Основы послойного синтеза трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

И.Е. Малов, И.Н. Шиганов 

ОСНОВЫ ПОСЛОЙНОГО СИНТЕЗА 
 ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ  
МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ 
 СТЕРЕОЛИТОГРАФИИ 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для  студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по направлению 150200 
специальности 150206 «Машины и технология 
высокоэффективных процессов обработки материалов» 

М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 6 

УДК 621.375.826(075.8) 
ББК 32.86:30.61 
М19 

Рецензенты: В.К. Драгунов, В.А. Васильев 

Малов И.Е., Шиганов И.Н.  
М19 
Основы послойного синтеза трехмерных объектов методом  
лазерной стереолитографии: Учеб. пособие. – М.: Изд-во 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 40 с.: ил.  

ISBN 5-7038-2879-1 

В пособии рассмотрены физико-химические процессы синтеза 
полимерных объектов методом лазерной стереолитографии, конструктивные особенности используемого для этого оборудования, 
основные аспекты технологии послойного синтеза, сделан обзор 
стереолитографических установок, выпускаемых в России и за рубежом. Также в данной работе освещены вопросы использования 
пластиковых моделей в литейных технологиях для получения отливок из различных материалов. 
Для студентов старших курсов машиностроительных специальностей. 
Ил. 15. Табл. 1. Библиогр. 12 назв. 

УДК 621.375.826(075.8) 
ББК 32.86:30.61 

ISBN 5-7038-2879-1 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006 

 

ВВЕДЕНИЕ 

В последние десятилетия темпы развития промышленности 
достигли такого уровня, когда временные затраты на внедрение 
новых изделий в производство должны исчисляться не годами, как 
прежде, а месяцами или даже днями. В связи с этим весьма актуальным является использование на производстве современных высокоинтеллектуальных технологий быстрого прототипирования, 
основанных на послойном синтезе трехмерных моделей будущих 
деталей. Данные технологии позволяют в несколько (а иногда и в 
десятки) раз сократить время перехода от чертежа к реальному 
изделию.  

В настоящее время известно несколько десятков таких технологий. Все они объединены под общим названием RP&M (Rapid 
Prototyping and Manufacturing) – технологии быстрого прототипирования и производства. Также их называют Desktop Manufacturing – технологии настольного производства, FFFF (Fast Free 
Form Fabrication) – технологии быстрого изготовления форм и 
CARP (Computer Added Rapid Prototyping). 

Видное место среди лазерных RP&M-технологий занимает 
стереолитография – Stereolithography Laser Added (SLA). Впервые 
она была предложена Чарльзом Хеллом в 1984 г. Патент на данную технологию был получен фирмой 3D Systems в 1988 г. Лазерная стереолитография относится к методам послойного синтеза. В 
качестве расходного материала, из которого выращивают изделия, 
используются жидкие олигомерные фотополимеризующиеся композиции (ФПК). Данные композиции обладают свойством твердеть при воздействии на них светового излучения с определенной 
длиной волны. 

Исходной информацией о выращиваемом объекте для лазерной 
стереолитографической установки является трехмерная компьютерная модель будущей детали, которая при помощи специального 
программного обеспечения разбивается на горизонтальные слои с 
шагом 15…500 мкм (компьютер 1, на рис. 1). Подготовленная ин
 
3

формация загружается в компьютер 2, управляющий работой  
установки, задаются требуемые технологические параметры и запускается процесс выращивания, который от начала до конца протекает в автоматическом режиме. Платформа, на которой будет 
выращиваться модель, переводится в начальное (нулевое) положение, соответствующее поверхности ФПК, и лазерный луч, перемещаясь по двум координатам в горизонтальной плоскости, вырисовывает на этой поверхности изображение первого слоя компьютерной модели. В результате области ФПК поглотившие достаточное количество лазерной энергии преобразуются в полимерную 
пленку заданной толщины (15…500 мкм). Далее платформа погружается в ФПК на глубину равную толщине второго слоя, и луч 
вырисовывает на поверхности жидкости изображение второго 
слоя. Данный, процесс повторяется до тех пор, пока все слои не 
будут отработаны. Затем платформа вместе с выращенной моделью 8 поднимается над поверхностью ФПК, модель снимают с 
платформы, дополимеризовывают и используют по назначению. 

3 
4 
5 

 
8 
 
7 

 
 
 
 
6 

2 
1 

Рис. 1. Упрощенная схема стереолитографа: 

1 – компьютер предварительной подготовки модели; 2 – управляющий компьютер; 3 – излучатель лазера; 4 – оптическая система; 5 – система перемещения лазерного луча; 6 – система вертикального перемещения с платформой выращива
ния; 7 – рабочий бак с ФПК; 8 – выращиваемое изделие 

Благодаря физико-химическим свойствам расходного материала 
и высокой пространственной селективности воздействия лазерного 
излучения по сравнению с другими RP&M-технологиями стериоли
 4