Стереолитография (SLA):полное руководство по технологии, материалам и преимуществам 3D-печати

SLA (стереолитография) была одной из первых технологий 3D-печати, вышедших на рынок. В нем используются акриловые или другие смолы, которые необходимо отверждать с помощью ультрафиолетового (УФ) лазера. Технология была переосмыслена по-разному. Выбор материалов также значительно расширился:теперь вы можете найти жесткие, гибкие, термостойкие, химически стойкие, биосовместимые и другие варианты смол. Xometry мгновенно цитирует этот процесс, и делает это с 2018 года. Это один из наших самых популярных процессов 3D-печати.

В процессе SLA 3D-модель компонента преобразуется в твердый пластик. Компьютерная модель сначала «разрезается» на слои в цифровом виде, чтобы принтер мог методично связывать каждый слой с предыдущим. Машины SLA печатают детали прототипов, компоненты для испытаний, медицинские приспособления, инструменты, косметические тестовые образцы и многое другое.

В этой статье представлено общее представление о преимуществах, материалах, приложениях и многом другом технологии SLA.

Что такое 3D-печать по SLA?

SLA — это процесс 3D-печати, в котором используется сканирующий УФ-лазер для отверждения поверхностного слоя светочувствительной смолы. Смола подается в ванне, и в подавляющем большинстве машин SLA деталь расположена в перевернутом положении. С каждым слоем рабочая пластина будет двигаться вверх, создавая впечатление, будто деталь вырастает из жидкого полимера. Машина также должна напечатать необходимые опорные конструкции для поддержки выступов внутри конструкции. 

Чувствительные к УФ-излучению фотополимеры, используемые в этом процессе, в совокупности называются «смолами». Они представляют собой фотокатализированные акриловые мономеры, которые сшиваются под воздействием УФ-лазерного света. Этот принцип позволяет машине создавать детали размером с ширину лазерного луча. 

Модели SLA иногда печатаются в частично затвердевшем состоянии. Эти модели требуют последующей обработки в виде дополнительного воздействия ультрафиолета для завершения процесса сшивки. Этот дополнительный этап процесса помогает удалить частично затвердевшую смолу, которая не полностью затвердела из-за обратного рассеяния и дифракции УФ-лучей. Независимо от того, выполняется ли пост-отверждение или нет, после завершения печати все детали необходимо промыть, чтобы удалить поверхностную смолу. Промывка обычно производится в ванне с изопропиловым спиртом. После этого происходит удаление печатного поддерживающего каркаса.

Дополнительную информацию можно найти в нашей статье обо всем, что касается 3D-печати.

Печатные бирки SLA

Что такое источник света для 3D-печати SLA?

Источник света для 3D-печати SLA представляет собой УФ-лазер, который действует как механизм отверждения стереолитографической машины. Этот источник света точно настроен на катализатор, используемый в смоле. Однако разные производители используют разные длины волн. Наиболее распространенным лазером SLA является система лазерных диодов с длиной волны 395 мкм. Он производит мощность 300–500 мВт в луче, коллимированном до диаметра около 300 мкм. В некотором оборудовании можно найти множество других источников лазерного света с катализаторами, соответствующими их частотному диапазону. Другие типы источников УФ-излучения используются в полнослойной стереолитографии. В этих лампах используется либо проектор из микроскопических зеркал (в случае цифровой обработки света или DLP-принтеров), либо ЖК-маска (обычно называемая стереолитографией с маской или MSLA).

Где используется 3D-печать SLA?

SLA 3D-печать используется для таких приложений, как:

• Прототипирование: Поскольку детали, напечатанные по SLA, могут содержать мелкие детали, их можно использовать в качестве моделей для инженерных испытаний.
• Производство: SLA создает функциональные части для ситуаций, не требующих особой стрессоустойчивости.
• Инжиниринг и разработка продукции: Детали SLA можно обрабатывать и окрашивать вручную для создания качественных прототипов предварительной оснастки.
• Ювелирные изделия: Машины SLA могут создавать косметические тестовые изделия для ювелиров.
• Стоматологические работы: SLA может создавать различные стоматологические изделия, в том числе материалы для мягких тканей, зубов, костных имплантатов, а также отливочные полости для литья из полиуретана и силикона.
• Здравоохранение: Процессы SLA позволяют производить медицинские имплантаты с использованием специализированных материалов.

