Stereolitograafia

Allikas: Vikipeedia
Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
Stereolitograafia tööpõhimõte.

Stereolitograafia (SL/SLA) on kolmemõõtmelise printimise tehnoloogia, kus kasutatakse kihtide loomiseks ja kõvendamiseks fotopolümeersete vaikude fotokeemilisi protsesse.[1]

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Stereolitograafia tehnoloogia töötati välja 1980ndatel. Kuigi esmalt proovisid protsessi patenteerida prantslased Alain Le Mehaute, Olivier de Witte and Jean Claude André[2], lükati nende taotlus tagasi.

Aastal 1984 esitas enda patendi tehnoloogiale ameeriklane Chuck Hull,[1] kes populariseeris ka termini "stereolitograafia". Hulli patendis kirjeldatud tehnoloogia kasutas fotopolümeerse vaiguga vanni pinnale suunatud kontsentreeritud ultraviolettvalguse kiirt, et joonistada välja soovitud kujund kiht kihi haaval alustades eseme põhjast. Patendi taotlus rahuldati aastal 1986 ning Chuck Hull asutas maailma esimese 3D printimise firma 3D Systems, tehnoloogia laiemale avalikkusele tutvustamiseks.[3]

Tööpõhimõte[muuda | muuda lähteteksti]

Skeem inverteeritud stereolitograafia meetodit kasutavast printerist. Laseri või projektori (a) abil valgustatakse vanni läbipaistva põhja (c) peal olevat fotopolümeerset vaiku (b), mis selle tulemusena moodustab kõva kihi. Prinditavat objekti (d) tõstetakse iga kihi valmimisel kihi võrra kõrgemale liigutades alusplatvormi (e).

Tavaline stereolitograafial põhinev 3D printer kasutab kihtide välja joonistamiseks UV-laserit, mille fookus suunatakse fotopolümeerset vaiku sisaldava vanni pinnale. Raalprojekteerimise (CAM/CAD) teel genereeritud keha joonistatakse UV-laseriga kiht kihi haaval vanni pinnale. Kuna fotopolümeerid on tundlikud UV-valguse suhtes tekib niiviisi vanni pinnale tahke polümeeri kiht. Iga kihi valmimisel langetatakse detail sügavamale vaiguvanni ning ühtlustatakse vanni pealispind, et alustada uue kihi joonistamisega. Protsessi korratakse kuni objekti valmimiseni. Lõppviimistlusena tuleb prinditud objekti pesta lahustiga, et eemaldada vedelad polümeerijäägid.[4]

Stereolitograafial põhinev printer võib ka olla inverteeritud, mis puhul on vaiguga täidetud vanni põhi läbipaistev ning printimine toimib vanni põhjas, kusjuures detail koos alusplatvormiga liigub vannis alt üles. Sellisel viisil printimisel ei ole detaili kõrgus piiratud vanni sügavusega, vaid vannis oleva polümeerse vaigu kogusega kuna vaid vanni põhi peab olema kaetud vaiguga. Selline lahendus on rohkem levinud väiksemates SLA printerites, samas kui tööstuslikult kasutatakse inverteerimata lahendusi. [5]

Laserite asemel võib SLA printerites kihte luua ka projektori või LCD ekraani abil võimaldades terve kihi korraga loomist.[6]

Stereolitograafias kasutatavad fotopolümeersed vaigud on laialdaselt kättesaadavad ning materjalil eri omaduste saavutamiseks võib neid ka soovi korral kombineerida. Eri ainete kontsentratsioonidega vaikudel võivad olla väga erinevad omadused. Laialdaselt jagatakse vaigud järgmistesse kategooriatesse:[7]

  • Standardsed vaigud - üldotstarbeliseks kasutuseks
  • Mehaanilised vaigud - kindlate mehaaniliste omaduste saavutamiseks
  • Meditsiinilised vaigud - kasutuseks hambaravis ja muudel meditsiinilistel otstarvetel
  • Valatavad vaigud - vähese tahmasisalduse tagamiseks valuvormimisel

Eelised ja puudused[muuda | muuda lähteteksti]

Stereolitograafia põhiliseks eeliseks teiste 3D printimise tehnoloogiate osas on selle kiirus. Kuigi valmimisaeg oleneb detaili keerukusest ja suurusest saab üldiselt pea iga disaini luua vähem kui päevaga.[8] Valminud detaile on võimalik lõiketöödelda ning kasutada valuvormides olenevalt kasutatud materjali omadustest. Stereolitograafia meetodil prinditud detailidel on ka tavalisest kõrgem pinnakvaliteet.[9]

Stereolitograafia peamiseks miinuseks on maksumus. Kuigi viimasel ajal on fotopolümeersete vaikude hind langenud, maksab liiter umbes 40 USD.[10] Professionaale SLA printer võib maksma minna kuni 250 000 USD.[11] Alates aastast 2012 on kasvav avalikkuse huvi inspireerinud firmasid looma odavamaid tavakasutajaile kättesaadavamaid lahendusi, mis on ka tunduvalt odavamad.[12] Alates aastast 2016 on liigutud ka rohkem kõrgresolutsiooniliste LCD paneelide poole, mis on vähendanud printerite maksumust veel enamgi.[13] Veel üheks miinuseks on vajadus järeltöötlemise järgi. Reageerimata fotopolümeerne vaik tuleb eemaldada ning prinditud ese võib vajada lisakõvendamist UV-valguse käes.[4]

Kasutus[muuda | muuda lähteteksti]

Stereolitograafiat kasutatakse meditsiinis juba 1990ndatest saadik, et luua harjutus- ning õppematerjale. Lisaks sellele kasutatakse SLA printereid ka proteeside prototüüpimisel ning tootmise abistamiseks.

Lisaks meditsiinivaldkonnale kasutatakse SLA printereid ka tööstuses kuna printimisprotsess on kiire ning siiski suhteliselt odav. [14]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 "U.S. Patent 4,575,330". (“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”).
  2. Jean-Claude, Andre. ""Disdpositif pour realiser un modele de piece industrielle"". National De La Propriete Industrielle.
  3. ""Our Story"". 3D Systems, Inc. Vaadatud 01.05.2021.
  4. 4,0 4,1 "Post-Process Your SLA Prints in 4 Easy Steps". Kudo3D. Vaadatud 02.05.2021.
  5. "Guide to Stereolithography (SLA) 3D Printing". Formlabs. Vaadatud 02.05.2021.
  6. Silvers, Robert. "On the difference between DLP and LCD based SLA printers". Matter-Replicator. Vaadatud 02.05.2021.
  7. "SLA 3D printing materials compared". 3D HUBS. Vaadatud 02.05.2021.
  8. Hull, Chuck. "On Stereolitography". Virtual and Physical Prototyping. 7 (3): 177. Vaadatud 02.05.2021.
  9. Kruuse, Kadi. "Taaskasutatud materjalid 3D printimisel". Bakalaureusetöö. Tallinna Tehnikaülikool. Vaadatud 02.05.2021.
  10. "ANYCUBIC 3D Printer Resin". www.amazon.com. Vaadatud 02.05.2021.
  11. Brain, Marshall. "How Stereolithography 3-D Layering Works". Howstuffworks. Infospace LLC.. Vaadatud 02.05.2021.
  12. Prindle, Drew. "With lasers and hot nylon, Formlabs just took 3D printing to a whole new level". Digital Trends. Designtechnica Corporation, 06.06.2017. Vaadatud 02.05.2021.
  13. "Anycubic Photon". www.anycubic3d.com. Vaadatud 02.05.2021.
  14. "Applications of SLA". Vaadatud 02.05.2021.