Ugrás a tartalomhoz

Szerkesztő:Valkais/Sztereolitográfia (SLA nyomtatás)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Sztereolitográfiás nyomtató részei: a) fényforrás (lézerrel vagy DLP[1]-vel) ez szelektíven (a kialaktandó tárgy alakjának megfelelően) átvilágít a b) tartály c) átlátszó alján (világoskékkel jelölve). A tartály aljában folyékony fotopolimer[2] van. A tárgyat adott vastagságú rétegekből építi fel. Amint kész egy réteg, a d) megszilárdult fotopolimert, (az éppen nyomtatott tárgyat) egy réteg vastagságnyival megemeli a készülék e) tartólapja.
SLA gyártott alkatrész
Egy fluidikai chip, SLA technikával nyomtatott modellje.

A sztereolitográfia (SLA vagy SL), más néven gyantás (resines) fotopolimerizáció a 3D nyomtatási technológia egyik formája, amelyet modellek, prototípusok, öntőformák és alkatrészek rétegenkénti létrehozására használnak. Ehhez fotokémiai eljárásokat alkalmaznak, amelyek során a fény hatására a kémiai monomerek és oligomerek térhálósodnak és belőlük polimerek keletkeznek,[3] belőlük készül el a háromdimenziós szilárd, nyomtatott test. Ezzel a technológiával kapcsolatosan már az 1970-es években végeztek kutatásokat, de magát a kifejezést Chuck Hull 1984-ben találta ki, amikor szabadalmat kért az eljárásra, amelyet 1986-ban adtak meg.[4] A sztereolitográfia használható prototípusok létrehozására fejlesztés alatt álló termékekhez, például orvosi modellekhez és számítógépes hardverekhez és számos más alkalmazáshoz.

Története

[szerkesztés]

A sztereolitográfia vagy "SLA" nyomtatás egy korai és széles körben használt 3D nyomtatási technológia. Az 1980-as évek elején Hideo Kodama japán kutató találta fel először a modern, réteges sztereolitográfia modern fajtáját, melyben ultraibolya fény segítségével szilárdítják meg a folyékony fotopolimereket.[5] 1984-ben, közvetlenül azelőtt, hogy Chuck Hull benyújtotta saját szabadalmát, Alain Le Mehaute, Olivier de Witte és Jean Claude André szabadalmi igényt jegyeztetett be a sztereolitográfiai eljárásra.[6] A francia feltalálók szabadalmi igényéről azonban a Francia General Electric Company (jelenleg Alcatel-Alsthom) és a CILAS lemondott (nem tartotta fent).

A „sztereolitográfia” (a görög "sztereo", szilárd és litográfia összetétele) kifejezést 1984-ben Chuck Hull alkotta meg, amikor benyújtotta az eljárásra vonatkozó szabadalmát.[3] Ezzel a módszerrel 3D objektumokat hozhatunk létre fotopolimerből, a vékony rétegek egymás utáni, ultraibolya fénnyel megszilárdított anyagából, az alsó rétegtől a felső rétegig. Hull szabadalmában egy folyékony fotopolimerrel töltött kád belsejébe fókuszált ultraibolya fénysugár szerepel, amely a fotopolimer felületére fókuszálva térhálósítással (molekulák közötti kötések létrehozása a polimerekben) hozza létre a kívánt 3D objektum minden rétegét. Eredetileg arra találta ki, hogy a mérnökök számára a megtervezett prototípusok gyors elkészítését.[5][7] A szabadalom 1986-os megadása után[3] Hull társalapítója lett a világ első 3D-nyomtató cégének, a 3D Systems-nek, amely kereskedelmi forgalomba hozta az ezen alapuló berendezéseket.

A sztereolitográfia sikeres lett az autóiparban ami lehetővé tette, hogy a 3D nyomtatás iparággá váljon és ez a technológia számos területen újabb és újabb felhasználásra talál.[7][8] Ehhez az is kellett, hogy megalkossák a sztereolitográfiai folyamatok matematikai modelljeit, az optimalizált "szeletelő" algoritmusokat illetve olyanokat, amelyek meghatározzák, hogy a megtervezett tárgy létrehozható-e 3D nyomtatással.[9]

Technológia

[szerkesztés]

A sztereolitográfia egy additív gyártási eljárás, amely legáltalánosabb formájában úgy működik, hogy egy ultraibolya (UV) lézert egy fotopolimer gyantából álló tartályra fókuszálnak. [10] A számítógéppel segített gyártás vagy számítógéppel támogatott tervezés (CAM/CAD) szoftver segítségével [11] az UV lézerrel előre programozott mintát vagy formát rajzolnak a fotopolimer kád felületére. A fotopolimerek érzékenyek az ultraibolya fényre, ezért a gyanta fotokémiailag megszilárdul, és egyetlen réteget képez a kívánt 3D objektumból. [12] Ezután az építőplatform leenged egy réteget, és egy penge újra bevonja a tartály tetejét gyantával. Ez a folyamat a terv minden egyes rétegénél megismétlődik, amíg a 3D objektum el nem készül. A kész alkatrészeket oldószerrel le kell mosni, hogy a felületükről a nedves gyantát megtisztítsák. [13]

