3D печать по восстановленному голограммой изображению объекта
О.
Э. БабкинБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Бабкин
О.
Э.,
Ильина
В.
В. 3D печать по восстановленному голограммой изображению объекта // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
3691–3695. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/55003.htm.
Аннотация. Статья посвящена вопросу применения наукоемких технологий в современном инжиниринге. Приведен сравнительный анализ существующих технологий оперативного прототипирования, и рассмотрена возможность применения голографических технологий в 3D-печати прототипов различной сложности и назначения.
Текст статьи
Бабкин Олег Эдуардович,доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии полимеров и композитов ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственный университет кино и телевидения», г.СанктПетербургobabkin@rambler.ru
Ильина Виктория Валентиновна,кандидат технических наук, доцент кафедры технологии полимеров и композитов ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственный университет кино и телевидения», г.СанктПетербургilinavictory@yandex.ru
3Dпечать по восстановленному голограммой изображениюобъекта
Аннотация.Статья посвященавопросу применения наукоемких технологий в современном инжиниринге.Приведен сравнительный анализ существующих технологий оперативного прототипирования и рассмотрена возможность применения голографических технологий в 3Dпечати прототиповразличной сложности и назначения.Ключевые слова: 3Dпечать,голограмма, фотополимерные композиции.
3D печать относится к перспективным технологиям современного инжиниринга, и на данный момент активно развивается: область ее применения достаточно широка –от архитектурногодизайна и изготовления сувенирной продукции до индивидуальных моделей медицинского назначения, изготавливаемых по даннымрентгенограмм и томограмм для целей стоматологии, ортопедии, трансплантологии. Применяется 3D печать(3D макетирование) и в археологии, музееведении, криминалистике, различных областях производства –машиностроении, авиаи автомобилестроении, других областях.Сущностьпроцесса 3D печати заключается в послойном формировании трёхмерных объектов (3Dобъектов) по их компьютерным моделям. В англоязычном варианте этатехнология известна и под другим названием –
RP&M (Rapid Prototyping and Manufaсturing) или просто RP (RapidPrototyping –быстрое прототипирование), и широко используется с начала 2000х годов[1].Схематически процесс представлен на рис.1.
1 –управляющий компьютер; 2 –лазер; 3 –акустооптический затвор; 4 –двухкоординатный (XY) сканатор; 5 –элеватор (Zкоордината); 6 –кювета с расходным материалом (7)Рис.1. Послойное формированиеобъектапо компьютерной моделиВ 3Dпечати применяются различные технологии: лазерное спекание, лазерное сплавление, инициируемая ультрафиолетом полимеризация материалов, лазерный раскрой тонкослойных материалов, печать на биопринтерах, а также их модификации, разрабатываемые производителями 3D принтеров в зависимости от спецификации оборудования и используемого в них материала. Большинство профессиональных 3Dпринтеров работают по пяти основнымтехнологиям: SLSпроцесс, LOMпроцесс, FDMпроцесс, DSPCпроцесс, SLAпроцесс[2].SLSпроцесс(SelectiveLaserSintering) –технологияпослойного формирования трехмерногообъекта спеканиемилисплавлениемпорошкового материала поддействием тепла лазера, управляемого компьютером, попиксельно формирующем объект по траектории, заданной компьютерной моделью прототипируемого объекта.Данная технология позволяет изготавливать полифункциональные, сложные по конструкции изделия, в частности, она активно используется для изготовления деталей авиастроения и автомобилестроения (детали внутренней отделки кабин, систем кондиционирования и вентиляции, систем охлаждения), и характеризуется сравнительновысокой скоростью построения модели. В качестве расходных материалов данной технологии используются композитные порошковые материалы, например, керамика,или металлические порошки, обычно –сталь [3].LOMпроцесс(Laminated Object Manufacturing) –технология3Dмакетирования изделия путем склеивания (ламинирования) тонких слоев адгезионного рулонного материала (например, листов металла), вырезаемых с помощью лазерного луча (процесс LOM1) или механического резака (процесс LOM2). Основным преимуществом склеенных многослойных изделий по сравнению с изделиями, полученными послойным лазерным спеканием или сплавлением, является увеличеннаяжесткость, и, следовательно, высокая износостойкость изделия. По этой технологии можно получать комбинированныеизделияиз разныхматериалов (например, из алюминиевыхсплавов и стали, из алюминия и магния), а также комбинированные изделия из заготовок легких металлови композитных материалов, что приводит к значительному облегчению веса конструкции. Такое преимущество LOMтехнологии используется, например,в автомобилестроении
