Różnorodne technologie będące zaprzęgane przez użytkowników drukarek 3D do pracy nad tworzeniem trójwymiarowych obiektów stanowią składowe elementy branży, którą określa się mianem druku przestrzennego. Multum wykorzystywanych współcześnie technik drukowania w trzech wymiarach jest niczym zespół komponentów pejzażu, z których każdych zajmuje z góry określone miejsce. Przyjmując założenie, iż istotny jego aspekt stanowi popularność poszczególnych metod tworzenia trójwymiarowych obiektów, elementem pierwszoplanowym takiego technologicznego obrazu stanie się wówczas Fused Deposition Modelling, czyli w skrócie FDM. Nie będzie to jednak jedyna technika wchodząca w skład planu numer jeden omawianego pejzażu. Drugim niemniej istotnym zbiorem technologii drukowania przestrzennych figur są bowiem różnorodne metody przetwarzania światłoutwardzalnych żywic.
Żywica światłoutwardzalna, czyli surowiec, z którego tworzy się wydruki 3D technikami SLA, DLP oraz UV LCD
Czym właściwie jest żywica światłoutwardzalna, czyli wspominany już we wstępie artykułu surowiec, z którego drukarka 3D tworzy powołuje do życia cyfrowe, trójwymiarowe modele, w efekcie tworząc realnie istniejący, przestrzenny obiekt? Substancja ta stanowi materiał będący polimerem, który zgodnie z nazwą zmienia swój stan skupienia z cieczy w ciało stałe, gdy wystawiony zostanie na ekspozycję światła. Z kolei sam polimer jest związkiem chemicznym, który pod względem strukturalnym wygląda niczym długi łańcuch zbudowany z identycznych cząstek. Utwardzane pod wpływem światła żywice występują w wielu wariantach barwnych. W sprzedaży dostępne są zarówno tworzywa przezroczyste, jak również takie, które transparentnością się nie wykazują.
Żywice będące materiałami, które utwardzeniu ulegają pod wpływem światła, muszą być odpowiednio przechowywane. Nie bez przyczyny zatem ich producenci umieszczają je w nieprzezroczystych opakowaniach. Na zdjęciu widnieje żywica marki Monocure w kolorze czarnym. (©Monocure)
SLA, UV LCD i DLP. Jakie są pomiędzy nimi różnice?
Różnicą najbardziej istotną pomiędzy poszczególnymi, powszechnie znanymi i wykorzystywanymi technikami produkcji trójwymiarowych obiektów z fotopolimerów, czyli już wspominanych żywic światłoutwardzalnych, jest zastosowane w drukarce 3D źródło światła, za pomocą którego płynny materiał budulcowy przeistoczony zostanie w ciało stałe. Wyróżnić należy zatem trzy ważne technologie przetwarzania tworzyw utwardzanych świetlnym promieniowaniem. Są to: SLA, DLP oraz UV LCD. Pierwsza z nich, zwana też stereolitogafią, bazuje na wykorzystaniu laserowych wiązek do umiejętnego przetworzenia materiału wejściowego. Technika numer dwa, czyli Digital Light Processing (w skrócie DLP) bazuje na zastosowaniu w celu tym światła emitowanego przez projektor cyfrowy. Trzecia metoda stanowi niejako modyfikację technologii DLP. Warstwa płynnej żywicy utwardzana jest bowiem za pomocą światła emitowanego przez ekran ciekłokrystaliczny (LCD), dodatkowo będąc wystawioną na ekspozycję promieniowania nadfioletowego (UV). Przykładową drukarkę 3D, która pracuje w technologii DLP, stanowi model Liquid Crystal Precision 1.5 firmy Photocentric. Z kolei urządzeniem, które swoje funkcjonowanie opiera na technice UV LCD, jest oferowany przez polską markę Zortrax model Inkspire.
