SLA Технология. Как работает 3D печать SLA.

Сегодня мы рассмотрим основные принципы технологии SLA. Прочитав эту статью, вы поймете основные моменты процесса печати по данной технологии, преимущества и недостатки этого способа 3D печати.

На нашем сайте, вы можете ознакомиться со списком 3D-принтеров работающих по технологии SLA, по этой ссылке: Каталог 3D принтеров печатающих по технологии SLA/DLP

Технология 3D печати SLA

Стереолитография (SLA) - это процесс аддитивного производства, результат в котором достигается по средствам полимеризации смолы. В SLA печати, объект создается путем селективного отверждения полимерной смолы, слой за слоем, с использованием ультрафиолетового (УФ) лазерного луча. Материалы, используемые в SLA печати, представляют собой светочувствительные термореактивные полимеры, которые выпускаются в жидкой форме.

SLA известен как первая технология 3D-печати: ее изобретатель запатентовал эту технологию еще в 1986 году. Если требуется напечатать детали с очень высокой точностью или гладкой поверхностью, на помощь приходит SLA. В данном случае это наиболее экономически выгодная и эффективная технология 3D-печати. Наилучших результатов можно достичь, только в том случае, если оператор оборудования на котором происходит процесс печати, хорошо знаком с технологией и некоторыми нюансами. То есть имеет необходимую квалификацию.

У SLA много общих характеристик с Direct Light Processing (DLP), еще одной технологией фотополимеризации. Для простоты обе технологии могут рассматриваться как равные.

Процесс печати по технологии SLA

1)                                                                        2)                                                                        3)

1) В резервуаре с жидким фотополимером размещается платформа, на одном уровне высоты от поверхности смолы.

2) Затем УФ-лазер по заранее установленному алгоритму селективно отверждает необходимые участки фотополимерной смолы. 

Лазерный луч фокусируется на заданном пути с помощью набора зеркал, называемых гальвосами. Затем происходит засветка всей площади поперечного сечения модели. Поэтому полученная деталь получается полностью цельная.

3) Когда один слой закончен, платформа перемещается на безопасное расстояние, и лапка-перемешиватель внутри ванны перемешивает смолу. 

Так и повторяется этот процесс до тех пор, пока деталь не будет напечатана. После печати деталь находится в не совсем отвержденном состоянии и требует дальнейшей постобработки под УФ лампой. По окончании УФ засветки деталь приобретает очень высокие механические и термические свойства.

Жидкая смола затвердевает с помощью процесса, называемого фотополимеризацией: во время затвердевания углеродные цепи мономера, из которых состоит жидкая смола, активируются под воздействием ультрафиолетового лазера и становятся твердыми, создавая прочные неразрывные связи друг с другом. 

Процесс фотополимеризации необратим, и не существует способа перевести полученные детали обратно в жидкое состояние. При нагревании они будут гореть, а не плавиться. Это потому, что материалы, которые производятся по технологии SLA, сделаны из термореактивных полимеров, в отличие от термопластов, которые использует FDM.

Схема работы SLA принтера

Характеристики SLA принтера

В системах SLA большинство параметров печати устанавливаются производителем и не могут быть изменены. Единственными входными данными являются высота слоя и ориентация детали (последнее, определяет местоположение поддержек).

Высота типичного слоя в SLA печати находится в диапазоне от 25 до 100 микрон. 

Чем меньше будет высота слоя, тем более точно будет отпечатана сложная геометрия модели, но вместе с этим увеличится время печати и вероятность неудачи. Высота слоя в 100 микрон подходит для большинства распространенных геометрий и является золотой серединой.

Еще один важный параметр для оператора - размер платформы. Он зависит от типа принтера SLA. Существует два основных типа: ориентация сверху вниз и ориентация снизу вверх.

В первом случае лазер стоит над баком, а деталь лицевой стороной вверх. Платформа стоит в самом верху чана со смолой и движется вниз после спекания каждого слоя.

