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 - 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.
SLA является одной из трех основных технологий, применяемых в 3D-печати, наряду с моделированием методом наплавки (FDM) и селективным лазерным спеканием (SLS). Относится к категории 3D-печати на смоле. Подобный метод, который обычно группируется с SLA, называется цифровой обработкой света (DLP). Он представляет собой своего рода эволюцию процесса SLA с использованием экрана проектора вместо лазера.
Краткая история стереолитографии
Несмотря на меньшую популярность, чем технология FDM, SLA на самом деле является самой старой технологией аддитивного производства.
Процесс SLA впервые появился в начале 1970-х годов, когда японский исследователь д-р Хидэо Кодама изобрел современный многоуровневый подход к стереолитографии, используя ультрафиолетовый свет для отверждения светочувствительных полимеров. Термин был создан в 1986 году Чаком Халлом, основателем компании 3D Systems, занимающейся 3D печатью, который запатентовал технологию. По его словам, SLA - это метод создания трехмерных объектов путем последовательной «печати» слоев, под которым он подразумевал светочувствительный материал.
В 1992 году 3D Systems создала первый в мире аппарат SLA, который позволял изготавливать сложные детали, слой за слоем, за долю времени, которое обычно требуется.
Однако 3D-печать SLA была не первой технологией 3D-печати, получившей широкую популярность. Когда в конце 2000-х годов истек срок действия патентов, внедрение настольной 3D-печати малого формата расширило доступ к аддитивному производству, а моделирование методом слитого осаждения (FDM) впервые получило распространение на настольных платформах.
В то время как эта доступная технология на основе экструзии вызвала первую волну широкого распространения и понимания 3D-печати, машины FDM не удовлетворяли спектру профессиональных потребностей - высокоточные результаты имеют решающее значение для профессионального применения, как и биосовместимые материалы в стоматологии.
Малый формат SLA 3D-принтеров принес в 3D-печать высокое разрешение, что ранее ограничивалось монолитными промышленными системами, в гораздо меньшей и более доступной установке с широким спектром печатных материалов. Эти возможности расширили доступ к 3D-печати для различного нестандартного и высокоточного использования в различных дисциплинах, включая машиностроение, проектирование и производство, а также в стоматологической, ювелирной и других отраслях.
Рабочий процесс SLA 3D-печати
Подготовка
Используйте любое программное обеспечение САD или данные 3D-сканирования для разработки своей модели и экспортируйте ее в формат файла 3D-печати (STL или OBJ). Каждый принтер SLA включает в себя программное обеспечение для задания параметров печати и разбиения цифровой модели на слои для печати. После завершения настройки программное обеспечение для подготовки к печати отправляет инструкции на принтер через беспроводное или кабельное соединение.
3d-печать
Когда процесс начинается, лазер «рисует» первый слой детали в светочувствительной смоле. Везде, где лазер попадает, жидкость затвердевает. Лазер направляется в соответствующие координаты управляемым компьютером зеркалом.
На данный момент стоит отметить, что большинство настольных SLA-принтеров работают в обратном порядке. То есть лазер направлен вверх на платформу для сборки, которая начинается низко и постепенно поднимается.
После первого слоя платформа поднимается в соответствии с толщиной слоя (обычно около 0,1 мм), и дополнительная смола может течь ниже уже напечатанной части. Затем лазер затвердевает смолу в следующем поперечном сечении, и процесс повторяется до тех пор, пока вся деталь не будет завершена. Смола, которой не касается лазер, остается в ванне и может быть использована повторно.
Постобработка
После завершения печати детали требуют промывки изопропиловым спиртом (IPA), чтобы удалить любую неотвержденную смолу с их поверхности. После того, как промытые детали высохли, некоторые материалы требуют последующего отверждения - процесса, который помогает деталям достичь максимально возможной прочности и стабильности. Наконец, удалите опоры из частей и отшлифуйте оставшиеся опорные метки для чистой поверхности. Детали SLA могут быть легко обработаны, загрунтованы, окрашены и собраны.
