Аддитивное ускорение

Очередной прорыв на рынке аддитивных технологий готовится совершить компания Carbon3D. Новая технология CLIP (Continuous Liquid Interface Production) призвана в десятки раз сократить время создания деталей и серьезно повысить их точность. Если задача будет решена, технологии послойного синтеза станут реальной альтернативой классической механообработке.

Прототип, построенный с использованием CLIP-технологии

Технология CLIP базируется на отверждении фотополимера через светопроницаемое окно, при этом световой поток распределяется проектором, построенном на DLP-чипе.

Это попытка на новом уровне переосмыслить технологию DLP (Digital Light Processing), более четверти века назад созданную компанией EnvisionTec.

Скорость вырастет до 100 раз

В большинстве AM-технологий (от Additive Manufacturing – аддитивное производство) существенная часть времени построения детали тратится на нанесение нового слоя после полимеризации предыдущего. Для SLA-технологий, по данным исследований, этот процесс составляет 20-30% времени построения, для SLS - 50-60%, а для DLP- 30-35%.

Компания Carbon3D готова решить эту проблему. Процесс нанесения материала при технологии CLIP не требует специальных операций и происходит за счет свойств материала и особенностей светопроницаемого окна (мембраны). В трехмерных принтерах с использованием фотоплимеров происходит управляемая химическая реакция: под воздействием светового излучения жидкая светочувствительная смола твердеет. CLIP-технология более точно управляет этой реакцией: помимо запуска полимеризации излучением, появилась возможность останавливать процесс в необходимых зонах.

Отличительная особенность новой технологии в мембране. Она обладает теми же свойствами что и оптические контактные линзы: способностью пропускать не только свет, но и кислород.

Благодаря насыщению тонкого слоя модельного материала кислородом, нейтрализуется способность фотополимера к затвердеванию. Получившаяся "мёртвая зона" и дает возможность свободно перемещаться материалу в зону построения без устройств нанесения, получается эффект "втягивания" материала при поднятии платформы.

Управление силой светового потока и концентрацией кислорода, позволяет настолько гибко влиять на процесс послойного синтеза, что это дает возможность отказаться от механизмов нанесения материала и увеличить скорость построения в 20-100 раз.

CLIP-технология предъявляют новые требования к модельным материалам. Они должны иметь низкую вязкость и малый коэффициент поверхностного натяжения, а для увеличения скорости построения необходима достаточно быстрая химическая реакция под воздействием УФ-излучения.

Этим требованиям отвечают фотополимеры на основе акрилата. Они достаточно жидкие, чувствительны ко многим видам излучения, и процесс полимеризации происходит быстрее, чем в эпоксидных композициях.

Следует учитывать, что универсальные решения, как правило, имеют ряд ограничений. И акриловые фотополимеры, по сравнению с эпоксидными, обладают и недостатками. Больший коэффициент усадки материала оборачивается меньшой стабильностью размеров при полимеризации, т.е. увеличиваются риски некачественного построения. А использование управляемой химической реакции с двумя факторами может приводить к недостаточно отвержденному, даже резиноподобному слою на поверхности прототипа.

Конструкция AM-машин, при которой прототип синтезируется, начиная с верхней точки, имеет ряд особенностей. С одной стороны, не требуется большое количество материала для начала построения, и расходуется он достаточно экономно. С другой, при увеличении массы синтезируемого изделия повышается вероятность отрыва прототипа от платформы во время построения. Это может существенно ограничить использование CLIP-технологии в промышленных AM-машинах.

3D-принтер высокого разрешения Formlabs Form 2

Схожие варианты

Близким путем движется американская компания Formlabs. Ее настольный 3D-принтер Form 2 способен создавать изделия с высоким разрешением (шаг построения от 25 мкм), используя классическую технологию и геометрически более стабильные материалы.

Стереолитографический аппарат Form 2 использует в качестве модельных материалов фотополимеры на эпоксидной основе и лазерный источник излучения.

Перспективы

В 2015 году совет директоров Carbon3D возглавил Алан Мулалли, бывший руководитель Ford Motor. Компания первой из автопроизводителей стала использовать в работе функциональные прототипы, созданные с использованием CLIP-технологий.

Нацеленность на решение задач автомобильной промышленности будет способствовать развитию проекта CLIP и созданию материалов для широких областей применения. В успех Carbon3D поверил и один из ведущих игроков на рынке трехмерного моделирования. Американский гигант Autodesk инвестировал в инновационную разработку 10 млн долларов.

Казмирчук К.Н.,
начальник Конструкторско-Технологического Управления
ФГУП "НАМИ", заместитель директора НТК "МашТех", СПбПУ