Схема SLA принтера с ориентацией сверху вниз

При схеме «снизу вверх» на SLA принтерах, источник света размещается под резервуаром со смолой (см. рисунок выше), и деталь строится вверх ногами. 

Резервуар имеет прозрачное дно с силиконовым покрытием, которое пропускает луч света, но препятствует прилипанию отвержденной смолы. После каждого слоя отвержденная смола отделяется от дна резервуара, когда платформа движется вверх. Это называется этапом спекания.

Схема SLA принтера с ориентацией снизу вверх

Ориентация «снизу вверх» в основном используется в настольных принтерах, таких как Formlabs. Ориентация «сверху вниз» применяется в промышленных SLA принтерах. 

Принтеры SLA «снизу вверх» проще в изготовлении и эксплуатации, но размер возможной печати будет меньше, так как силы, приложенные к детали на этапе спекания, могут привести к сбою печати. 

Принтеры же с ориентацией «сверху вниз» могут печатать детали очень больших размеров, без большой потери в точности. Широкие возможности таких систем естественно обходятся дороже.

Далее приведены основные характеристики и различия двух ориентаций:

Популярные производители: 

FORMLABS 

Размер области печати: До 145 х 145 х 175 мм 

Типичная высота слоя и точность печати:  От 25 до 100 мкм и ± 0,5% (нижний предел: ± 0,010 - 0,250 мм) соответственно

    Популярные производители:

PRISMLAB

Размер области печати: До 1500 х 750 х 500 мм

Типичная высота слоя и точность печати:  От 25 до 150 мкм и ± 0,15% (нижний предел ± 0,010 - 0,030 мм) соответственно

Поддержки во время 3D печати

Поддержки всегда требуются в SLA печати. Несущие конструкции печатаются из того же материала, что и деталь, и после печати должны быть удалены вручную. 

Ориентация детали определяет местоположение и объем поддержек. Рекомендуется, чтобы деталь была ориентирована так, чтобы поверхности, от которых требуется максимальное качество, не соприкасались с поддержками.

В разных видах  SLA-принтеров поддержки используется по-разному:

В принтерах типа «сверху вниз» требования к поддержкам аналогичны требованиям FDM . Они необходимы для точной печати свесов и мостов (критический угол свеса обычно составляет 30 градусов). 

Деталь может быть ориентирована в любом положении, и обычно печатается плашмя, чтобы минимизировать количество поддержек и общее количество слоев.

В принтерах типа «снизу вверх» все сложнее. Выступы и мосты так же необходимо поддерживать, но минимизация площади поперечного сечения каждого слоя является наиболее важным критерием. 

Силы, приложенные к детали на этапе спекания, могут привести к ее отрыву от платформы. Эти силы пропорциональны площади поперечного сечения каждого слоя. 

По этой причине детали должны быть ориентированы под углом, и минимизация поддержек тут - не является первостепенной задачей.

Слева - деталь, ориентированная на SLA принтере «сверху вниз» (минимизация поддержки). 

Справа - деталь, ориентированная на SLA принтере «снизу вверх» (минимизация площади поперечного сечения).

Удаление поддержек детали напечатанной по технологии SLA

Скручивание

Одной из самых больших проблем, связанных с точностью деталей, изготовленных с помощью SLA, является скручивание. Эта проблема напоминает деформацию в FDM, при усадке материалов.

Во время затвердевания, смола немного сжимается при воздействии источника света принтера. Когда усадка значительна, между новым слоем и ранее затвердевшим материалом возникают большие внутренние напряжения, что приводит к скручиванию детали.

Адгезия(спекание) между слоями

SLA печатные детали имеют изотропные механические свойства. Это связано с тем, что одного прохода УФ-луча, недостаточно для полного затвердевания жидкой смолы. 

Дальнейшие проходы помогают ранее затвердевшим слоям сплавляться друг с другом. По факту в SLA печати, затвердение продолжается даже после завершения процесса печати.

Для достижения наилучших механических свойств детали напечатанные по этой технологии должны подвергаться последующему отверждению путем помещения их в камеру под интенсивным ультрафиолетовым излучением (а иногда и при повышенных температурах). 

