Руководство по SLA 3D-печати. Все что необходимо знать!

Пост обновлен 21 окт. 2019 г.


Стереолитография (SLA) - это аддитивное производство - обычно называемое 3D-печатью - технология, которая превращает жидкие материалы в твердые части, слой за слоем, путем выборочного отверждения с использованием источника света в процессе, называемом фотополимеризацией. Стереолитография (SLA) широко используется для создания моделей, прототипов, производственных деталей для целого ряда отраслей промышленности, от проектирования изделий до производства , стоматологии , ювелирных изделий, создания моделей и образования.

В этом всеобъемлющем руководстве вы узнаете о различных 3D-принтерах SLA, различных материалах и их характеристиках, а также о том, как стереолитография сравнивается с другими технологиями на рынке.

Краткая история

Процесс стереолитографии (SLA) впервые появился в начале 1980-х годов, когда японский исследователь д-р Хидэо Кодама изобрел современный многоуровневый подход к стереолитографии с использованием ультрафиолетового света для отверждения светочувствительных полимеров. Сам термин стереолитография был придуман Чарльзом (Чаком) В. Халлом, который изобрел современный форм-фактор машины, затем запатентовал технологию в 1984 году и соучредил компанию 3D Systems для ее коммерциализации. Халл описал метод как создание трехмерных объектов путем последовательной «печати» тонких слоев материала, отверждаемого ультрафиолетовым светом, начиная с нижнего слоя и заканчивая верхним слоем. Позднее определение было распространено на любой материал, способный к затвердеванию или изменению его физического состояния.

Сегодня 3D-печать и аддитивное производство (AM) описывают множество отдельных процессов, которые варьируются в зависимости от метода изготовления слоя, материала и используемой технологии.

Когда в конце 2000-х годов истек срок действия патентов, внедрение настольной 3Д-печати расширило доступ к этой технологии, и FDM впервые завоевало популярность на настольных платформах. Хотя эта доступная экструзионная технология способствовала широкому использованию 3D-печати, качество этих деталей ограничивало использование этих машин, поскольку повторяемые, высокоточные результаты имеют решающее значение для профессиональных применений.

Вскоре технология SLA последовала за FDM и стала доступной на рабочем столе. Стереолитография принесла 3D печати с высокое разрешение. Эти возможности сделали 3д-печать доступной для различных пользовательских нужд, в том числе для проектирования и производства продукции, а также для стоматологической и ювелирной промышленности.

Системы SLA

Стереолитография принадлежит к семейству технологий аддитивного производства, известных как фотополимеризация в ванне. Все эти машины построены по одному и тому же принципу с использованием источника света - УФ-лазера или проектора - для отверждения жидкой смолы в затвердевший пластик. Основное физическое отличие заключается в расположении основных компонентов, таких как источник света, строительная платформа и резервуар со смолой.

На видео Вы можете просмотреть, как работает стереолитография (SLA) на примере 3д-принтера Formlabs Form2.

Right-Side Up SLA

Эти 3D-принтера SLA построены вокруг большого резервуара с жидким фотополимером (смолой) и платформы. УФ-лазер фокусируется на поверхности смолы, отслеживая поперечное сечение 3D-модели. Затем строительная платформа опускается на расстояние, равное толщине одного слоя, и свипер проходит по ванне, чтобы покрыть ее свежим материалом. Процесс строит последовательные слои поверх других, пока деталь не будет закончена.

Схема системы right-side up SLA

Этот подход чаще всего встречается в крупных промышленных системах, и до появления настольных систем он был стандартным подходом к стереолитографии. Его преимущества включают в себя большой объем сборки, низкое усилие на деталях во время процесса печати и, в свою очередь, высокую детализацию и точность.

Из-за больших настроек, требований к техническому обслуживанию и объем материала стереолитография Right-Side Up требует больших начальных инвестиций и является дорогостоящей в эксплуатации. Вся площадь сборки должна быть заполнена смолой, что может легко составлять 10-100 литров в сырье, что делает трудоемкой задачу обработки, обслуживания, фильтрации и замены материалов. Эти машины очень чувствительны к стабильности и уровню, любая несогласованность может привести к сваливанию детали, что приведет к сбою печати.

Upside-Down (Inverted) SLA

Как следует из названия, в Upside-Down стереолитографии процесс перевернут с ног на голову. В этом методе используется резервуар с прозрачным дном и антипригарной поверхностью, который служит подложкой для отверждения жидкой смолы, что позволяет аккуратно отсоединить вновь сформированные слои. Платформа опускается в резервуар для смолы, оставляя пространство, равное высоте слоя между платформой или последним завершенным слоем и дном резервуара.