при изготовлении кузовов автомобилей.FDMпроцесс(FusedDepositionModeling) –этопослойная технология формированияпрототипанаслаиванием полимерной нити термопластика, экструдируемого из специальной фильеры. По данной технологии работает большинство бюджетных 3D принтеров. Практически единственным недостатком данной технологии является низкая разрешающая способность, зависящая от диаметра фильеры–толщина слоя определяется толщинойэкструдируемой нити, и составляет, минимум, 0,10÷0,17 мм. Ноэта технология имеет и преимущество –она позволяет получить многоцветныеобъекты(двуцветные, трехцветные и т.д.–в зависимостиот количества экструдеров, предусмотренных конструкцией принтера).Вариантами FDMтехнологииявляются Polyjetпроцесси PolyjetMatrixпроцесс, имеющих такую же точность построения, и MJMпроцесс (MultiJet Modeling), представляющий собой струйную печать полимерной нитью диаметром ~ 0,03 мм–это одна из наиболее быстрых технологий печати.В качестве расходныхматериаловв технологиях Polyjet и MJMприменяются фотополимеры, которые послойно отверждаются ультрафиолетом (УФизлучением) при нанесении наподдерживающую поверхность. В технологии PolyjetMatrixиспользуется комбинацияматериалов.DSPCпроцесс(Direct Shell ProductionCasting) –технология создания оболочковой формы изделия способом естественного застывания жидкого отвердителя, который впрыскивается в порошковый материал, например, на основе гипса,с помощью струйной головки. Технология DSPC позволяет проводить полноцветную 3Dпечать с точностью 0,1 мм снаибольшей скоростью среди рассмотренных технологий. Недостатком DSPCпроцессаявляется необходимость постобработки закрепляющим составом или полимерами для обеспечения большей прочности или эластичностиготового изделия. Стереолитический SLAпроцесс (Stereo Lithography Apparatus, стереолитография) –технология создания трехмерной модели методом послойного отверждения фотополимерного материалапод воздействием луча лазера, движущегося по заданной траектории сечения модели. SLAтехнология охватывает практически все отрасли материального производства: от медицины до тяжелого машиностроения, и является основной технологией, заложенной в принцип работы профессиональных принтеров, рассчитанных на мелкооптовое производство. Она позволяет сформироватьизделиепрактически любых размерови сложности, при этом качество поверхности, в зависимости от требований и возможности завершающей механической доработкишлифованием, можнорегулироватьшагомпостроения: современные 3D принтеры,работающие по SLAтехнологии,обеспечивают шаг построения 0,0250,1 мм при габаритах изделия до 1,0мпо каждой из плоскостей построения.
Главное ограничение использования SLAтехнологии –материал, который может иметьотличия по механическим и химическим свойствам, и ограниченную температурную устойчивость. Кроме материала, недостатками SLAтехнологии являются достаточно жесткие условия температурного режима и постоянства мощности лазерного излучения, большое время изготовления (23см/ч) и стоимость расходных материалов (в 2013г. в среднем ~$300/gals).Доказано[4],что по совокупности показателей и техникоэкономической рентабельности из существующих технологий быстрого прототипирования перспективным является метод лазерной стереолитографии, в основе которого лежит реакцияфотополимеризации.В основетехнологии лежит принциплокальногоизмененияфазового состояния жидкой однородной среды (фазовый переход жидкость→твёрдое тело) в результате реакции полимеризацииматериала при инициированииУФизлучением. Поскольку полимеризация реакционноспособной средыпроисходиттолько в области непосредственного воздействия облучения, то достигается пространственная селективность процесса: отверждение происходит попиксельно, только в месте воздействия луча лазера, перемещаемого по поверхности по заданной траектории (рис.1).Спектральная селективность инициирующего излучения позволяет проводить процессв условиях естественного освещения [5]. То есть, с точки зрения поэтапного разбиения на отдельные процессы, технология включает: 1) создание математической модели 3Dобъекта;
2) разбиение компьютерной модели на слоис заданным шагом построения;
