Breve introduzione al processo di produzione di prototipazione rapida per la stampa tridimensionale
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Questo metodo di stampaggio è una delle ricerche più approfondite al mondo, la tecnologia più matura e il metodo di prototipazione rapida più utilizzato. Nel 1984, la tecnologia di stampa tridimensionale era ancora in fase di ricerca di laboratorio. Nel 1988, fu commercializzato il primo sistema di produzione operativo. Nel 1989, American Chryster ha applicato per la prima volta questa tecnologia alla pratica ingegneristica, ma non ha ricevuto abbastanza attenzione fino al 1992.
1) Principio di processo
SLA-Stereolithagraphy Apparatus, noto anche come stereolitografia, photocuring, ecc. Il principio di base del processo (mostrato in Figura 4) consiste nell'utilizzare il CAD per eseguire la geometria 3D del prototipo richiesto, generare file di dati ed elaborare il modello emerso. Le superfici interne ed esterne del modello sono discretizzate da piccoli triangoli e si ottiene il formato di file STL (Stereolitografia), che viene comunemente utilizzato nei sistemi di produzione di prototipazione rapida e standard predefiniti. Il modello viene tagliato da un'elaborazione della distanza equidistante o disuguale per formare una serie di fogli paralleli orizzontali a sezione trasversale dal basso verso l'alto, ovvero il modello di superficie viene tagliato in una serie di sezioni trasversali da un computer. Il percorso ottimale che include sia il percorso del profilo della sezione trasversale che il percorso di scansione interno viene generato per ogni sezione da un algoritmo della linea di scansione. Allo stesso tempo, il modello è posizionato sul sistema di stampaggio per progettare la struttura di supporto.
Le informazioni di sezione e le informazioni sul percorso generato vengono utilizzate come file di comando (file CLI) per il controllo della macchina di formatura e viene programmata una macchina di consegna di comando a controllo numerico di ciascun livello. Più la stratificazione è sottile, maggiore è la precisione della parte risultante e la delaminazione dello spessore disuguale viene utilizzata per accelerare il processo di formatura.
Il raggio laser nella macchina di formatura laser viene scansionato dal comando di controllo numerico, in modo che la resina fotosensibile liquida contenuta nel contenitore sia solidificata e incollata strato per strato. Il processo di polimerizzazione inizia con il primo strato di liquido sulla piattaforma di lavoro. Quando il primo strato viene polimerizzato, la piattaforma di lavoro viene abbassata di una distanza lungo l'asse Z (ovvero, lo spessore dello strato, tenendo conto del materiale e dei fattori di processo), in modo da coprire un nuovo strato di resina liquida. Sopra lo strato indurito, viene eseguito un secondo strato di polimerizzazione. Ripeti questo processo fino a quando il livello finale non viene curato e viene generata un'entità prototipo 3D. La resina fotosensibile liquida contenuta nel serbatoio di stoccaggio del liquido si solidificherà in una certa area a una certa lunghezza d'onda (come 325 nm) e l'irradiazione del laser ad ultravioletto di intensità per formare un punto di solidificazione. All'inizio della formatura, la piattaforma di lavoro si trova a una certa profondità al di sotto del livello del liquido, ad esempio 0,05 ~ 0,2 mm. Il punto laser focalizzato viene scansionato punto per punto sulla superficie del liquido in base alle istruzioni del computer, cioè punto per punto. La resina che non era irradiata con luce laser dopo uno strato di scansione era ancora liquida. Quindi il telaio di sollevamento guida la piattaforma e poi scende ad un livello. Lo strato appena formato viene coperto con uno strato di resina e quindi scansionato per un secondo strato per formare un nuovo strato di lavorazione e saldamente connesso con la porzione solidificata.
Per una macchina di formatura che esegue la scansione con uno specchio di deflessione laser, la lunghezza focale e la dimensione del punto liquido cambiano quando il raggio laser viene deviato, il che influisce direttamente sulla polimerizzazione dello strato sottile. Per compensare le variazioni della lunghezza focale e della dimensione dello spot, anche la velocità della scansione del raggio laser deve essere regolata in tempo reale. Inoltre, anche la velocità di scansione di ogni strato sottile deve essere regolata in base allo spessore dello strato del materiale da trattare (variazione dello spessore dello strato).
2) Composizione del sistema
Tipicamente, un sistema di stampa tridimensionale è costituito da un laser, un dispositivo di movimento XY o uno scanner di deflessione laser, un polimero liquido fotosensibile, un contenitore di polimero, un software di controllo e una tavola di sollevamento.