Как лазерная 3D-печать точно формирует модели?

Когда упоминают 3D-печать, на ум в первую очередь приходит наслоение пластиковой нити. Однако существует технология лазерной 3D-печати — стереолитография (SLA) на основе сканирования с высокой скоростью с помощью гальванометра, которая позволяет создавать изящные модели, словно «вырезая их светом», избегая при этом дефекта «головки спички». Как достигается баланс между высокой точностью и эффективностью?

В отличие от обычного метода моделирования методом наплавления (FDM), при котором объекты создаются путем укладки расплавленных пластиковых нитей, SLA использует жидкий фоточувствительный полимер. Ультрафиолетовый лазер затвердевает полимер в местах воздействия, а гальванометр, действующий как "световое перо", управляет лазером, вычерчивая контур каждого слоя, которые затем накладываются друг на друга для формирования модели. Высокоскоростной гальванометр и интеллектуальная система управления являются ключевыми элементами, обеспечивающими быстрое и точное "рисование" лазером.

Гальванометр является "точным навигатором" в лазерной 3D-печати. Состоящий из зеркал и сканирующих двигателей, он управляет лазером, обеспечивая его быстрое сканирование по осям X и Y — быстрее и стабильнее, чем ранние платформы с движением по осям XY. Однако на высоких скоростях гальванометры могут проявлять запаздывание, например, "скругление" углов, а изменения скорости могут приводить к неравномерному отверждению полимера, вызывая эффект "головки спички".

Решение заключается в добавлении интеллектуальной системы управления к гальванометру:

• Используйте алгоритм планирования скорости для расчета максимальной скорости на различных углах (около 750 мм/с для углов 180°, до 2500 мм/с для углов 20°), что позволяет точно проходить повороты.
• Корректируйте мощность лазера в реальном времени в зависимости от скорости, чтобы обеспечить равномерную энергию отверждения смолы и избежать аномальной полимеризации.
• Эффективное чтение файлов 3D-моделей также имеет важное значение. Файлы форматов Gcode и SLC могут достигать сотен мегабайт, из-за чего прямое чтение замедляется, а просмотр отдельных слоёв затруднён. Исследователи используют кэширование с разбиением на сегменты и каналы — разделяют файл, параллельно анализируют его содержимое и применяют бинарный поиск для быстрого определения целевых слоёв, что значительно повышает эффективность.
• После анализа контуров алгоритм прослеживания лучей используется для различения внутренних и внешних контуров (нечётное количество пересечений означает внутренний контур, чётное — внешний). Порядок корректируется в соответствии с правилами, и строится «дерево контуров», чтобы предотвратить ситуацию, при которой лазер «вычерчивает неправильные границы».

Сегодня технология SLA позволяет печатать высокодетализированные модели — от небольших зуботехнических моделей до крупных промышленных деталей — и используется в ювелирном деле, промышленном прототипировании и медицинском протезировании. Это не просто «наращивание материалов», а «создание деталей с помощью света и алгоритмов», что обещает более высокую точность и персонализацию продукции в будущем.