3) последовательное воспроизведение сечений модели объекта на поверхности расходного материаласфокусированнымв точку инициирующим излучениемс образованием в конкретной точке пространства твердого пластика. Процесс цикличен, послойный переход осуществляется перемещением поддерживающей платформы на глубину, равную толщине выращенного слоя, иповторяется до завершения построения всей модели.Как уже упоминалось, технология лазерной стереолитографии [6], достаточновремязатратна, при этом скорость формирования объекта определяется расходным материалом, а общее время печати –в том числе, и шагом построения: при его уменьшении пропорционально увеличивается количество циклов воспроизведения сеченийточечным лазерным излучением.Расходным материалом для 3Dпечати методом лазерной стереолитографии являются жидкие фотополимерные композиции (ФПК), представляющие собой олигомерные или олигомерномономерные смеси с различными аддитивами: фотоинициирующими добавками, пигментами, стабилизаторами, растекателями и др., количество и вид которых определяется назначением композиции и спецификацией изготавливаемого изделия.Известно [7], что варьируя вид и содержание любого из компонентов ФПК, можно регулировать и функциональность материала,и скорость егоотверждения, определяя тем самым общую скорость формирования модели. Стоит, например, указать, что одним из определяющих показателей является молекулярный вес олигомеров: если он находится в диапазоне 5002500 г/моль, это позволяет получать композициис относительно невысокой вязкостью, обеспечивающей ее хорошую растекаемость в слое и не препятствующей переработке в изделие[8]. Олигомеры с большим молекулярным весом для процессов оперативного прототипирования не подходят, так каких использование в ФПК существенно увеличивает вязкость композиции, чтоприводитк наличию геометрических искажений при послойном формировании объекта[3].Важна химическая природа олигомеров: в 3D принтерах, работающих и по SLAтехнологии, и по FDMтехнологии, включая все варианты технологического решения процессаиспользуются в основном акрилаты (уретанакрилаты, эпоксиакрилаты, полиэфирные акрилаты), т.е. соединения, содержащие в матрице двойные связи акриловой кислоты и ее производных, поскольку концентрированные акриловые двойные связи реагируют, как минимум, в 10 раз быстрее под воздействием УФизлучения,чем двойные связи, например,классических полиэфирных систем[3].Не менее существенными показателями является наличиев ФПКи функциональность полимеризующихся мономеров, природа используемого фотоинициатора, и его количество, вводимое в ФПК, а также показатели всех аддитивов, определяющих состав ФПК.Вторым фактором, определяющим время формирования объекта, является скорость движения лазера и количество циклов воспроизведения сечений.Одним из вариантов сокращения времени формирования объекта при 3Dпечати может стать технологическое решение, заключающееся в переходе от попиксельной полимеризации к послойной. Авторским технологическим решением является использование голографических изображений объекта воспроизведения: исходным объектом формируемого прототипав таком случае становится не компьютерная CADмодель, например, в формате STL, а его голографический образ.
Первым этапом технологии становится записьголограммы прототипируемого объекта, в данном случае важен выбор регистрирующейсреды, где определяющим параметром является максимальное значение отношения сигнал/шум. Из предлагаемых в настоящее времярегистрирующих сред для записи голограмм, предпочтительными, по совокупности показателей, являются фоторезистивные материалы, запись голограмм на которых относится к рельефнофазовому типу, в частности–пленки халькогенида на жесткой подложке [1]. Выбор схемы записи голограммы не играет существенной роли, поскольку восстановление голограммой изображениеобъекта, фокусируемое в емкость с расходным материалом (жидкой ФПК), может проводиться и с пропускающей, и с восстановленной голограммы [9].
При использовании предлагаемой технологии формирования объектавторой и третий этапы, заключающиеся в разбиении и послойном воспроизведении изображения объекта, объединяются, поскольку происходит одновременная инициирующая засветка всех точек слоя, что приводит к значительному (десятикратному) сокращению времени формирования изделияпо сравнению с существующими методиками последовательного экспонирования излучением, сфокусированным в точку. При этом достигается такая же точность построения модели, как в реализуемых промышленных технологиях оперативного прототипирования.
