Появление фотополимерных смол. История 3Д печати. Слой за слоем⁠⁠

Прошлые посты из этой серии:

1. Да как бы мы печатали без желатина. История 3д печати. Слой за слоем

2. История 3Д печати. Слой за слоем

3. Мошенничество, убийство и 3Д печать? История слой за слоем

4. Два подхода соединяются в одну идею. История 3Д печати слой за слоем

Химия вступила в игру, когда компания DuPont изобрела фотополимерную смолу, которая послужила основой для развития различных лазерных технологий с 1950 по 1970г. Именно в это время были предприняты первые попытки полимеризации смолы, хотя степень развития технологии и ее коммерциализация были еще примитивными, прежде всего, они заложили научную основу для дальнейших изобретений. Заправляем материал в устройство подачи, поехали.

В 1956 году Отто Мунц подал заявку на патент, который за 30 лет до современной 3Д-печати является первым приближением к стереолитографии в современном понимании.

Отто предложил способ послойной засветки прозрачной фотоэмульсии. На слой проецировался контур (сечение) объекта. В качестве платформы, на которой производилась засветка, использовался поршень, установленный в цилиндре с возможностью перемещения. Поршень перемещали на определенную величину (т.е. с определенным шагом) и сверху наносили слой эмульсии, проецируя на него изображение, после чего наносили слой фиксирующего реагента. И так каждый шаг: поршень перемещали вниз, наносили фотоэмульсию, засвечивали, наносили слой фиксирующего реагента и т.д. Фиксирующий состав наносился на весь слой – и на засвеченные участки, и на не засвеченные, в результате внутри затвердевшего прозрачного материала, сформированного в виде цилиндра, оказывался заключенным образ трехмерного объекта.

Простыми словами. Мунц предложил создать трехмерный объект, засвечивая слой за слоем фотоэмульсию, которая затвердевает под действием света по одному слою за раз! Таким образом, он преодолел разрыв между такими процессами, как у Вудбери и Баезе, и текущими методами 3D-печати, которые используют изображение для засвечивания фотополимерной смолы, отверждающейся под воздействием света. Фотоэмульсии являются прямыми потомками светочувствительных желатиновых процессов.

На данный патент Отто Мунца, как на предшественника современной стереолитографии, ссылаются практически все авторы новых изобретений в области аддитивных технологий. Этот патент определенно показывает связь между фотографией и современными технологиями.

Следующие несколько десятилетий включали в себя продолжение разработки новых методов послойного наращивания деталей.

В 1972г. П.А. Сиро предложил технологию послойного синтеза из порошковых материалов.

Это процесс изготовления деталей из различных материалов, которые хотя бы частично способны плавиться. Для изготовления объекта мелкие частицы наносятся на форму под действием силы тяжести, магнитостатики, электростатики или располагаются с помощью насадки, расположенной рядом с формой. Затем лазер, электронный луч или плазменный луч локально нагревают частицы. Вследствие этого нагревания частицы прилипают друг к другу, образуя непрерывный слой. Для увеличения прочности соединения между частицами предлагалось использовать более одного лазерного луча.

В 1977 г. Вин Келли Суэйнсон предложил способ получения трехмерных объектов посредством отверждения фоточувствительного полимера в точке пересечения двух лазерных лучей.

В 1981г. Р.Ф. Хаузхолдер предложил способ формирования тонкого слоя порошкового материала путем нанесения его на плоскую платформу. Далее производилось разравнивание с последующим спеканием слоя.

В том же году Hideo Kodama опубликовал результаты работы первых функциональных систем фотополимеризации с помощью ультрафиолетовой (УФ) лампы и лазера.

Исследовательская статья с подробным описанием работы под названием «Автоматический трехмерный метод изготовления пластиковой модели из фотоотверждающегося полимера».

В этом подходе использовался коммерческий жидкий фотоотверждающийся полимер, известный в то время как «Tevista», который представлял собой смесь из ненасыщенного полиэфира, акрилового эфира и мономера стирола, инициатора полимеризации и УФ светочувствительных добавок. Другими важными элементами этих самых первых «3D-принтеров» были ксеноновая лампа и оптическое волокно, соединенное с движущимся по x/y плоттером.

Однако патентная заявка Кодамы не превратилась в полноценный патент, поскольку автор не подал полную патентную заявку до истечения годичного срока. Несмотря на это, опубликованная статья подтверждает этот исторический вклад и знаменует собой начало значительного роста в этой области.