазерное спекание (SLS)
- Струйное нанесение материала – Подача по требованию (Material Jetting, DOD)
- Струйное нанесение связующего вещества (Binder Jetting)
- Синтез металлов на подложке (Metal Powder Bed Fusion) – DMLS/SLM/EBM
