Фотополимеризация в ванне

Фотополимеризация в ванне (Vat Photopolymerization , VP) — это группа аддитивных технологий, использующих свет (лазер или проектор) для отверждения жидкого фотополимера в резервуаре, формируя точные 3D - объекты слой за слоем. Согласно ГОСТ Р 57556-2017 (ASTM F42), VP включает лазерную стереолитографию (Stereolithography , SLA) и цифровую световую обработку (Digital Light Processing , DLP) — одни из первых методов АП, разработанные в 1980-х Чаком Халлом. Эти технологии широко применяются до начтоящего времени для создания высокоточных деталей в машиностроении, медицине, дизайне и прототипировании.

Принцип работы VP

В основе VP лежит резервуар (ванна) с жидким фотополимером — смолой, которая твердеет под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. Источник света (лазер в SLA или проектор в DLP ) избирательно (селективно) засвечивает поверхность смолы, формируя путем полимеризации смолы тонкий слой (от 0,025 до 0,1 мм). После отверждения одного слоя платформа сдвигается (вниз или вверх, в зависимости от конструкции принтера), и процесс повторяется до завершения объекта.
Особенность: В отличие от FDM , VP не требует механического нанесения материала, что повышает точность.

Технологии VP

1. Лазерная стереолитография (SLA)
   Лазер УФ-диапазона (обычно 405 нм) сканирует поверхность смолы по заданной траектории, управляемой G -кодом или эквивалентным ПО.
   Пример: Деталь с разрешением 0,05 мм для ювелирных изделий или медицинской модели.
   Оборудование: Formlabs Form 3, недорогой вариант — Anycubic Photon.
2. Цифровая световая обработка (DLP)
   Проектор освещает сразу весь слой через цифровую маску, что ускоряет печать по сравнению с SLA. Разрешение зависит от пикселей проектора (обычно 1080 p или 4 K ).
   Пример: Медицинские модели зубов, напечатанные за 1–2 часа.
   Оборудование: Elegoo Mars, Phrozen Sonic.
3. Последние годы получил развитие процесс 3D фотополимеризации в ванне. Цилиндрической формы ванна с фотополимером вращается вокруг своей центральной оси. Происходит засветка УФ лазерным излучением слоей в центральной области, которая за счет вращения приобретает формы 3Д объекта.

Этапы процесса

1. Проектирование: Создание 3D - модели в CAD с учетом минимальной толщины стенок и дренажных отверстий (см. 'Дизайн в аддитивном производстве').
2. Слайсинг: Преобразование модели в слои через ПО (ChiTuBox, PreForm), настройка ориентации и поддержек.
3. Печать: Отверждение смолы светом, слой за слоем.
4. Постобработка: Промывка в изопропиловом спирте, удаление поддержек, дополнительное УФ-отверждение для прочности.

Материалы

Используются фотополимерные смолы: стандартные (для прототипов), прочные (для функциональных деталей), гибкие, биосовместимые (для медицины).
Пример: Смола Dental SG для зубных имплантатов.

Преимущества и недостатки

• Преимущества:
• Высокая точность (±0,025–0,1 мм) и гладкость поверхности.
• Возможность сложных геометрий (внутренние полости, тонкие стенки).
• Быстрая печать целых слоев в DLP .
• Недостатки:
• Высокая стоимость оборудования (от $500 для базовых моделей до $10,000+ для профессиональных).
• Ограниченный выбор материалов (только фотополимеры).
• Требуется постобработка и вентиляция из-за токсичности смол.
  Сравнение: FDM дешевле, но уступает в детализации.

Применение

VP используется для ювелирных изделий, стереолитографии используетмя для создания моделей для мастер-форм в технологии литья по выплавляемым моделям, стоматологических моделей (DLP или SLA), прототипов с высокой детализацией и медицинских имплантатов. Это идеальный выбор, когда важны точность и качество поверхности.

В настоящее время получил широкое распростанение процесс VP, в котором в олигомер добавляется наполнитель, например керамика (Al2O3, ZrO2, AZO, ЦТС, BaTiO3, гидроксиаппатит и т.д.). Получается паста с содержанием керамики до от 40 до 60 и более процентов. Процесс 3D происходит обычным способом (SLA или DLP). На этом первый этап завершается и получается первый полуфабрикат (green part). Далее в специально печи выжигается весь отвержденный полимер и получается второй полуфабрикат brown-part. На заключительном этапе проиходит длительное (несколько суток) многоступенчатое спекание керамики, для удаления всех пор. Имеет место значительная усадка (до 30-40%), но форма изделия из керамики и ее структура получаются довольно высокого качества.

Наиболее известные фирмы, производители таких технологических установок 3Д печати SLA-based ceramics, это 3DCeram CeraMaker (France) и LIthoz (Austia).