Ссылки на источники1.Бабкин О.Э., Ильина В.В., Михайлов В.Н., Чезлов И.Г. Использование голографических изображений при оперативном формировании 3Dобъектов методом фотополимеризации // Мир техники кино, 2013.№1, Вып.27.С.3033.2.Бабкин О.Э., Ильина В.В. Наукоемкие химические технологии и современный инжиниринг: технологии 3Dмакетирования // Прошлоенастоящеебудущее СанктПетербургского государственного университета кино и телевидения: материалы Всероссийской научнопрактической конференции 2930 октября 2013 г., СанктПетербург. –СПб.: издво СПбГУКиТ, 2013. 384 с. С.101104.3.Бабкин О.Э. 3Dмакетирование: технологии, оборудование, материалы: Монография. –СПб.:издво СПбГУКиТ, 2013. 97 с.4.Стефанцов Е.Е. Технологические методы создания формообразующей оснастки на основе лазерной стереолитографии для деталей приборов широкого назначения: дис.…канд.техн.наук: 05.11.14Технология приборостроения –М.: Московская академия рынка труда и информационных технологий, 2004. 205 с.5.Евсеев А.В., Камаев С.В., Коцюба Е.В., Марков М.А. и др. Оперативное формирование трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии // Сб. трудов ИПЛИТ РАН. Современные лазерноинформационные и лазерные технологии. –М.: Интерконтакт Наука, 2005. 304 с. С.2639.6.Pat. USA 6.600.965B1, date Jul.29, 2003. Method and apparatus for production of high resolution threedimensional objects by stereo lithography / Charles W. Hull, Santa Clarita, CA (US) and others. 7.Разработка фотополимерной композиции для 3D макетирования изделий: отчет о НИР / Бабкин О.Э. –СПб.: СПбГУКиТ, 2013. 34 с.8.Бабкин О.Э. Полимерные покрытия УФотверждения: Учебное пособие –СПб.: издво СПбГУКиТ, 2012. 47 с.9.Исследование возможности использования голографических изображений при создании 3D моделей методом фотополимеризации: отчет о НИР в 2 ч. / Бабкин О.Э. –СПб.: СПбГУКиТ, 2012. 44с.; 27 с; илл., прил.
Oleg E.Babkin,
doctor of technical sciences, professor, Head ofthe department of technologyof polymers and composites St.Petersburg State University of Filmand Television, St. PetersburgVictoriaV.Ilyina,candidate of technical sciences, assistant professor ofthe departmentoftechnologyof polymers and compositesSt. Petersburg State University of Film and Television, St. Petersburg3D printingfrom the reconstructedhologramimageobjectsAbstract.The article focuses onthe application ofhigh technologies inmodernengineering.A comparative analysis ofexisting technologiesandoperationalprototypingconsidered the possibilityof application of holographictechnology in3D printingprototypesof varying complexityand purpose.
Keywords:3D printing,hologram, photopolymercomposition.
Ильина Виктория Валентиновна,кандидат технических наук, доцент кафедры технологии полимеров и композитов ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственный университет кино и телевидения», г.СанктПетербургilinavictory@yandex.ru
3Dпечать по восстановленному голограммой изображениюобъекта
Аннотация.Статья посвященавопросу применения наукоемких технологий в современном инжиниринге.Приведен сравнительный анализ существующих технологий оперативного прототипирования и рассмотрена возможность применения голографических технологий в 3Dпечати прототиповразличной сложности и назначения.Ключевые слова: 3Dпечать,голограмма, фотополимерные композиции.
3D печать относится к перспективным технологиям современного инжиниринга, и на данный момент активно развивается: область ее применения достаточно широка –от архитектурногодизайна и изготовления сувенирной продукции до индивидуальных моделей медицинского назначения, изготавливаемых по даннымрентгенограмм и томограмм для целей стоматологии, ортопедии, трансплантологии. Применяется 3D печать(3D макетирование) и в археологии, музееведении, криминалистике, различных областях производства –машиностроении, авиаи автомобилестроении, других областях.Сущностьпроцесса 3D печати заключается в послойном формировании трёхмерных объектов (3Dобъектов) по их компьютерным моделям. В англоязычном варианте этатехнология известна и под другим названием –
RP&M (Rapid Prototyping and Manufaсturing) или просто RP (RapidPrototyping –быстрое прототипирование), и широко используется с начала 2000х годов[1].Схематически процесс представлен на рис.1.