В SLA, а также в углеродной DLS и 3D-печати PolyJet используются фотоотверждаемые жидкие смолы вместо порошков или нитей. На каждый слой наносится очень тонкий, очень ровный, полностью плотный слой жидкой смолы. Таким образом, даже при одинаковой толщине слоя отпечатки SLA будут иметь гораздо более гладкую поверхность без следов экструзии или порошкообразных поверхностных слоев.

Кристиан Цу-Раун

Руководитель группы, ручное цитирование

Какие материалы используются в 3D-печати SLA?

3D-принтеры SLA могут печатать, используя следующие материалы:

1. Акриловые смолы общего назначения: Эти материалы доступны с различной прочностью и прозрачностью.
2. Гибкие полиуретановые эластомеры: Используется для гибких деталей.
3. Жесткие полиуретаны: Они имеют хорошую косметическую ценность, более долговечны, чем материалы общего назначения, и хорошо подходят для испытаний продукта или прототипов.
4. Жесткие смолы :Они химически и термически стабильны и подходят для изготовления деталей для инженерных испытаний.
5. Стоматологические и медицинские смолы: Эти смолы безопасны с медицинской точки зрения и позволяют ускорить сборку, качественную отделку и изготовление прозрачных изделий, таких как каппы, шины и т. д.
6. Смолы ESD: Эти смолы подходят для изготовления электростатически безопасных приспособлений для производства.

Логотип SLA Xometry, выполненный из материала Accura Xtreme Grey

Когда впервые была использована 3D-печать SLA?

3D-печать SLA была впервые создана в 1980-х годах Хидео Кодамой. Он был первым, кто использовал полимеры, отверждаемые УФ-излучением, для «печати» тонких кусочков пластика из ванны с неотвержденной смолой. В 1984 году Чак Халл назвал этот процесс стереолитографией и получил патент. Этот патент защищает «метод создания трехмерных объектов» путем наложения последовательных, взаимно связанных «кусков» объекта.

УФ-лазер машины способствует созданию точных деталей с малым разрешением. Он сканирует поверхность ванны смолы, вызывая образование поперечных связей внутри материала. SLA представлял собой первый успешный процесс аддитивного производства, в котором использовались слоистые срезы. Технология была выведена на рынок в середине-конце 80-х годов компанией 3D Systems.

Как работает 3D-печать по SLA

3D-печать SLA работает путем перемещения УФ-лазера в плоскости XY. Ультрафиолетовый свет активирует катализаторы в жидкой мономерной смоле. Печатная пластина начинается на поверхности ванны смолы, а области, где лазер воздействует как на смолу, так и на твердую поверхность пластины, затем полимеризуются и прикрепляются к рабочей пластине. Когда этот «слой» завершен, рабочая пластина перемещается вверх, позволяя следующему слою прикрепиться к предыдущему. Если повторить этот процесс, будет казаться, что деталь вырастает из лужи жидкости. Печать обычно начинается с нижней части детали, а деталь печатается в перевернутом виде. 

После снятия деталь необходимо промыть, чтобы удалить незастывшую смолу. После этого можно отрезать любые элементы опорных лесов. 

Каковы параметры печати SLA Printing?

Параметры печати аппарата SLA обычно устанавливаются производителями. Изменить можно только ориентацию детали и высоту слоя. В таблице 1 ниже показано сравнение двух распространенных ориентаций принтеров SLA:

Настройка Принтеры SLA снизу вверх (настольные компьютеры) Принтеры SLA с нисходящим расположением (промышленные)

Настройка

Типичная высота слоя

Принтеры SLA снизу вверх (настольные компьютеры)

от 25 до 100 мкм

Принтеры SLA сверху вниз (промышленные)

от 25 до 150 мкм

Настройка

Точность размеров

Принтеры SLA снизу вверх (настольные компьютеры)

± 0,5% (нижний предел:± 0,010–0,250 мм)

Принтеры SLA сверху вниз (промышленные)

± 0,15% (нижний предел:± 0,010–0,030 мм)

Настройка

Размер сборки

Принтеры SLA снизу вверх (настольные компьютеры)

До 145 x 145 x 175 мм

Принтеры SLA сверху вниз (промышленные)

До 1500 x 750 x 500 мм

Таблица 1. Характеристики принтера SLA

Что отличает 3D-печать SLA?

SLA отличается от других систем и процессов 3D-печати широким спектром материалов с очень разнообразными свойствами и косметическими качествами. Материалы SLA значительно улучшились и разнообразились с момента их первого появления на рынке. Еще одним отличительным фактором SLA является качество поверхности — один из самых высоких стандартов в отрасли. Самые большие машины SLA были разработаны для автомобильной промышленности и могут изготавливать целые панели кузова, приборные панели и т. д.