Альтернативный процесс: цифровая обработка света
Как мы упоминали ранее, одним из потомков SLA является цифровая обработка света (DLP). В отличие от SLA, DLP использует экран цифрового проектора, чтобы высвечивать одно изображение каждого слоя по всей платформе. Поскольку проектор представляет собой цифровой экран, каждый слой будет состоять из квадратных пикселей. Таким образом, разрешение принтера DLP соответствует размеру пикселя, тогда как с SLA это размер лазерного пятна.
Материалы
В 3D принтерах SLA используются светореактивные термореактивные материалы, называемые «смолой». Когда смолы SLA подвергаются воздействию определенных длин волн света, короткие молекулярные цепи объединяются, полимеризуя мономеры и олигомеры в твердую или гибкую геометрию.
Производители материалов создали инновационные составы смол SLA с широким спектром оптических, механических и термических свойств, которые соответствуют свойствам стандартных, технических и промышленных термопластов.
Смолы SLA обладают преимуществом широкого спектра конфигураций составов: материалы могут быть мягкими или твердыми, сильно заполненными вторичными материалами, такими как стекло и керамика, или наполненными механическими свойствами, такими как высокая температура отклонения тепла или ударопрочность. Большой диапазон материалов по отрасли, от таких как материал для зубных протезов, до материалов, которые точно соответствуют конечным материалам для прототипирования, разработан для того, чтобы выдерживать обширные испытания.
Используя керамическую смолу, вы можете печатать детали и обжигать их, чтобы создать полностью керамическую деталь. В некоторых случаях именно эта комбинация универсальности и функциональности приводит к тому, что компании изначально внедряют SLA. Принтер становится инструментом для использования разнообразных возможностей различных материалов.
Отрасли использования
SLA 3D-печать ускоряет инновации и поддерживает предприятия в широком спектре отраслей, включая машиностроение, производство, стоматологию, здравоохранение, образование, развлечения, ювелирные изделия, аудиологию и многое другое.
Инжиниринг и дизайн продукта
Быстрое создание прототипов с помощью 3D-печати позволяет инженерам и дизайнерам превращать идеи в реалистичные подтверждения концепции, в высококачественные прототипы, которые выглядят и работают как конечные продукты, и направлять продукты через серию этапов проверки перед массовым производством.
Производство
Производители автоматизируют производственные и рабочие процессы, создавая прототипы инструментов и непосредственно используя 3D-печать в создании пользовательских инструментов, пресс-форм и вспомогательных средств для производства при гораздо меньших затратах и сроках, чем при традиционном производстве. Это снижает производственные затраты и дефекты, повышает качество, ускоряет сборку и максимально повышает производительность труда.
Стоматология
Цифровая стоматология снижает риски и неопределенности, связанные с человеческими факторами, обеспечивая более высокую согласованность, точность на каждом этапе рабочего процесса для улучшения обслуживания пациентов. 3D-принтеры могут производить целый ряд высококачественных нестандартных изделий и приборов при низких удельных затратах с превосходной подгонкой и воспроизводимыми результатами.
Образование
3D-принтеры являются многофункциональными инструментами для захватывающего обучения и передовых исследований. Они могут стимулировать творческий подход и знакомить студентов с технологиями профессионального уровня.
Здравоохранение
Доступная настольная 3D-печать профессионального уровня помогает врачам предоставлять процедуры и устройства, специально предназначенные для лучшего обслуживания каждого отдельного человека, открывая двери для применения в медицинских целях, одновременно экономя организации значительные затраты времени и средств.
Развлечения
Физические модели высокого разрешения широко используются в скульптуре, моделировании персонажей и изготовлении реквизита. 3D-печатные части снимались в кинофильмах, использовались в видеоиграх, костюмах на заказ и даже в спецэффектах для фильмов-блокбастеров.
Ювелирные изделия
Специалисты по ювелирным изделиям используют CAD и 3D-печать для быстрого создания прототипов и производства больших партий готовых изделий. Цифровые инструменты позволяют создавать последовательные, четко детализированные детали.
Аудиология
Специалисты по слуховым аппаратам и лаборатории по изготовлению ушных вкладышей используют цифровые рабочие процессы и 3D-печать для более последовательного производства высококачественных изделий для ушных раковин и при больших объемах для таких применений, как заушные слуховые аппараты, средства защиты слуха, а также специальные затычки для ушей и наушники.