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

SLA (Стереолитография) была среди первых технологий 3D-печати, которые были коммерциализированы. Она использует акриловые или другие смолы, которые должны отверждаться с использованием ультрафиолетового (УФ) лазера. Технология была переосмыслена различными способами. Её выбор материалов также значительно вырос — теперь можно найти жёсткие, гибкие, теплостойкие, химически стойкие, биосовместимые и другие варианты смол. Xometry мгновенно котирует этот процесс и делает это с 2018 года. Это один из наших самых популярных процессов 3D-печати.

SLA-процесс берёт 3D-модель компонента и рендерит её в твёрдый пластик. Компьютерная модель сначала цифрово «нарезается» на слои, так что принтер может методично связывать каждый срез с предыдущим. SLA-машины печатают прототипы деталей, тестовые компоненты, медицинские приспособления, инструменты, косметические тестовые образцы и многое другое.

Эта статья предоставляет базовое понимание преимуществ SLA-технологии, материалов, применений и многого другого.

Что такое SLA 3D-печать?

SLA — процесс 3D-печати, использующий сканирующий УФ-лазер для отверждения поверхностного слоя фоточувствительной смолы. Смола поставляется в ванне, и в абсолютном большинстве SLA-машин деталь строится вверх дном. С каждым слоем строительная платформа движется вверх, создавая видимость, будто деталь вырастает из жидкого полимера. Машина также должна печатать необходимые опорные структуры для поддержки нависающих элементов в дизайне.

УФ-чувствительные фотополимеры, используемые в процессе, коллективно называются «смолами». Это фото-катализированные акриловые мономеры, которые становятся перекрёстно-связанными при воздействии УФ-лазерного света. Этот принцип позволяет машине создавать детали размером с ширину лазерного луча.

SLA-модели иногда печатаются в частично отверждённом состоянии. Эти модели требуют пост-обработки в виде дополнительного УФ-воздействия для завершения процесса перекрёстного связывания. Этот дополнительный процессный шаг помогает устранить частично затвердевшие смолы, которые не полностью отвердели из-за обратного рассеяния и дифракции УФ-луча. Независимо от того, выполняется ли пост-отверждение, все детали должны быть промыты после завершения печати для удаления поверхностной смолы. Промывка обычно делается в ванне изопропилового спирта. Удаление напечатанного опорного каркаса происходит после этого.

Для дополнительной информации см. нашу статью обо всём о 3D-печати.

SLA-напечатанные теги

Каков источник света SLA 3D-печати?

Источник света SLA 3D-печати — УФ-лазер, действующий как механизм отверждения стереолитографической машины. Этот источник света точно настроен на катализатор, используемый в смоле. Однако разные производители используют разные длины волн. Самый распространённый SLA-лазер — 395 нм длины волны лазерная диодная система. Она производит 300-500 мВт мощности в луче, коллимированном до диаметра около 300 мкм. Разнообразие других лазерных источников света можно найти в некотором оборудовании, с катализаторами, подходящими для их частотного диапазона. Другие типы УФ-источников света используются в стереолитографии всего слоя. Эти лампы используют либо проектор из микроскопических зеркал (в случае цифровой обработки света или DLP-принтеров) либо ЖК-маску (обычно называемую маскированной стереолитографией или MSLA).

Где используется SLA 3D-печать?

SLA 3D-печать используется для применений таких как:

• Прототипирование: Поскольку они могут включать мелкие детали, SLA-напечатанные детали могут использоваться как инженерные тестовые модели.
• Производство: SLA создаёт функциональные детали для ситуаций, не требующих большой стойкости к напряжению.
• Инженерия и проектирование продукта: SLA-детали могут быть вручную отшлифованы и покрашены для создания качественных пред-инструментальных прототипов.
• Ювелирное дело: SLA-машины могут строить косметические тестовые изделия для ювелиров.
• Стоматологические работы: SLA может создавать различные стоматологические продукты, включая мягкие ткани, зуб, костно-имплантные материалы и литейные полости для полиуретанового и силиконового литья.
• Здравоохранение: SLA-процессы могут производить медицинские имплантаты, используя специализированные материалы.

