У сфері адитивного виробництва технологія тривимірного формування смол зосереджена на фоточутливій полімеризації, перетворюючи рідку смолу на три-вимірну сутність зі складною геометрією та тонкими характеристиками поверхні шляхом-за-затвердінням. Цей процес вимагає не лише глибокого розуміння механізмів фотохімічних реакцій, але й високого ступеня координації в управлінні обладнанням, параметрами процесу та пост-обробці для забезпечення стабільного досягнення точності формування, механічних властивостей і якості поверхні.
Базові принципи фотополімеризації закладають основу цього процесу. 3D-смоли містять фотолітичні фотоініціатори та олефінові мономери або олігомери, що полімеризуються. Під певною довжиною хвилі ультрафіолетового або видимого світла ініціатор розкладається з утворенням вільних радикалів або катіонів, викликаючи розкриття подвійних зв’язків і утворення перехресно-зв’язаної мережі, змушуючи смолу перетворюватися з рідкого стану на твердий. Цей процес характеризується накопиченням -за-шаром, причому товщина кожного шару визначається фокусом джерела світла та стратегією сканування, таким чином будуючи повну форму шар за шаром. Залежно від джерела світла та методу проектування основні процеси поділяються на стереолітографію (SLA), цифрову обробку світла (DLP) і фотополімеризацію рідкокристалічного дисплея (LCD).
Технологія SLA (Surface Mount Laser) використовує ультрафіолетовий лазерний промінь для сканування поверхні смоли або затверділого шару на високій швидкості за допомогою системи гальванометра, затверджуючи точку-за-точкою для формування профілю поперечного-перерізу. Його переваги полягають у малому розмірі лазерної плями та точному позиціонуванні, що забезпечує надзвичайно високу точність розмірів і відтворення деталей, що робить його придатним для складних вигнутих поверхонь, мікроструктур, прес-форм і точних деталей із суворими вимогами до якості поверхні. Ключ до цього процесу полягає в узгодженні потужності лазера, швидкості сканування та коефіцієнта перекриття, а також у координації контролю рівня рідини та налаштувань товщини шару для зменшення напруги між шарами та короблення.
Технологія DLP (цифровий мікродзеркальний процес) використовує цифровий мікродзеркальний пристрій (DMD) для проектування всього УФ-зображення на резервуар зі смолою, затверджуючи весь поперечний-розріз за один прохід. Завдяки одночасному оголенню всього шару його швидкість формування значно вища, ніж у SLA, і він забезпечує кращу консистенцію між шарами, що робить його придатним для виробництва малих і середніх серій та виготовлення прототипів, які вимагають рівномірної обробки поверхні. Ключ до цього процесу полягає в оптимізації роздільної здатності проекції та однорідності джерела світла, а також в точному контролі часу експозиції та інтенсивності світла, щоб уникнути задирок на краях і відхилень у розмірах, спричинених надмірним-затвердінням або недостатнім-затвердінням.
Технологія РК-дисплея використовує РК-екран із високою-роздільністю як маску в поєднанні з ультрафіолетовим підсвічуванням для досягнення шару-за-експозицією. Вартість обладнання відносно низька і його легко популяризувати. Його роздільна здатність обмежена розміром пікселів РК-дисплея, але з розумними параметрами він усе ще може задовольнити виробничі потреби більшості зовнішніх прототипів і деталей середньої-точності. Процес вимагає особливої уваги до стійкості екрану до ультрафіолетового старіння, відповідності довжини хвилі джерела світла та плоскості знімної плівки, щоб зменшити спотворення та погане відшаровування міжшарового шару.
У загальному потоці процесу модель спочатку розрізається, а потім створюється опора, яка перетворює 3D-дані в -за-шарові інструкції експозиції. Потім обладнання автоматично завершує цикли покриття смолою, вирівнювання, висихання, підйому платформи та підготовки до наступного шару, доки не буде сформовано весь шматок. Вибір товщини шару повинен враховувати точність і ефективність: 0,025–0,1 мм товщина шару зазвичай використовується для точних деталей, тоді як 0,1–0,2 мм можна збільшити для звичайних прототипів, щоб прискорити процес. Енергія впливу безпосередньо залежить від глибини затвердіння; недостатня кількість енергії призведе до неповного затвердіння шарів, тоді як надмірна енергія збільшує ризик усадки, викривлення та крихкості після{10}}затвердіння.
Пост-обробка має вирішальне значення для кінцевої якості. Початкові формовані деталі потрібно очистити розчинником (наприклад, ізопропанолом), щоб видалити незатверділу смолу. Цей процес вимагає ретельного контролю часу та механічних дій, щоб уникнути пошкодження затверділої поверхні. Потім виконується вторинний процес затвердіння в УФ-камері з відповідною довжиною хвилі та дозуванням для подальшого покращення перехресних-зв’язків і механічних властивостей, але слід уникати надмірного впливу, щоб запобігти пожовтінню або прискореній усадці розмірів. Видалення опорної конструкції вимагає комбінованих процесів різання, шліфування та полірування для досягнення бажаної якості поверхні та точності розмірів.
Контроль навколишнього середовища та процесу також мають вирішальне значення. Смола чутлива до температури, вологості та світла. Середовище для формування має підтримуватися при постійній температурі (20 ~ 28 градусів), з відповідним осушенням і світлозахисним захистом, щоб запобігти попередньому затвердінню та коливанням продуктивності. Що стосується технічного обслуговування обладнання, резервуар зі смолою потрібно регулярно очищати, перевіряти інтенсивність і рівномірність джерела світла, а також калібрувати рівень платформи, щоб забезпечити довгострокову стабільність товщини шару та точність позиціонування.
Загалом, 3D-ліття із смоли — це проект системної інженерії, який об’єднує фотохімію, точну механіку та програмні алгоритми. Різні типи процесів мають власні переваги з точки зору точності, швидкості та застосовних сценаріїв; правильний вибір і оптимізація параметрів можуть максимізувати потенціал матеріалу. З удосконаленням у технології джерел світла, складі смоли та інтелектуальному контролі цей процес продовжуватиме розвиватися в напрямку вищої точності, швидшої ефективності та більшої функціональної адаптованості, забезпечуючи надійну підтримку формування для таких галузей, як точне виробництво, культурні та творчі індустрії та медичні моделі.
