Jak přesně laserový 3D tisk vytváří modely?

Když je řeč o 3D tisku, možná vám jako první napadne skládání plastových filamentů. Existuje však laserová technologie 3D tisku – stereolitografie (SLA) založená na rychlém skenování galvanometrem – která dokáže vytvářet jemné modely, jako by se „řezalo světlem“, a zároveň se vyhýbá chybě typu „zápalková hlavička“. Jak dosahuje rovnováhy mezi vysokou přesností a efektivitou?

Na rozdíl od běžného modelování metodou fúzního nanášení (FDM), které vytváří objekty postupným vrstvením roztavených plastových filament, SLA využívá kapalnou světlocitlivou pryskyřici. Ultrafialový laser tuhne pryskyřici v místech, kde ji zasáhne, a galvanometr působící jako „světelné pero“ řídí laser tak, aby nakreslil obrys každé vrstvy, které jsou následně nasazeny jedna na druhou a tvoří model. Galvanometr s vysokou rychlostí a inteligentní ovládací systém jsou klíčem k tomu, aby laser „kreslil rychle a přesně“.

Galvanometr je „přesný navigátor“ laserové 3D tiskárny. Tvořený zrcadly a skenovacími motory řídí laser tak, aby rychle skenoval ve směrech X a Y – rychleji a stabilněji než starší platformy s pohybem os XY. Při vysokých rychlostech však mohou galvanometry vykazovat zpoždění, například „zaoblování“ rohů, a změny rychlosti mohou způsobit nerovnoměrné vytvrzování pryskyřice, což vede k efektu „zápalkové hlavičky“.

Řešením je přidání inteligentního řídicího schématu do galvanometru:

• Použijte algoritmus plánování rychlosti k výpočtu maximální rychlosti pro různé oblouky (přibližně 750 mm/s pro 180° oblouky, až 2500 mm/s pro 20° oblouky), což umožňuje přesné projetí rohů.
• Upravujte výkon laseru v reálném čase podle rychlosti, abyste zajistili rovnoměrnou energii tuhnutí pryskyřice a zabránili abnormálnímu ztuhnutí.
• Efektivní čtení souborů 3D modelů je také klíčové. Soubory jako Gcode a SLC mohou mít stovky megabajtů, což způsobuje pomalé přímé čtení a obtížný náhled konkrétních vrstev. Výzkumníci používají segmentované vícekanálové ukládání do mezipaměti – rozdělení souboru, paralelní zpracování a binární vyhledávání pro rychlé nalezení cílových vrstev – což výrazně zvyšuje efektivitu.
• Po zpracování obrysů se algoritmus ray casting používá k rozlišení vnitřních a vnějších obrysů (lichý počet průsečíků znamená vnitřní obrys, sudý počet průsečíků znamená vnější obrys). Pořadí se upraví podle pravidel a vytvoří se tzv. „strom obrysů“, aby se zabránilo tomu, že laser „nakreslí špatné hranice.“

Dnes SLA technologie umožňuje tisknout vysoce detailní modely, od malých zubních modelů až po velké průmyslové díly, a používá se při výrobě šperků, průmyslovém prototypování a lékařské rekonstrukci. Nejedná se pouze o „naskládání materiálů“, ale o „vytváření detailů pomocí světla a algoritmů“, což slibuje více vysoce přesných, personalizovaných produktů v budoucnosti.