SLA — как и Carbon DLS и PolyJet 3D-печать — использует фотоотверждающиеся жидкие смолы вместо порошков или нити. Очень тонкий, очень ровный, полностью плотный слой жидкой смолы распределяется для каждого слоя. Таким образом, даже с той же толщиной слоя, SLA-печати будут иметь намного более гладкую поверхностную отделку без следов экструзии или порошковых поверхностных слоёв.

Кристиан Цу-Раун

Руководитель команды ручного котирования

Какие материалы используются в SLA 3D-печати?

SLA 3D-принтеры могут печатать с использованием этих материалов:

1. Акриловые смолы общего назначения: Эти материалы доступны в различных прочностях и прозрачностях.
2. Гибкие полиуретановые эластомеры: Используются для гибких деталей.
3. Жёсткие полиуретаны: Они имеют хорошую косметическую ценность, более долговечны, чем материалы общего назначения, и хорошо подходят для пробных или прототипных изделий.
4. Жёсткие смолы: Эти химически и термически стабильны и подходят для инженерных тестовых деталей.
5. Стоматологические и медицинские смолы: Эти смолы медицински безопасны и позволяют быструю сборку, качественную отделку и прозрачные изделия вроде кап для глотки, шиен и т.д.
6. ESD-смолы: Эти смолы подходят для изготовления электростатически безопасных приспособлений для производства.

SLA логотип Xometry, сделанный из материала Accura Xtreme Gray

Когда впервые использовалась SLA 3D-печать?

SLA 3D-печать была впервые создана в 1980-х Хидео Кодамой. Он был первым, кто использовал УФ-отверждаемые полимеры для «печати» тонких срезов пластика из ванны неотверждённой смолы. В 1984 году Чак Халл назвал процесс стереолитографией и получил патент. Этот патент защищал «метод создания 3D-объектов» путём слоения последовательных, взаимосвязанных «срезов» объекта.

УФ-лазер машины инструментален в создании точных деталей с жёсткими разрешениями. Он сканирует по поверхности бассейна смолы, индуцируя перекрёстные связи внутри материала. SLA представила первый успешный аддитивный производственный процесс для использования слоистых срезов. Технология была выведена на рынок в середине-поздних 80-х под компанией 3D Systems.

Как работает SLA 3D-печать

SLA 3D-печать работает перемещением УФ-лазера в плоскости X-Y. УФ-свет запускает катализаторы в жидком мономерном смоле. Печатающая пластина начинает на поверхности бассейна смолы, и области, где лазер ударяет и в смолу, и в твёрдую поверхность пластины, затем полимеризуются и прикрепляются к строительной пластине. С этим «слоем» завершённым, строительная пластина движется вверх, позволяя следующему слою прикрепиться к предыдущему. Повторяя этот процесс, деталь будет казаться растущей из жидкого бассейна. Печати обычно начинаются с дна детали, и деталь печатается вверх дном.

После извлечения деталь должна быть промыта для удаления любой неотверждённой смолы. Любые элементы опорного каркаса затем могут быть отрезаны.

Каковы параметры печати SLA?

Параметры печати SLA-машины обычно фиксированы производителями. Только ориентация детали и высота слоя могут быть изменены. Таблица 1 ниже показывает сравнение двух распространённых ориентаций SLA-принтеров:

Настройка	Bottom-up SLA принтеры (Настольные)	Top-down SLA принтеры (Промышленные)
Типичная высота слоя	25–100 мкм	25–150 мкм
Размерная точность	±0.5% (нижний предел: ±0.010–0.250 мм)	±0.15% (нижний предел: ±0.010–0.030 мм)
Размер сборки	До 145×145×175 мм	До 1500×750×500 мм

Таблица 1. Характеристики SLA-принтеров

Что отличает SLA 3D-печать?

SLA отличается от других 3D-печатных систем и процессов через свой широкий спектр материалов с очень разнообразными свойствами и косметическим качеством. SLA-материалы значительно улучшились и диверсифицировались с момента первого появления на рынке. Ещё один отличающий фактор для SLA — его поверхностная отделка — одна из высших стандартов в отрасли. Крупнейшие SLA-машины были спроектированы для автомобильной отрасли и могут строить целые кузовные панели, панели приборов и т.д.

Каковы варианты SLA пост-обработки?