1 –управляющий компьютер; 2 –лазер; 3 –акустооптический затвор; 4 –двухкоординатный (XY) сканатор; 5 –элеватор (Zкоордината); 6 –кювета с расходным материалом (7)Рис.1. Послойное формированиеобъектапо компьютерной моделиВ 3Dпечати применяются различные технологии: лазерное спекание, лазерное сплавление, инициируемая ультрафиолетом полимеризация материалов, лазерный раскрой тонкослойных материалов, печать на биопринтерах, а также их модификации, разрабатываемые производителями 3D принтеров в зависимости от спецификации оборудования и используемого в них материала. Большинство профессиональных 3Dпринтеров работают по пяти основнымтехнологиям: SLSпроцесс, LOMпроцесс, FDMпроцесс, DSPCпроцесс, SLAпроцесс[2].SLSпроцесс(SelectiveLaserSintering) –технологияпослойного формирования трехмерногообъекта спеканиемилисплавлениемпорошкового материала поддействием тепла лазера, управляемого компьютером, попиксельно формирующем объект по траектории, заданной компьютерной моделью прототипируемого объекта.Данная технология позволяет изготавливать полифункциональные, сложные по конструкции изделия, в частности, она активно используется для изготовления деталей авиастроения и автомобилестроения (детали внутренней отделки кабин, систем кондиционирования и вентиляции, систем охлаждения), и характеризуется сравнительновысокой скоростью построения модели. В качестве расходных материалов данной технологии используются композитные порошковые материалы, например, керамика,или металлические порошки, обычно –сталь [3].LOMпроцесс(Laminated Object Manufacturing) –технология3Dмакетирования изделия путем склеивания (ламинирования) тонких слоев адгезионного рулонного материала (например, листов металла), вырезаемых с помощью лазерного луча (процесс LOM1) или механического резака (процесс LOM2). Основным преимуществом склеенных многослойных изделий по сравнению с изделиями, полученными послойным лазерным спеканием или сплавлением, является увеличеннаяжесткость, и, следовательно, высокая износостойкость изделия. По этой технологии можно получать комбинированныеизделияиз разныхматериалов (например, из алюминиевыхсплавов и стали, из алюминия и магния), а также комбинированные изделия из заготовок легких металлови композитных материалов, что приводит к значительному облегчению веса конструкции. Такое преимущество LOMтехнологии используется, например,в автомобилестроении
при изготовлении кузовов автомобилей.FDMпроцесс(FusedDepositionModeling) –этопослойная технология формированияпрототипанаслаиванием полимерной нити термопластика, экструдируемого из специальной фильеры. По данной технологии работает большинство бюджетных 3D принтеров. Практически единственным недостатком данной технологии является низкая разрешающая способность, зависящая от диаметра фильеры–толщина слоя определяется толщинойэкструдируемой нити, и составляет, минимум, 0,10÷0,17 мм. Ноэта технология имеет и преимущество –она позволяет получить многоцветныеобъекты(двуцветные, трехцветные и т.д.–в зависимостиот количества экструдеров, предусмотренных конструкцией принтера).Вариантами FDMтехнологииявляются Polyjetпроцесси PolyjetMatrixпроцесс, имеющих такую же точность построения, и MJMпроцесс (MultiJet Modeling), представляющий собой струйную печать полимерной нитью диаметром ~ 0,03 мм–это одна из наиболее быстрых технологий печати.В качестве расходныхматериаловв технологиях Polyjet и MJMприменяются фотополимеры, которые послойно отверждаются ультрафиолетом (УФизлучением) при нанесении наподдерживающую поверхность. В технологии PolyjetMatrixиспользуется комбинацияматериалов.DSPCпроцесс(Direct Shell ProductionCasting) –технология создания оболочковой формы изделия способом естественного застывания жидкого отвердителя, который впрыскивается в порошковый материал, например, на основе гипса,с помощью струйной головки. Технология DSPC позволяет проводить полноцветную 3Dпечать с точностью 0,1 мм снаибольшей скоростью среди рассмотренных технологий. Недостатком DSPCпроцессаявляется необходимость постобработки закрепляющим составом или полимерами для обеспечения большей прочности или эластичностиготового изделия. Стереолитический SLAпроцесс (Stereo Lithography Apparatus, стереолитография) –технология создания трехмерной модели методом послойного отверждения фотополимерного материалапод воздействием луча лазера, движущегося по заданной траектории сечения модели. SLAтехнология охватывает практически все отрасли материального производства: от медицины до тяжелого машиностроения, и является основной технологией, заложенной в принцип работы профессиональных принтеров, рассчитанных на мелкооптовое производство. Она позволяет сформироватьизделиепрактически любых размерови сложности, при этом качество поверхности, в зависимости от требований и возможности завершающей механической доработкишлифованием, можнорегулироватьшагомпостроения: современные 3D принтеры,работающие по SLAтехнологии,обеспечивают шаг построения 0,0250,1 мм при габаритах изделия до 1,0мпо каждой из плоскостей построения.
