Стереолитография – что нужно знать о технологии

Стереолитография – что нужно знать о технологии

 

Что такое стереолитография? Как это работает? Откуда взялось это название? Мы расскажем все основы этой впечатляющей и выдающейся технологии, включая плюсы и минусы, сравнения и многое другое!

Что такое стереолитография?

Стереолитография – чаще называемая SLA – является одним из самых популярных и распространенных методов в мире производства присадок. Технология работает с использованием мощного лазера для затвердевания жидкой смолы, которая содержится в резервуаре для создания желаемой трехмерной формы. В двух словах этот процесс преобразует светочувствительную жидкость в трехмерные твердые пластмассы поэтапно с использованием малой мощности лазера и фотополимеризации.

SLA является одной из трех основных технологий, применяемых при трехмерной печати, а также сплавленного моделирования осаждения (FDM) и селективного лазерного спекания (SLS). Она относится к категории 3D-печати смолой. Подобный метод, который обычно сгруппирован с SLA, называется цифровой обработкой света (DLP). Он представляет собой своего рода эволюцию процесса SLA с использованием экрана проектора вместо лазера.

Стереолитография: история

Несмотря на то, что метод SLA менее популярен, чем технология FDM, SLA на самом деле является самой старой технологией производства присадок.

Данный метод был разработан американской компанией 3D Systems, основанной Чаком Халлом в 1986 году. В 1986 году Халл придумал термин «стереолитография». Он определил эту технологию как метод создания трехмерных объектов путем последовательной печати тонких слоев, отвержденных ультрафиолетовым лазером.

 

В 1992 году 3D Systems создала первый в мире аппарат SLA, который позволил сфабриковать сложные детали, за считанные секунды.

Стереолитография: компоненты

 

Каждый стандартный SLA 3D-принтер обычно состоит из четырех основных компонентов:

• Цистерна, заполненная жидким фотополимером. Жидкая смола обычно представляет собой прозрачный и жидкий пластик.
• Перфорированная платформа погружена в бак: платформа опускается в бак и может перемещаться вверх и вниз в соответствии с процессом печати.
• Высокоэффективный ультрафиолетовый лазер
• Компьютерный интерфейс, который управляет как платформой, так и лазерными движениями

Стереолитография: как это работает?

Программное обеспечение

Как и в случае многих процессов производства присадок, первый шаг состоит в разработке 3D-модели через программное обеспечение САПР. Полученные файлы САПР представляют собой оцифрованные представления желаемого объекта.

Если они не создаются автоматически, файлы САПР должны быть преобразованы в файлы STL. Стандартный язык тесселяции (STL) или «стандартный треугольный язык» – это формат файла, свойственный стереолитографическому программному обеспечению, созданному Abert Consulting Group специально для 3D Systems еще в 1987 году. STL-файлы описывают геометрию поверхности 3D-объекта, игнорируя другие общие атрибуты модели САПР, такие как цвет и текстура.

Шаг предварительного принтера предназначен для подачи STL-файла в программное обеспечение 3D slicer, например Cura. Такие платформы отвечают за генерацию G-кода, родного языка 3D-принтеров.

SLA 3D-печать

Когда процесс начинается, лазер «рисует» первый слой печати в светочувствительную смолу. Там, где лазер ударяет, жидкость затвердевает. Лазер направляется в соответствующие координаты с помощью компьютерного зеркала.

На этом этапе стоит упомянуть, что большинство настольных SLA-принтеров работают в обратном порядке. То есть, лазер указывает на платформу сборки, которая начинается с низкого уровня и постепенно увеличивается.

После первого слоя платформа поднимается в соответствии с толщиной слоя (обычно около 0,1 мм), и дополнительная смола может течь ниже уже отпечатанной части. Затем лазер затвердевает следующим поперечным сечением, и процесс повторяется до тех пор, пока вся часть не будет завершена. Смола, которая не прикасается лазером, остается в чане и может быть повторно использована.

Постобработка

После окончания полимеризации материала платформа поднимается из резервуара, и избыточная смола сливается. В конце процесса модель удаляется с платформы, промывается избытком смолы и затем помещается в УФ-печь для окончательного отверждения. Послепечатное отверждение позволяет объектам достигать максимально возможной прочности и становится более стабильным.

Альтернативный процесс: цифровая обработка света

Как мы уже упоминали ранее, одним из потомков SLA является обработка цифрового света (DLP). В отличие от SLA, DLP использует экран цифрового проектора для прошивки одного изображения каждого слоя по всей платформе. Поскольку проектор представляет собой цифровой экран, каждый слой будет состоять из квадратных пикселей. Таким образом, разрешение DLP-принтера соответствует размеру пикселя, тогда как с SLA это размер лазерного пятна.