Это значительно повышает твердость и термостойкость детали SLA, но не делает её более прочной. Скорее наоборот.

Например. 

Тестовые образцы, напечатанные стандартной прозрачной смолой на настольном принтере SLA, имеют после затвердевания почти в 2 раза большую прочность на разрыв (65 МПа по сравнению с 38 МПа).  

Могут работать под нагрузкой при более высоких температурах (58 градусов Цельсия, по сравнению с 42 градусами), но их удлинение при разрыве меньше в два раза (6,2% по сравнению с 12%).

Если оставить деталь на солнце, то из этого не выйдет ничего хорошего. 

Длительное воздействие ультрафиолета оказывает вредное воздействие на физические свойства и внешний вид. Деталь может скручиваться, стать очень хрупкой и изменить цвет. 

По этой причине перед использованием детали, рекомендуется нанести спрей прозрачной акриловой краски, устойчивой к УФ излучению.

Материалы для SLA печати

Материалы для SLA печати выпускаются в форме жидкой смолы. Цена за литр смолы сильно варьируется - от 50 долларов за стандартный материал до 400 долларов за специальные материалы, такие как литьевая или зубная смола. 

Промышленные системы предлагают более широкий спектр материалов, чем настольные SLA-принтеры, которые дают дизайнеру более строгий контроль над механическими свойствами печатной части.

Материалы SLA (термореактивные материалы) являются более хрупкими, чем материалы, изготовленные с использованием FDM или SLS (термопластов), и по этой причине детали SLA обычно не используются для функциональных прототипов, которые будут подвергаться значительной нагрузке. Однако новые достижения в разработке материалов могут изменить это в ближайшем будущем.

В следующей таблице приведены преимущества и недостатки наиболее часто используемых смол:

Пост-обработка SLA 3D печати

Детали напечатанные по SLA технологии, могут быть обработаны качественно, с использованием различных методов, таких как шлифовка и полировка, окрашивание и обработка минеральным маслом. Широко развёрнутые статьи о постобработке можно найти в интернете. 

Прозрачная полимерная крышка корпуса для электроники с различными вариантами отделки. Слева направо: удаление основной опоры, мокрое шлифование, УФ облучение, акрил и полировка

Преимущества и недостатки SLA

Плюсы:

• SLA 3D принтеры могут производить детали с очень высокой точностью размеров и со сложной геометрией.

• Детали будут иметь очень гладкую поверхность, что делает их идеальными, например для визуальных прототипов.

• Доступны специальные материалы, такие как прозрачные, эластичные и литьевые смолы.

Минусы:

• Детали, напечатанные по технологии SLA, как правило, хрупкие и не подходят для функциональных прототипов.

• Механические свойства и внешний вид этих деталей, со временем ухудшаются. На них пагубно влияет воздействие солнечного света.

• Поддержки и пост-обработка при печати требуются всегда.

Основные характеристики SLA приведены в таблице:

Итог

• SLA печать лучше всего подходит для производства визуальных прототипов с очень гладкой поверхностью и очень мелкими деталями.

• Настольный SLA 3D принтер идеально подходит для изготовления небольших, размером примерно с кулак взрослого человека деталей, отлитых под давлением. При этом такой принтер можно приобрести по доступной цене.

• Промышленные SLA 3D принтеры могут производить очень большие детали (размером до 1500 x 750 x 500 мм)

Что ж,  а на этом у нас все! Спасибо что были с нами, до новых встреч. Дальше будет интереснее!

Приобрести указанные в статье 3D-принтеры, расходный материал к ним, задать свой вопрос, или отследить заказ, вы можете 

• По телефону: 8(800)775-86-69

• Электронной почте:Sales@3dtool.ru

• Или на нашем сайте: https://3dtool.ru/

Не забывайте подписываться на наш YouTube канал :

И на наши группы в соц.сетях:

INSTAGRAM

ВКонтакте

Facebook