Lehetőség van objektumok „alulról felfelé” történő nyomtatására is, ha egy átlátszó fenekű kádat használunk, és az UV vagy mélykék polimerizációs lézert felfelé fókuszáljuk a tartály alján keresztül. [13] Egy fordított sztereolitográfiai gép úgy indítja el a nyomtatást, hogy leengedi az építőplatformot, hogy megérintse a gyantával töltött kád alját, majd egy réteg magasságában felfelé mozog. Az UV lézer ezután az átlátszó kád fenekén keresztül írja a kívánt alkatrész legalsó rétegét. Ezután a kádat "megrázzuk", meghajlítva és leválasztva a kád alját a megkeményedett fotopolimertől; a megkeményedett anyag leválik a kád aljáról és a felszálló építőplatformhoz tapadva marad, a részben beépített rész szélein pedig új folyékony fotopolimer áramlik be. Az UV-lézer ezután megírja az alulról kezdődő második réteget, és megismétli a folyamatot. Ennek az alulról felfelé irányuló módnak az az előnye, hogy a felépítési térfogat sokkal nagyobb lehet, mint maga a kád, és csak annyi fotopolimerre van szükség, hogy az építőkád alja folyamatosan tele legyen fotopolimerrel. Ez a megközelítés az asztali SLA nyomtatókra jellemző, míg a jobb oldallal felfelé megközelítés az ipari rendszerekben gyakoribb.

A sztereolitográfia olyan tartószerkezetek használatát igényli, amelyek a felvonóplatformhoz kapcsolódnak, hogy megakadályozzák a gravitáció miatti elhajlást, ellenálljanak a gyantával töltött penge oldalirányú nyomásának, vagy megtartsák az újonnan létrehozott szakaszokat az alulról felfelé történő nyomtatás "kádlengése" során. A támogatások általában automatikusan jönnek létre a CAD modellek készítése során, és manuálisan is elkészíthetők. Mindkét esetben a támasztékokat kézzel kell eltávolítani a nyomtatás után.

A sztereolitográfia más formái minden réteget LCD maszkolással vagy DLP projektor használatával építenek fel. [14] [15]

Az SLA nyomtatáshoz használt folyékony anyagokat általában "gyantáknak" (resinnek) nevezik, ezek UV-re keményedő polimerek. A gyanták széles választéka kapható a kereskedelemben, így saját, házilag összeállított gyantakeverékkel is dolgozhatunk. A kinyomtatott tárgy anyaga a felhasznált alapanyagoktól függően többféle lehet, a következő kategóriákba sorolhatók: [16]

  • Szabványos gyanták, általános prototípuskészítéshez
  • Műszaki gyanták speciális mechanikai és termikus tulajdonságokhoz
  • Fogászati és orvosi gyanták, biokompatibilitási tanúsítványokhoz
  • Önthető gyanták, elégés utáni nulla hamutartalommal
  • Bioanyag gyanták, amelyeket szintetikus polimerek, például polietilénglikol, vagy biológiai polimerek, például zselatin, dextrán vagy hialuronsav vizes oldataiként állítanak elő.

Felhasználások

[szerkesztés]

Orvosi modellek készítése

[szerkesztés]
Egy koponya sztereolitográfiai modellje

A sztereolitográfiai modelleket az 1990-es évek óta használják az orvostudományban,[17] számítógépesen, CT, MRI vagy más, pontos térbeli szkennelés[18] után, a páciens különböző anatómiai régióinak pontos 3D modelljeinek létrehozására.[19] A képalkotó eljárások eredményeképpen az adott emberi tetsrész keresztmetszeti képeinek sorozatát kapják. Ezeken a képeken a különböző szövetek különböző szürkeségi szintekként jelennek meg. A szürke értékek egy adott szürkeségi tartományt kiválasztva lehetővé válik az egyes szövettípusok behatárolása. Ezután kiválasztva egy vizsgálandó területet, megkeresi az azonos szürkeségi tartományba eső összes képpontot. Igy kiválaszthatunk egy adott szervet. Ezt a folyamatot szegmentációnak nevezik. A szegmentált adatok ezután átalakíthatók a sztereolitográfiához szükséget formátumba.[20] Míg a 3D nyomtatás általában pontos, az orvosi modell pontossága számos tényezőtől függ, különösen attól, hogy szegmentálást megfelelő lett-e az ebből addó hibák azonban, elegendő gyakorlattal rednelkező, jól képzett kezelőkkel elkerülhetők.[21]