Какие варианты постобработки SLA существуют?

Постобработка SLA начинается с удаления неотвержденной «влажной» смолы. Принтеры, работающие снизу вверх, должны быть опорожнены перед последующей обработкой, в то время как оборудование, работающее сверху вниз, не требует такой задержки. Однако в обоих случаях детали необходимо промыть, чтобы удалить остатки жидкости. Хотя ручная промывка в покрасочной камере по-прежнему распространена, на рынке продаются автоматические решения для этой стадии промывки. Некоторые смолы требуют дополнительного доотверждения под воздействием УФ-излучения. После завершения поддерживающие леса снимаются либо вручную, либо с помощью автоматизированного оборудования. На этом этапе модели обычно считаются завершенными. Любая дальнейшая обработка, такая как шлифовка или покраска, обычно направлена на улучшение внешнего вида детали.

Каковы преимущества 3D-печати по SLA?

SLA 3D-печать предлагает широкий спектр преимуществ. Они показаны в Таблице 2:

Преимущества

Преимущества

Свойства материала

SLA имеет широкий диапазон свойств материала в зависимости от поставщика.

Преимущества

Гибкость

Немногие процессы 3D-печати могут предложить псевдоэластомерные материалы, но SLA является хорошим вариантом для них. 

Преимущества

Обработка поверхности детали

SLA производит детали с превосходной отделкой поверхности. Они подходят для высококачественной отделки, а также легко окрашиваются.

Преимущества

Мелкая детализация деталей

SLA хорошо подходит для мелких деталей, если выбрано правильное оборудование, смола и поставщик услуг. Легко получить детали размером до 0,1 мм.

Преимущества

Равномерность разрешения

SLA имеет высокое разрешение по оси Z, но меньшее по оси X-Y. Важны тщательный выбор процесса и ориентация сборки.

Преимущества

Производство сложных деталей

SLA позволяет точно воспроизводить сложные детали.

Преимущества

Изогнутые поверхности

Z-ступени на изогнутых поверхностях едва заметны.

Преимущества

Процесс печати

Процесс печати может быть быстрым, если вся деталь не слишком высокая по оси Z принтера.

Таблица 2. Преимущества 3D-печати по SLA

Каковы недостатки 3D-печати SLA?

Недостатки машин SLA показаны в Таблице 3:

Недостатки Описание

Недостатки

Высокая стоимость запчастей

Описание

Смола для печати стоит 200 долларов за литр.

Недостатки

Износостойкость

Описание

Большинство материалов SLA плохо работают в условиях истирания или прилипания, поэтому их не следует использовать в движущихся сборках. Высокопрочные материалы SLA лучше, но стоят дороже.

Недостатки

Высокая стоимость оборудования

Описание

Промышленные машины по SLA стоят 200 000 долларов США, а менее мощные настольные машины — от 3750 долларов США.

Недостатки

Лазерная система

Описание

Лазерные системы требуют очень тщательного контроля безопасности и обучения.

Недостатки

Требовательное обслуживание машины

Описание

Лазеры и жидкая смола усложняют техническое обслуживание оборудования.

Недостатки

Другое разрешение

Описание

Поскольку разрешение в плоскости XY отличается от разрешения по оси Z, некоторые мелкие детали могут получиться неправильными.

Недостатки

Выборочные свойства материала

Описание

Детали, изготовленные из более простых и распространенных смол, имеют тенденцию быть хрупкими и могут ползти под постоянной нагрузкой.

Таблица 3. Недостатки 3D-печати SLA

Подходит ли 3D-печать SLA для вашего компонента или проекта?

В большинстве случаев ответ — да. SLA 3D-печать подходит для самых разных проектов. Операторам необходимо просто выбрать подходящие материалы для работы. Но задача выбора технологии 3D-печати — сложный процесс; многие стили имеют частично совпадающие требования и возможности. SLA лучше всего подходит для деталей, требующих гладких поверхностей, мелких деталей и высокого разрешения.

Сводка

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая услуги стереолитографии (SLA) 3D-печати и дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Запросите мгновенное ценовое предложение сегодня.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Объяснение испытаний на сжатие:определение, цель, приложения и методология Преобразование OBJ в файлы STL для 3D-печати:пошаговое руководство