Схема системы upside-down (Inverted) SLA

Ультрафиолетовый лазер направлен на два зеркальных гальванометра, которые направляют свет на правильные координаты, фокусируют свет вверх через дно ванны и отвердевают слой фотополимерной смолы на дне резервуара. Комбинация вертикальной рабочей платформы и горизонтального движения резервуара затем отделяет отвержденный слой от дна резервуара, и строительная платформа перемещается вверх, чтобы позволить свежей смоле течь внизу. Процесс повторяется до завершения печати. В более совершенных системах резервуар нагревают, чтобы обеспечить контролируемую среду, и стеклоочиститель проходит через резервуар между слоями для циркуляции смолы и удаления скоплений полуотвержденной смолы.

Преимущество этого перевернутого подхода заключается в том, что объем сборки может существенно превышать объем резервуара, поскольку машине требуется только достаточно материала, чтобы нижняя часть сборного резервуара постоянно была покрыта жидкостью. Это, как правило, упрощает обслуживание, очистку, замену материалов, а также позволяет значительно уменьшить размер машины и снизить затраты, что позволяет перенести SLA 3д-принтер на рабочий стол.

Upside-Down 3D-печать SLA имеет свои ограничения. Из-за сил отслаивания, влияющих на деталь, объем сборки ограничен, и для удержания части, прикрепленной к платформе сборки, требуются более крупные опорные конструкции. Силы отслаивания также ограничивают использование более гибких материалов, поскольку опорные конструкции также становятся гибкими.


Понимание поддержки в 3D-печати

В SLA требуется использование поддержек для большинства деталей в зависимости от их конструкции.

В системах Right-Side Up эти опоры удерживают детали в точном месте, чтобы гарантировать, что все детали имеют что-то, к чему можно прикрепиться, и противостоят боковому давлению. Upside-Down стереолитография использует опоры для прикрепления нависающих частей к строительной платформе, предотвращения прогиба под действием силы тяжести и сохранения вновь созданных секций во время процесса отслаивания.

Обе системы SLA используют вспомогательные структуры для прикрепления деталей к платформе сборки.

Большинство программных инструментов автоматически создают опоры во время подготовки 3D-моделей, но их также можно настроить вручную. После завершения процесса печати эти опоры должны быть удалены из готового продукта вручную.

Материалы

3D-принтеры SLA предоставляют инструмент, а материалы, позволяют стереолитографии создавать широкий спектр функциональных частей для различных отраслей промышленности. В этой главе мы рассмотрим процесс фотополимеризации и его сырье, смолу.


Процесс полимеризации

Пластмассы сделаны из длинных углеродных цепей. Чем короче цепь, тем менее плотный или вязкий пластик. Смола представляет собой пластик, состоящий из коротких углеродных цепочек - от 1 до нескольких тысяч атомов углерода. Он содержит все компоненты конечного пластика, но еще не полностью полимеризован. Когда на смолу воздействует ультрафиолетовый свет, цепи соединяются, образуя гораздо более длинные и, следовательно, более жесткие цепи. Когда сработало достаточное количество цепей, результат является твердой деталью.

Стадии процесса полимеризации.

Давайте разберем этот процесс еще дальше. Цепи мономера и олигомера в смоле имеют активные группы на своих концах. Когда на смолу воздействует ультрафиолетовый свет, молекула фотоинициатора распадается на две части, и связывающая ее связь становится двумя очень реактивными радикалами. Эти молекулы переносят реакционноспособные радикалы к активным группам на мономерных и олигомерных цепях, которые, в свою очередь, реагируют с другими активными группами, образуя более длинные цепи. По мере того как цепи становятся длиннее и образуют поперечные связи, смола начинает затвердевать. Весь процесс, от жидкого до высокополимеризованного твердого состояния, происходит за считанные миллисекунды.


Характеристики смол и пластмасс

Различные смолы состоят из разных основных цепей и боковых групп - разных комбинаций длинных и коротких мономеров, олигомеров, фотоинициаторов и добавок. Это дает уникальную свободу для создания различных составов с широким спектром оптических, механических и термических свойств, от прозрачных до непрозрачных и цветных, от гибких до жестких и прочных до теплостойких.

Изотропия против Анизотропии

Из-за послойной природы технологий 3D печати во многих случаях свойства материала изменяются в некоторой степени в соответствии с направлением в материале, в котором они измеряются, условие, называемое анизотропией. Например, 3D-напечатанный объект может иметь различное удлинение при разрыве или жесткость в направлениях X, Y и Z.