A sztereolitográfiai modellek a diagnózis, a műtét előtti tervezést[22] és az implantátumok tervezését és gyártását segítik. Ezzel a technológiával készített modelleket használnak a személyre szabott implantátumok tervezéséhez és gyártásához, például a sztereolitográfia segítségével létrehozott orvosi modellek segíthetnek a koponyaplasztikai lemezek megtervezésében.[23][24]

2019-ben a Rice Egyetem tudósai a Science folyóiratban megjelent cikkükben bemutattak biológiai kutatási alkalmazásokban használható, sztereolitográfiai, lágy hidrogél anyagokat.[25]

Prototípuskészítés

[szerkesztés]

A sztereolitográfiát gyakran használják az alkatrészek prototípusának elkészítéséhez. Így, viszonylag alacsony áron pontos prototípusokat készíthetők, még szabálytalan alakúak is.[26] Ezek a 3D nyomtatással készült termékek alkalmasak termékek rototípusainaka elkészítésére, vagy a végtermék reklámozására.[22]

Előnyök és hátrányok

[szerkesztés]

Előnyök

[szerkesztés]

A sztereolitográfia egyik előnye a gyorsaság; a működő, felhasználható alkatrészek egy napon belül legyárthatók.[7] Egy alkatrész előállításához szükséges idő a tervezés összetettségétől és a mérettől függ, a nyomtatási idő (nagy méretek esetén) akár egy napig is eltarthat.[7] Az SLA nyomtatott alkatrészek, ellentétben az FFF/FDM- el kapottakkal, nem mutatnak jelentős anizotrópiát és nincs látható réteges felületi mintázatuk sem. A felület minősége általában kiváló. A sztereolitográfiával készült prototípusok és tervek kellően erősek és szilárdak a gépi megmunkáláshoz. Ezzel az eljárással fröccsöntéshez, vagy különféle fémöntési eljárásokhoz mestermintákat is készíthetnek.[27]

Hátrányok

[szerkesztés]

Bár a sztereolitográfia gyakorlatilag bármilyen szintetikus minta előállítására használható[11] de néha még költségesnek számít (bár az ár egyre csökken. 2012 óta[28]) mert a 3D nyomtatás iránti érdeklődés házi (hobbi) SLA-nyomtató létrejöttét inspirálta, amelyek költsége lényegesen alacsonyabb. 2016-tól az SLA és a DLP módszerek nagy felbontású, nagy kontrasztú LCD-panellel történő helyettesítése 200 US$ alá csökkentette az árakat. A rétegek egy lépésben jönnek létre, mivel a teljes réteg egyszerre jelenik meg az LCD-képernyőn, ami csak ott ereszti át a fényt, amely helyeken az adott réteget meg kell szilárdítani és az alatta lévő UV LED-ek segítségével exponáljuk. Ezzel 0,01 mm-es felbontás érhető el. További hátránya, hogy a fotopolimerek ragadósak, szennyezőek ezért óvatosan kell bánni velük.[29] Az újonnan készített alkatrészeket le kell mosni (eltávolítani a felületükön maradt, meg nem keményedett fotopolimert), majd tovább kell keményíteni és szárítani. Általában az SLA-technológiák nem hoztak létre biológiailag lebomló vagy komposztálható gyantaformákat, míg más 3D nyomtatási módszerek komposztálható PLA- lehetőségeket kínálnak. Az anyagok választéka korlátozott az FFF-hez képest, amely gyakorlatilag bármilyen hőre lágyuló műanyagot képes feldolgozni.