SLA пост-обработка начинается удалением неотверждённой «мокрой» смолы. Bottom-up принтеры должны быть слиты перед пост-обработкой, в то время как top-down оборудование не требует такой задержки. В обоих случаях, однако, детали должны быть промыты для удаления любой оставшейся жидкости. Хотя ручная промывка в камере для распыления всё ещё распространена, автоматические решения продаются для этой стадии промывки. Некоторые смолы требуют дополнительного пост-отверждения под УФ-излучением. После завершения опорные каркасы удаляются либо вручную, либо автоматизированным оборудованием. В этой точке модели обычно считаются завершёнными. Любая дальнейшая обработка, такая как шлифовка или покраска, обычно направлена на улучшение косметического вида детали.

Каковы некоторые преимущества SLA 3D-печати?

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

Преимущества
Свойства материалов	SLA имеет широкий спектр свойств материалов в зависимости от поставщика.
Гибкость	Мало какие 3D-печатные процессы могут предлагать псевдо-эластомерные материалы, но SLA — хороший вариант для таких.
Поверхностная отделка деталей	SLA производит детали с отличной поверхностной отделкой. Они подходят для высоких спецификаций отделки и легко принимают краску.
Мелкие детали деталей	SLA хороша для мелких деталей пока выбрано правильное оборудование, смола и провайдер услуг. Особенности до 0.1 мм легко достижимы.
Равномерность разрешения	SLA имеет высокое разрешение вдоль Z-оси, но меньше в X-Y. Забота в выборе процесса и ориентации сборки важна.
Производство сложных деталей	SLA может точно воспроизводить сложные детали.
Изогнутые поверхности	Z-ступеньки на изогнутых поверхностях едва заметны.
Процесс печати	Процесс печати может быть быстрым, предполагая, что общая деталь не слишком высока вдоль Z-оси принтера.

Таблица 2. Преимущества SLA 3D-печати

Каковы некоторые недостатки SLA 3D-печати?

Недостатки SLA-машин показаны в Таблице 3:

Недостатки	Описание
Высокая стоимость деталей	Печатная смола стоит $200 за литр.
Износостойкость	Большинство SLA-материалов плохо работают в ситуациях абразии или стрикции, поэтому их не должны использовать в движущихся сборках. Высокопрочные SLA-материалы лучше, но стоят дороже.
Высокая стоимость оборудования	Промышленные SLA-машины стоят $200,000, в то время как менее способные настольные машины начинаются от $3,750.
Лазерная система	Лазерные системы требуют очень тщательного контроля безопасности и обучения.
Требовательное обслуживание машины	Лазеры и жидкая смола делают обслуживание машины требовательным или сложным для выполнения.
Разное разрешение	Потому что разрешение в плоскости X-Y отличается от того, что вдоль Z-оси, некоторые мелкие детали могут не выйти правильно.
Селективные свойства материалов	Детали, сделанные из более простых и распространённых смол, склонны быть хрупкими и могут ползти под постоянной нагрузкой.

Таблица 3. Недостатки SLA 3D-печати

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

В большинстве случаев ответ — да. SLA 3D-печать подходит огромному разнообразию проектов. Операторы должны просто выбрать правильные материалы для работы. Но задача выбора технологии 3D-печати — сложный процесс; многие стили имеют перекрывающиеся требования и возможности. SLA лучше всего для деталей, требующих гладких поверхностей, мелких деталей и высокого разрешения.

Резюме

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая сервис Стереолитографии (SLA) 3D-печати и ценности-добавляющие услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Запросите мгновенную котировку сегодня.

Отказ от ответственности

Контент, появляющийся на этой веб-странице, предназначен только для информационных целей. Xometry не даёт никаких представлений или гарантий любого рода, явных или подразумеваемых, касательно точности, полноты или достоверности информации. Никакие параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессы не должны выводиться как представительные того, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, запрашивающие котировки для деталей, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Обратитесь к нашим условиям для получения дополнительной информации.

Дин Макклементс

Дин Макклементс — выпускник с отличием по специальности «Машинное строительство» с более чем двумя десятилетиями опыта в производственной отрасли. Его профессиональный путь включал значимые роли в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Читать другие статьи Дина Макклементса