Як лазерне 3D-друкування точно створює моделі?

Коли згадується 3D-друк, на думку спершу приходить нагромадження пластикового філаменту. Але існує лазерна технологія 3D-друку — стереолітографія (SLA) на основі сканування за допомогою високошвидкісного гальванометра, — яка може створювати витончені моделі, ніби "вирізьблюючи світлом", уникнувши при цьому дефекту типу "головки сірника". Як досягається баланс між високою точністю та ефективністю?

На відміну від звичайного моделювання методом наплавлення (FDM), яке створює об'єкти шляхом укладання розплавлених пластикових ниток, SLA використовує рідкий світлочутливий полімер. Ультрафіолетовий лазер затверджує полімер у місцях його впливу, а гальванометр, що діє як «світлове перо», керує лазером, відтворюючи контур кожного шару, які потім укладаються один на одного для формування моделі. Високошвидкісний гальванометр і інтелектуальна система керування — це ключі до того, щоб лазер «малював швидко та точно».

Гальванометр є «точним навігатором» у лазерному 3D-друці. Складений із дзеркал і скануючих двигунів, він керує лазером, забезпечуючи швидке сканування у напрямках X та Y — швидше і стабільніше, ніж ранні платформи з рухомими осями XY. Проте на високих швидкостях гальванометри можуть мати затримки, наприклад, «згладжування» кутів, а зміни швидкості можуть призводити до неоднакового затвердіння полімеру, що викликає ефект «головки сірника».

Рішення полягає у додаванні інтелектуальної системи керування до гальванометра:

• Використовуйте алгоритм планування швидкості для обчислення максимальної швидкості на різних вигинах (приблизно 750 мм/с для кутів 180°, до 2500 мм/с для кутів 20°), що дозволяє точно проходити вигини.
• Коригуйте потужність лазера в реальному часі залежно від швидкості, щоб забезпечити однакову енергію полімеризації смоли та уникнути аномального затвердіння.
• Ефективне читання файлів 3D-моделей також має важливе значення. Файли, такі як Gcode та SLC, можуть мати розмір сотні мегабайт, через що пряме читання повільне, а перегляд окремих шарів — важкий. Дослідники використовують сегментоване кешування з розподілом на кілька каналів: розбивку файлу, паралельне аналізування та бінарний пошук для швидкого знаходження цільових шарів, що значно підвищує ефективність.
• Після аналізу контурів використовується алгоритм променевого просування (ray casting), щоб визначити внутрішні та зовнішні контури (непарна кількість перетинів означає внутрішній контур, парна — зовнішній). Потім порядок коригується згідно з правилами, і будується «дерево контурів», щоб запобігти тому, щоб лазер «намалював неправильні межі».

Сьогодні технологія SLA може друкувати високодеталізовані моделі — від невеликих стоматологічних моделей до великих промислових деталей — і використовується у виготовленні ювелірних виробів, промисловому прототипуванні та медичній реставрації. Це не просто «накладання матеріалів», а «створення деталей за допомогою світла та алгоритмів», що обіцяє більше високоточних і персоналізованих продуктів у майбутньому.