Главное ограничение использования SLAтехнологии –материал, который может иметьотличия по механическим и химическим свойствам, и ограниченную температурную устойчивость. Кроме материала, недостатками SLAтехнологии являются достаточно жесткие условия температурного режима и постоянства мощности лазерного излучения, большое время изготовления (23см/ч) и стоимость расходных материалов (в 2013г. в среднем ~$300/gals).Доказано[4],что по совокупности показателей и техникоэкономической рентабельности из существующих технологий быстрого прототипирования перспективным является метод лазерной стереолитографии, в основе которого лежит реакцияфотополимеризации.В основетехнологии лежит принциплокальногоизмененияфазового состояния жидкой однородной среды (фазовый переход жидкость→твёрдое тело) в результате реакции полимеризацииматериала при инициированииУФизлучением. Поскольку полимеризация реакционноспособной средыпроисходиттолько в области непосредственного воздействия облучения, то достигается пространственная селективность процесса: отверждение происходит попиксельно, только в месте воздействия луча лазера, перемещаемого по поверхности по заданной траектории (рис.1).Спектральная селективность инициирующего излучения позволяет проводить процессв условиях естественного освещения [5]. То есть, с точки зрения поэтапного разбиения на отдельные процессы, технология включает: 1) создание математической модели 3Dобъекта;
2) разбиение компьютерной модели на слоис заданным шагом построения;
3) последовательное воспроизведение сечений модели объекта на поверхности расходного материаласфокусированнымв точку инициирующим излучениемс образованием в конкретной точке пространства твердого пластика. Процесс цикличен, послойный переход осуществляется перемещением поддерживающей платформы на глубину, равную толщине выращенного слоя, иповторяется до завершения построения всей модели.Как уже упоминалось, технология лазерной стереолитографии [6], достаточновремязатратна, при этом скорость формирования объекта определяется расходным материалом, а общее время печати –в том числе, и шагом построения: при его уменьшении пропорционально увеличивается количество циклов воспроизведения сеченийточечным лазерным излучением.Расходным материалом для 3Dпечати методом лазерной стереолитографии являются жидкие фотополимерные композиции (ФПК), представляющие собой олигомерные или олигомерномономерные смеси с различными аддитивами: фотоинициирующими добавками, пигментами, стабилизаторами, растекателями и др., количество и вид которых определяется назначением композиции и спецификацией изготавливаемого изделия.Известно [7], что варьируя вид и содержание любого из компонентов ФПК, можно регулировать и функциональность материала,и скорость егоотверждения, определяя тем самым общую скорость формирования модели. Стоит, например, указать, что одним из определяющих показателей является молекулярный вес олигомеров: если он находится в диапазоне 5002500 г/моль, это позволяет получать композициис относительно невысокой вязкостью, обеспечивающей ее хорошую растекаемость в слое и не препятствующей переработке в изделие[8]. Олигомеры с большим молекулярным весом для процессов оперативного прототипирования не подходят, так каких использование в ФПК существенно увеличивает вязкость композиции, чтоприводитк наличию геометрических искажений при послойном формировании объекта[3].Важна химическая природа олигомеров: в 3D принтерах, работающих и по SLAтехнологии, и по FDMтехнологии, включая все варианты технологического решения процессаиспользуются в основном акрилаты (уретанакрилаты, эпоксиакрилаты, полиэфирные акрилаты), т.е. соединения, содержащие в матрице двойные связи акриловой кислоты и ее производных, поскольку концентрированные акриловые двойные связи реагируют, как минимум, в 10 раз быстрее под воздействием УФизлучения,чем двойные связи, например,классических полиэфирных систем[3].Не менее существенными показателями является наличиев ФПКи функциональность полимеризующихся мономеров, природа используемого фотоинициатора, и его количество, вводимое в ФПК, а также показатели всех аддитивов, определяющих состав ФПК.Вторым фактором, определяющим время формирования объекта, является скорость движения лазера и количество циклов воспроизведения сечений.Одним из вариантов сокращения времени формирования объекта при 3Dпечати может стать технологическое решение, заключающееся в переходе от попиксельной полимеризации к послойной. Авторским технологическим решением является использование голографических изображений объекта воспроизведения: исходным объектом формируемого прототипав таком случае становится не компьютерная CADмодель, например, в формате STL, а его голографический образ.