Во время процесса 3д-печати SLA смолы образуют ковалентные связи. Это обеспечивает высокую степень поперечной прочности, но реакция полимеризации не доводится до конца. Скорее, процесс печати модулируется таким образом, что слой удерживается в полуреагировавшем состоянии, называемом «зеленым состоянием». Это зеленое состояние отличается от полностью отвержденного состояния одним очень важным способом: на поверхности все еще остаются полимеризуемые группы что последующие слои могут образовывать ковалентные связи.

Когда следующий слой отверждается, реакция полимеризации включает группы в предыдущем слое, образуя ковалентные связи не только в боковом направлении, но и с предыдущим слоем. Это означает, что на молекулярном уровне практически нет различий между осью Z и плоскостью XY с точки зрения химических связей. Каждая непрерывная деталь, напечатанная на машине SLA, является изотропной.

Изотропия имеет как механические, так и оптические преимущества. Изотропные детали идеальны для инженерного прототипирования, поскольку они отражают диапазон свойств, связанных с обычными термопластами, полученными литьем под давлением, и не страдают от расслоения или поверхностной пористости. Процесс химического связывания и отсутствие видимых линий слоев внутри деталей позволяет печатать оптически чистые детали.

Постотверждение

После завершения печати детали остаются на платформе сборки в вышеупомянутом зеленом состоянии. Хотя они достигли своей окончательной формы, реакция полимеризации еще не завершена, поэтому механические и термические свойства не установлены полностью.

УФ-отверждение завершает процесс полимеризации и стабилизирует механические свойства.

Добавление камеры последующего отверждения к процессу печати завершает процесс полимеризации и стабилизирует механические свойства. Это позволяет деталям достичь максимально возможной прочности и стать более стабильными, что особенно важно для функциональных смол для машиностроения, стоматологии и ювелирных изделий. Например, успешное выгорание отлитых оттисков требует последующего отверждения, а гибкие детали удваивают свою прочность при последующем отверждении.

Процесс печати

Теперь, когда мы понимаем теорию, лежащую в основе стереолитографии, давайте рассмотрим, как выглядит процесс печати на примере настольного SLA-принтера Formlabs Form 2.


Дизайн

Используйте любое программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САD), чтобы спроектировать свою модель и экспортировать ее в формат файла 3D для печати.

Как и во всех процессах 3D-печати, стереолитография начинается с трехмерной модели, математического представления любой трехмерной поверхности. Это может быть создано с использованием программного обеспечения автоматизированного проектирования (САD) или разработано на основе данных трехмерного сканирования. Затем дизайн экспортируется в файл .STL или .OBJ, который читается программным обеспечением, подготавливающим файл для 3D-принтера.


Подготовка

Подготовьте модель к печати в программном обеспечении 3D-принтера SLA .

Каждый принтер SLA включает в себя программное обеспечение для задания параметров печати и разбиения цифровой модели на слои для печати. Регулируемые параметры печати включают ориентацию, опорные структуры, высоту слоя и материал. После завершения установки программное обеспечение отправляет инструкции на принтер через беспроводное или кабельное соединение.


Печать

Выполняется стереолитографическая печать.

После быстрого подтверждения правильности настройки начинается процесс печати, и аппарат может работать без присмотра до завершения печати. В принтерах с системой картриджей материал автоматически заправляется машиной, в других случаях пользователю может потребоваться добавить больше материала для больших деталей.


Очищение

Очистите детали в изопропиловом спирте (IPA), чтобы удалить любую неотвержденную смолу.

После завершения процесса печати платформу сборки можно удалить из принтера. Затем напечатанные детали требуют промывки изопропиловым спиртом (IPA), чтобы удалить любую неотвержденную смолу с поверхности.


Постотверждение

Постотверждение для лучших свойств материала.

Детали, напечатанные с использованием функциональных смол, требуют последующего отверждения для завершения процесса полимеризации и стабилизации механических свойств.


Финиш

Снимите опоры и отшлифуйте оставшиеся опорные метки для чистой отделки

После сушки и отверждения опоры могут быть легко удалены с деталей, а оставшиеся опорные отметки отшлифованы для чистой отделки. Детали SLA могут быть легко подвергнуты последующей обработке для конкретных применений или требуемой обработки, включая механическую обработку, грунтовку, покраску и сборку печатных деталей.


Ещё нет 3D-принтера? Вы можете выбрать его в нашем магазине.

Просмотров: 75

Оборудование

Сервис

Информация 

Дополнительно 

  • ​Производители

  • Для бизнеса

  • Поставщикам

  • Сравнение

Яндекс деньги

Оплата на карту

Pay Pal

Qiwi

Приват 24 Оплата частями

© 2017-2020 ТОВ "3Д Сервис"

ЕГРПОУ 42859241

3D Service LLC