Лазерная стереолитография — перспектива лазерной технологии
Создание опережающего научного задела, разработка на его основе новых технологических процессов и оборудования, производство технически совершенных, высокоэффективных образцов техники являются одним из важнейших направлений деятельности в области технологии авиационного двигателестроения. С этой точки зрения значительный интерес как для авиационной промышленности, так и для многих других отраслей представляют направления работ по созданию технологии и оборудования для реализации метода лазерной стереолитографии.
Процесс стереолитографии использует ультрафиолетовое излучение маломощного (выходная мощность излучения 20...200 мВт) лазера для избирательной полимеризации жидкого фотополимера. При этом методе растровый лазерный луч обеспечивает избирательное затвердевание последовательных тонких слоев фотополимера, наращивая каждый слой наверху предыдущего слоя до тех пор, пока не будет построена трехмерная модель.
Первым этапом создания модели методом лазерной стереолитографии является выполнение функции проектирования на трехмерной системе автоматизированного проектирования. Изображение строится или как объемная, или как поверхностная модель с окончательной толщиной стенок и внутренними деталями.
Затем, после завершения проектирования, электронная модель передается на компьютер стереолитографической установки, где она разрезается на тонкие слои электронным способом. Толщина отдельных слоев определяется требованиями точности. После этого компьютер разбивает каждый слой на сетку векторных данных, которые затем будут использоваться для управления направлением и скоростью перемещения лазерного луча.
Размеры модели, которые можно воспроизвести методом стереолитографии, ограничены размером ванны и оптической системы. В настоящее время серийно выпускаемое зарубежное оборудование обеспечивает изготовление моделей размерами 500x500x500 мм. Стоимость такого оборудования составляет 750 тыс. дол. Более крупногабаритные модели можно масштабировать электронным способом и воспроизводить в миниатюре или их можно строить по частям и собирать позже в натуральную величину деталей.
Точность моделей, созданных методом лазерной стереолитографии, в настоящее время составляет: в плоскости ^-710,13 мм, по оси 7. ± 0,2 мм на 100 мм высоты модели. Производительность метода составляет приблизительно одну минуту на каждый миллиметр высоты объекта.
Эффективный метод создания опытных деталей быстро и без дорогой инструментальной оснастки способен значительно снизить время и расходы, связанные с новыми программами разработки изделий, и, кроме того, сэкономить время для проработки дополнительных вариантов в процессе разработки, а конечным результатом является усовершенствование изделия.
В качестве примера применения метода лазерной стереолитографии можно привести изготовление моделей турбинных лопаток при проектировании нового газотурбинного двигателя на фирме "Гаррет энджин дивижн" авиакосмической компании "Эллайд-сигнал аэроспейс компани" (г. Реникс, Аризона, США).
Турбинная лопатка длиной 130 мм была смоделирована за 10 ч. Затем эти модели использовались при аэродинамических испытаниях. После аэродинамических низкотемпературных испытаний конструкции металлическая деталь может отливаться по образцу пластмассовой модели для проведения дальнейших испытаний.
Кроме того, эксплуатационные характеристики сложных внутренних каналов, предназначенных для охлаждения пера лопатки, можно исследовать в масштабе реального времени с помощью создания модели из прозрачного полимера и пропусканием контрастной жидкости или газов через каналы, что было невозможно до появления стереолитографии.
Областями применения метода лазерной стереолитографии являются: создание моделей для изготовления литейных форм, штамповой оснастки, пресс-форм, электродов- инструментов для электроэрозионной и электрохимической обработки; создание моделей для проведения натурных испытаний (визуальное наблюдение сборки, аэродинамические испытания и др.); проработка дизайна опытных образцов при изучении потребительского спроса и т.д.
Дополнительные усовершенствования технологии стереолитографии и соответствующих фотополимеров обеспечат возможности увеличения размеров детали и снижения коэффициента усадки. Кроме того, широкий диапазон фотополимеров, которые можно разработать в будущем, будет включать электропроводящие материалы и микрокомпозитные фотополимеры, содержащие небольшое количество частиц или волокон, обеспечивающих повышенную механическую прочность моделей.