Liquid Crystal Precision 1.5, czyli drukarka 3D firmy Photocentric, która wykonuje trójwymiarowe wydruki z żywic światłoutwardzalnych, wykorzystując do tego celu technologię DLP. (©Photocentric)
SLA, DLP i UV LCD. Zalety
Cechą wyróżniającą techniki przetwarzania światłoutwardzalnych żywic jest wysoki poziom precyzji tworzenia trójwymiarowych obiektów posiadających bardzo złożoną strukturę przestrzenną. Dokładność ta, istotnie przewyższająca na tym polu technologię FDM, umożliwia wykorzystanie drukarek 3D swe działanie opierające na technologiach SLA, DLP i UV LCD do wykonywania prototypów w branżach takich jak medycyna i jubilerstwo. Nie bez przyczyny zatem do celów tych są sukcesywnie stosowane. Wywnioskować zatem można, iż metody oparte o świetlną obróbkę płynu żywicznego pozwalają na drukowanie elementów cechujących się zarówno wysokim poziomem szczegółowości, jak również niewielkimi rozmiarami. I jest to, rzecz jasna, teza prawdziwa.
Wydruki 3D, które utworzono z fotopolimerów, czyli światłoutwardzalnych żywic
Techniki przetwórstwa żywic światłoutwardzalnych. Jakie są ich wady?
Czy zatem technologie oparte na przetwarzaniu światłoutwardzalnych żywic mają wady? Istotnym problemem, z jakim borykać się może użytkownik drukarki 3D, której praca bazuje na wykorzystaniu jednej z wspominanych już technik drukowania przestrzennego, są kwestie stricte powiązane z materiałem, z którego trójwymiarowe obiekty zostaną utworzone. Ukończenie procesu druku przedmiotu nie oznacza bowiem, że na tym etapie proces jego obróbki uznać należy za zakończony, gdyż musi on zostać dokładnie oczyszczony z żywicznego płynu, który nie uległ zestaleniu. Żywica sama w sobie jest toksyczna, toteż konieczność stanowi zachowanie niezbędnych środków ostrożności podczas jej użytkowania. Nie bez przyczyny drukarki 3D pracujące z tymże rodzajem materiału wyposażane są w odpowiednią komorę mającą odseparować użytkownika urządzenia drukującego od oparów surowca, z którego utworzony zostanie wydruk. Jako że żywica wystawiona na ekspozycję promieniowania ulega utwardzeniu, należy mieć na uwadze, że proces taki zajdzie w krótszym (lub dłuższym) czasie poza przestrzenią roboczą drukarki 3D lub gdy, w sensie ogólnym, zostanie ona odseparowana od opakowania, w którym umieścił ją producent. Chcąc zatem zachować dobre właściwości druku omawianego materiału, pamiętać trzeba o tym, aby był on przechowywany z dala od jakiegokolwiek źródła światła.
Oczyszczanie gotowego wydruku z resztek żywicy stanowi ważny element post-processingu wydrukowanego obiektu. Na zdjęciu przedstawiono drukarkę 3D Zortrax Inkspire wraz z urządzeniem oczyszczającym trójwymiarowy przedmiot z pozostałości żywicznego płynu.
SLA, DLP oraz UV LCD. Podsumowanie
Swą ogromną popularność techniki wytwarzania obiektów trójwymiarowych, które bazują na przetwórstwie światłoutwardzalnych polimerów, zawdzięczają przede wszystkim tym, iż ich zastosowanie pozwala na produkowanie przedmiotów wyróżniających się zarówno niezwykle skomplikowaną strukturą geometryczną, jak również niewielkimi wymiarami. Doskonale spisują się zatem tam, gdzie kończą się możliwości metody opierającej się na termicznym przetwarzaniu filamentu (FDM). Stając w szranki z technologią FDM, techniki SLA, DLP oraz UV LCD wychodzą z tego pojedynku obronną ręką zwłaszcza wtedy, gdy walka ta toczy się o umożliwienie użytkownikowi drukarki 3D uzyskania wydruków skomplikowanych i jednocześnie niesamowicie precyzyjnych.
