Jak drukowanie laserowe 3D precyzyjnie wyrabia modele?

Gdy mówi się o druku 3D, na myśl przychodzi najpierw nakładanie nici plastikowej. Istnieje jednak technologia laserowego druku 3D – stereolitografia (SLA) oparta na szybkim skanowaniu galwanometrem – która pozwala tworzyć delikatne modele, jakby „rzeźbić światłem”, unikając jednocześnie wady typu "głowica zapałki". Jak osiąga równowagę między wysoką precyzją a wydajnością?

W przeciwieństwie do zwykłego modelowania metodą naprzemiennej nakładki (FDM), które tworzy obiekty poprzez nakładanie roztopionych nici plastikowych, SLA wykorzystuje ciekły światłoczuły żywicę. Promień ultrafioletowy utwardza żywicę w miejscach, w których ją oświetla, a galwanometr działający jak "długopis świetlny" kontroluje laser, rysując kontur każdej warstwy, które następnie są nakładane jedna na drugą, tworząc model. Galwanometr o wysokiej szybkości działania oraz inteligentny system sterowania to kluczowe elementy umożliwiające laserowi "rysowanie szybko i precyzyjnie".

Galwanometr jest "nawigatorem precyzyjnym" drukarki laserowej 3D. Składający się z luster i silników skanujących, kontroluje laser, umożliwiając szybkie przesuwanie się w kierunkach X i Y – szybsze i bardziej stabilne niż starsze platformy poruszające się wzdłuż osi XY. Jednak przy dużych prędkościach galwanometry mogą wykazywać opóźnienia, takie jak "zaokrąglanie" narożników, a zmiany prędkości mogą powodować nierównomierne utwardzanie się żywicy, co prowadzi do efektu "głowki zapałki".

Rozwiązaniem jest dodanie inteligentnego schematu sterowania do galwanometru:

• Użyj algorytmu planowania prędkości, aby obliczyć maksymalną prędkość dla różnych zakrętów (około 750 mm/s dla zakrętów o kącie 180°, do 2500 mm/s dla zakrętów o kącie 20°), umożliwiając precyzyjne pokonywanie narożników.
• Dostosuj moc lasera w czasie rzeczywistym do prędkości, aby zapewnić jednolitą energię utwardzania żywicy i uniknąć nieprawidłowego wiązania.
• Efektywne odczytywanie plików modeli 3D jest również kluczowe. Pliki takie jak Gcode i SLC mogą mieć setki megabajtów, co sprawia, że bezpośrednie odczytywanie jest powolne, a przeglądanie konkretnych warstw trudne. Badacze stosują segmentowane buforowanie wielokanałowe — dzieląc plik, analizując równolegle i używając wyszukiwania binarnego do szybkiego lokalizowania docelowych warstw — znacznie poprawiając wydajność.
• Po przetworzeniu konturów, algorytm rzutowania promieni służy do rozróżnienia konturów wewnętrznych i zewnętrznych (nieparzysta liczba przecięć oznacza kontur wewnętrzny, parzysta — zewnętrzny). Kolejność jest dostosowywana zgodnie z regułami, a następnie budowane jest „drzewo konturów”, aby zapobiec sytuacji, w której laser „rysuje błędne granice”.

Dziś technologia SLA umożliwia drukowanie modeli o wysokiej szczegółowości, od małych modeli dentystycznych po duże części przemysłowe, i jest wykorzystywana w jubilerstwie, prototypowaniu przemysłowym oraz rekonstrukcji medycznej. To nie tylko „nakładanie materiałów”, lecz „wycinanie detali światłem i algorytmami”, co zapowiada jeszcze bardziej precyzyjne i spersonalizowane produkty w przyszłości.