Стереолитография: плюсы и минусы

Плюсы

• SLA – это, пожалуй, самый точный метод функционального прототипирования на рынке.
• Прототипы могут быть созданы с чрезвычайно высоким качеством, с тонко деталями (тонкие стены, острые углы и т. Д.) И сложными геометрическими формами. Толщина слоев может быть достигнута до 25 мкм, с минимальными размерами от 50 до 250 мкм.
• SLA обеспечивает самые точные допуски на размеры любой быстрой технологии изготовления прототипов или присадок: +/- 0,005 дюйма (0,127 мм) для первого дюйма и дополнительно 0,002 дюйма для каждого дополнительного дюйма.
• Поверхности печати гладкие.
• Объемы сборки могут достигать 50 x 50 x 60 см³ без ущерба для точности.

Минусы

• Процесс печати обычно медленный: в зависимости от размера и количества создаваемых объектов лазер может занимать минуту или две для каждого слоя. Большие объекты требуют длительных прогонов.
• Острые углы и выступы требуют поддержки структур во время процесса печати. Такие части могут потенциально разрушаться во время печати или фазы отверждения.
• Смолы сравнительно хрупкие и поэтому не подходят для функциональных прототипов или механических испытаний.
• SLA предлагает ограниченный выбор материалов и цветов, обычно предлагая черный, белый, серый и прозрачный материал.
• Стоимость SLA-печати сравнительно высока.

 

SLA против FDM

В FDM волокно подается через горячий экструдер и осаждается поэтапно. Используемые материалы обычно являются термопластами, но их можно смешивать с другими элементами, включая древесину, металл и углеродное волокно. Это одно преимущество перед SLA, которое имеет ограниченный выбор материалов.

Разрешение FDM зависит от размера сопла, а также от точности двигателей в осях X и Y. SLA обычно создает объекты с более высоким разрешением, чем FDM, из-за малого оптического размера лазера.

Постобработка с 3D-печатью FDM включает в себя удаление опор (при необходимости) и сглаживание поверхностей.В случае SLA ванна изопропилового спирта удаляет избыток липкой смолы. Кроме того, фаза после отверждения обеспечивает более высокую прочность фотополимеризованного объекта. (Тем не менее, это все еще не приводит к тому, что объект является механически сильным или долговечным, как печать FDM.)

Стоимость материалов для FDM значительно ниже, поскольку принтеры более доступны, а пластиковые катушки дешевле, чем смола.

В двух словах, если высокая точность и гладкая отделка являются приоритетами, SLA будет вашим лучшим выбором. Если стоимость и (в меньшей степени) долговечность играют определенную роль, используйте принтер FDM.

SLA против SLS

Селективное лазерное спекание (SLS) предполагает совершенно иной подход. Как и SLA, он использует лазер, но имеет более высокую мощность и используется для слияния тонкого порошка.Прямое металлическое лазерное спекание (DMLS) и селективное лазерное плавление (SLM) являются сходными методами, но оптимизированы для металлов и сплавов вместо термопластов. SLS работает в основном с нейлоном, полистиролом и другими полимерными материалами.

Основная сила SLS-печати – их превосходная прочность и долговечность. Кроме того, они могут быть сложными геометриями, которые невозможны при использовании SLA (или FDM). Хотя SLS может производить отпечатки более подробно, чем FDM, они обычно не сравниваются с точностью SLA.

Благодаря своим мощным лазерам, машины SLS включают более совершенные технологии, включая специальную защиту от вредного ультрафиолетового излучения. Это приводит к тому, что принтеры стоят дороже, при этом доступно несколько настольных или настольных вариантов.

Кроме того, порошки SLS более дорогие, чем жидкие фотополимеры.

В двух словах, если ваша высокая механическая прочность и сложные формы являются вашим приоритетом, а стоимость имеет второстепенное значение, используйте принтер SLS. В противном случае SLA, вероятно, лучший выбор.

Подведем итоги

Хотя стереолитография – это первый процесс, разработанный для быстрого прототипирования, и самый старый среди основных методов 3D-печати, он по-прежнему остается привлекательным решением для создания прототипов с высокой точностью и долговечностью. Многие отрасли и любители используют этот процесс для создания прототипов, а также конечных продуктов, а технология продолжает становиться более доступной.