Jegyzetek

[szerkesztés]
  1. ↑ DLP (Digital Light Processing). (Hozzáférés: 2024. július 23.)
  2. ↑ Photopolymer. (Hozzáférés: 2024. augusztus 30.)
  3. ↑ a b c U.S. Patent 4,575,330 (“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”)
  4. ↑ US Patent for Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography Patent (Patent # 4,575,330 issued March 11, 1986) - Justia Patents Search. patents.justia.com. (Hozzáférés: 2019. április 24.)
  5. ↑ a b Gibson, Ian, and Jorge Bártolo, Paulo. “History of Stereolithography.” Stereolithography: Materials, Processes, and Applications. (2011): 41-43. Print. 7 October 2015.
  6. ↑ Jean-Claude. „Disdpositif pour realiser un modele de piece industrielle”, National De La Propriete Industrielle 
  7. ↑ a b c d Hull (2012. október 17.). „On Stereolithography”. Virtual and Physical Prototyping 7 (3), 177. o. DOI:10.1080/17452759.2012.723409.   Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke, „Hull, Chuck 2012” nevű forráshivatkozás többször van definiálva eltérő tartalommal
  8. ↑ Jacobs, Paul F. “Introduction to Rapid Prototyping and Manufacturing.” Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography. 1st Ed. (1992): 4-6. Print. 7 October 2015.
  9. ↑ B. Asberg, G. Blanco, P. Bose, J. Garcia-Lopez, M. Overmars, G. Toussaint, G. Wilfong and B. Zhu, "Feasibility of design in stereolithography," Algorithmica, Special Issue on Computational Geometry in Manufacturing, Vol. 19, No. 1/2, Sept/Oct, 1997, pp. 61–83.
  10. ↑ Crivello, James V., and Elsa Reichmanis. "Photopolymer Materials and Processes for Advanced Technologies." Chemistry of Materials Chem. Mater. 26.1 (2014): 533. Print.
  11. ↑ a b Lipson, Hod, Francis C. Moon, Jimmy Hai, and Carlo Paventi. "3-D Printing the History of Mechanisms." Journal of Mechanical Design J. Mech. Des. (2004): 1029-033. Print.
  12. ↑ Fouassier, J. P. "Photopolymerization Reactions." The Wiley Database of Polymer Properties 3 (2003): 25. Print.
  13. ↑ a b Ngo: Formlabs Form 2 3D Printer review: An excellent 3D printer for a hefty price. (Hozzáférés: 2016. augusztus 3.) Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke, „Form 2 Review” nevű forráshivatkozás többször van definiálva eltérő tartalommal
  14. ↑ rsilvers: On the difference between DLP and LCD based SLA printers | Matter Replicator (amerikai angol nyelven). Matter Replicator, 2019. március 2. [2023. november 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. március 17.)
  15. ↑ Ali: Difference Between DLP and LCD-Based SLA Printers. Lets3dPrint, 2024. január 19. (Hozzáférés: 2024. szeptember 2.)
  16. ↑ SLA 3D printing materials compared (angol nyelven). 3D Hubs. (Hozzáférés: 2020. október 21.)
  17. ↑ Klimek (1993). „Stereolithographic modelling for reconstructive head surgery”. Acta Oto-Rhino-Laryngologica Belgica 47 (3), 329–34. o. PMID 8213143.  
  18. ↑ Winder (2009). „A Review of the Issues Surrounding Three-Dimensional Computed Tomography for Medical Modelling using Rapid Prototyping Techniques”. Radiography 16, 78–83. o. DOI:10.1016/j.radi.2009.10.005.  
  19. ↑ Bouyssie (1997). „Stereolithographic models derived from x-ray computed tomography. Reproduction accuracy”. Surgical and Radiologic Anatomy 19 (3), 193–9. o. PMID 9381322.  
  20. ↑ Bibb, Richard. Medical Modelling: the application of advanced design and development technologies in medicine. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd (2006). ISBN 978-1-84569-138-7 
  21. ↑ Winder (2005). „Medical Rapid Prototyping Technologies: State of the Art and Current Limitations for Application in Oral and Maxillofacial Surgery”. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery 63 (7), 1006–15. o. DOI:10.1016/j.joms.2005.03.016. PMID 16003630.  
  22. ↑ a b Applications of SLA. Stereolithography. (Hozzáférés: 2016. október 7.) Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke, „CMU” nevű forráshivatkozás többször van definiálva eltérő tartalommal
  23. ↑ D'Urso. „Custom cranioplasty using stereolithography and acrylic”. British Journal of Plastic Surgery 53 (3), 200–204. o. DOI:10.1054/bjps.1999.3268. PMID 10738323.  
  24. ↑ Klein (1992. október 1.). „Pediatric craniofacial surgery: Comparison of milling and stereolithography for 3D model manufacturing”. Pediatric Radiology 22 (6), 458–460. o. DOI:10.1007/BF02013512. PMID 1437375.  
  25. ↑ Grigoryan (2019. május 3.). „AAAS”. Science 364 (6439), 458–464. o. DOI:10.1126/science.aav9750. PMID 31048486. PMC 7769170.  
  26. ↑ Palermo: What is Stereolithography?, 2013. július 16. (Hozzáférés: 2016. október 7.)
  27. ↑ Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) Proto3000 nevű lábjegyzeteknek
  28. ↑ Prindle: With lasers and hot nylon, Formlabs just took 3D printing to a whole new level. Designtechnica Corporation, 2017. június 6. (Hozzáférés: 2018. szeptember 24.)
  29. ↑ Doan: The best solution for resin 3d printing safety (brit angol nyelven). Alveo3D, 2024. február 14. (Hozzáférés: 2024. február 15.)

Külső hivatkozások

[szerkesztés]

Sablon:3d printing

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Szerkesztő:Valkais/Sztereolitográfia_(SLA_nyomtatás)&oldid=27526643”