Первым этапом технологии становится записьголограммы прототипируемого объекта, в данном случае важен выбор регистрирующейсреды, где определяющим параметром является максимальное значение отношения сигнал/шум. Из предлагаемых в настоящее времярегистрирующих сред для записи голограмм, предпочтительными, по совокупности показателей, являются фоторезистивные материалы, запись голограмм на которых относится к рельефнофазовому типу, в частности–пленки халькогенида на жесткой подложке [1]. Выбор схемы записи голограммы не играет существенной роли, поскольку восстановление голограммой изображениеобъекта, фокусируемое в емкость с расходным материалом (жидкой ФПК), может проводиться и с пропускающей, и с восстановленной голограммы [9].
При использовании предлагаемой технологии формирования объектавторой и третий этапы, заключающиеся в разбиении и послойном воспроизведении изображения объекта, объединяются, поскольку происходит одновременная инициирующая засветка всех точек слоя, что приводит к значительному (десятикратному) сокращению времени формирования изделияпо сравнению с существующими методиками последовательного экспонирования излучением, сфокусированным в точку. При этом достигается такая же точность построения модели, как в реализуемых промышленных технологиях оперативного прототипирования.
Ссылки на источники1.Бабкин О.Э., Ильина В.В., Михайлов В.Н., Чезлов И.Г. Использование голографических изображений при оперативном формировании 3Dобъектов методом фотополимеризации // Мир техники кино, 2013.№1, Вып.27.С.3033.2.Бабкин О.Э., Ильина В.В. Наукоемкие химические технологии и современный инжиниринг: технологии 3Dмакетирования // Прошлоенастоящеебудущее СанктПетербургского государственного университета кино и телевидения: материалы Всероссийской научнопрактической конференции 2930 октября 2013 г., СанктПетербург. –СПб.: издво СПбГУКиТ, 2013. 384 с. С.101104.3.Бабкин О.Э. 3Dмакетирование: технологии, оборудование, материалы: Монография. –СПб.:издво СПбГУКиТ, 2013. 97 с.4.Стефанцов Е.Е. Технологические методы создания формообразующей оснастки на основе лазерной стереолитографии для деталей приборов широкого назначения: дис.…канд.техн.наук: 05.11.14Технология приборостроения –М.: Московская академия рынка труда и информационных технологий, 2004. 205 с.5.Евсеев А.В., Камаев С.В., Коцюба Е.В., Марков М.А. и др. Оперативное формирование трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии // Сб. трудов ИПЛИТ РАН. Современные лазерноинформационные и лазерные технологии. –М.: Интерконтакт Наука, 2005. 304 с. С.2639.6.Pat. USA 6.600.965B1, date Jul.29, 2003. Method and apparatus for production of high resolution threedimensional objects by stereo lithography / Charles W. Hull, Santa Clarita, CA (US) and others. 7.Разработка фотополимерной композиции для 3D макетирования изделий: отчет о НИР / Бабкин О.Э. –СПб.: СПбГУКиТ, 2013. 34 с.8.Бабкин О.Э. Полимерные покрытия УФотверждения: Учебное пособие –СПб.: издво СПбГУКиТ, 2012. 47 с.9.Исследование возможности использования голографических изображений при создании 3D моделей методом фотополимеризации: отчет о НИР в 2 ч. / Бабкин О.Э. –СПб.: СПбГУКиТ, 2012. 44с.; 27 с; илл., прил.
Oleg E.Babkin,
doctor of technical sciences, professor, Head ofthe department of technologyof polymers and composites St.Petersburg State University of Filmand Television, St. PetersburgVictoriaV.Ilyina,candidate of technical sciences, assistant professor ofthe departmentoftechnologyof polymers and compositesSt. Petersburg State University of Film and Television, St. Petersburg3D printingfrom the reconstructedhologramimageobjectsAbstract.The article focuses onthe application ofhigh technologies inmodernengineering.A comparative analysis ofexisting technologiesandoperationalprototypingconsidered the possibilityof application of holographictechnology in3D printingprototypesof varying complexityand purpose.
Keywords:3D printing,hologram, photopolymercomposition.
