Wprowadzanie do technologii
Stereolitografia (SLA) to proces wytwarzania przyrostowego, który należy do rodziny fotopolimeryzacji Vat. W SLA, obiekt jest tworzony poprzez selektywne utwardzanie żywicy fotopolimerowej, warstwa po warstwie za pomocą wiązki lasera ultrafioletowego (UV). W porównaniu do drukarek w technologii FDM, które najczęściej wykorzystują dyszę 0,4 mm, żywiczna drukarka może mieć rozmiar laserowej plamki o wielkości 140 mikrometrów.
SLA pierwszą technologią druku 3D
Na samym początku musimy wspomnieć, że SLA jest pierwszą technologią addytywną, która została opatentowana przez Charlesa Hull’a w 1984 roku. Pierwotną nazwą wszystkich technologii addytywnych była stereolitografia. Po kilku latach nazwa ta została zdegradowana, a zamiast niej zaczęto używać skrótu SLA.
SLA słynie z tego, że wydruki wykonane w tej technologii mają bardzo dobrą dokładność wymiarową oraz gładką powierzchnię.
SLA ma wiele wspólnych cech z technologią DLP. Metoda ta wykorzystuje również fotopolimeryzację Vat, lecz w trochę inny sposób. Dla uproszczenia obie technologie można traktować jako bardzo podobne do siebie.
Materiały stosowane w SLA to światłoczułe termoutwardzalne polimery, które występują w postaci płynnej.
Film prezentujący zasadę działania SLA
Proces druku w 4 krokach:
- Stół roboczy na samym początku druku jest umieszczony w zbiorniku ciekłego fotopolimeru, w odległości jednej warstwy od dna zbiornika
- Następnie laser UV tworzy pierwszą warstwę poprzez selektywne utwardzanie żywicy. Wiązka jest zogniskowana z góry na dół, a następnie sterowana zestawem luster zwanymi galwos, tak aby odpowiednio utwardzać żywicę na stole roboczym.
- Po zakończeniu warstwy, stół roboczy podnosi się do góry, aby oderwać utwardzoną warstwę od dna pojemnika na żywicę, następnie opuszcza się na odpowiednią wysokość (zależy która warstwa jest utwardzana). Następuje utwardzanie kolejnej warstwy. Proces się powtarza aż do zakończenia wydruku.
- Po zakończeniu wydruku, model nie jest w pełni utwardzony. Aby polepszyć jego właściwości termiczne oraz mechaniczne musimy poddać model naświetlaniu światłem UV przez jakiś czas.
Nieodwracalne zmiany w strukturze materiału - jak to?
Ciekła żywica jest utwardzana w procesie zwanym fotopolimeryzacją. Oznacza to, że po złączeniu ze sobą łańcuchów węglowych, które tworzą ciekłą żywicę, są one aktywowane przez światło lasera UV, przez co zmieniają swoją postać z płynnej w stałą.
Proces ten jest nieodwracalny, utwardzona żywica fotopolimerowa, inaczej zwana polimerem termoutwardzalnym w przeciwieństwie do tworzyw termoplastycznych używanych w FDM, nie może być ponownie wykorzystana.
Tworzywa termoplastyczne wykorzystywane w technologii FDM można przetopić w nowy filament do drukowania. Natomiast żywicy fotopolimerowej nie jesteśmy w stanie zmienić z stanu stałego do ciekłego, ponieważ podczas próby nagrzania stałej żywicy spaliłaby się ona zamiast zmienić w stan ciekły.
Informacje o materiałach
Cena Żywicy za litr jest bardzo zróżnicowana, od około 50 dolarów za materiał standardowy, aż po 400 dolarów za materiały specjalne (np. żywica lana lub dentystyczna). Cena waha się tak mocno, ponieważ jest ona używana do rożnych specyficznych celów, które wymagają różnych właściwości materiału.
Materiały SLA (termoutwardzalne) są bardziej kruche niż materiały produkowane z FDM lub SLS (termoplasty). W najbliższej przyszłości może się to zmienić, poprzez nowe materiały termoutwardzalne, aczkolwiek obecnie nie stosuje się części z SLA do prototypów, które muszą przenosić znaczne siły.
Materiał | Charakterystyka |
Standardowa żywica | +Gładkie wykończenie powierzchni -Względnie kruche |
Żywica gumowa | +Materiał podobny do gumy -Niższa dokładność wymiarowa |
Żywica dentystyczna | +Wysoka odporność na ścieranie -Wysoki koszt |
Żywica wysokotemperaturowa | +Odporność na wysoką temperaturę +Ma zastosowanie w formowaniu wtryskowym -Wysoki koszt |
Przezroczysta żywica | +Przezroczysty materiał -W celu uzyskania gładkich powierzchni wymaga starannego post-processingu |
Żywica lana | +Służy do robienia wzorów form +Niski procent popiołu po wypalaniu |
Twarda żywica | +Właściwości mechaniczne podobne do ABS -Szybko zniekształca się pod wpływem ciepła |
Charakterystyka SLA
Parametry drukarki
W drukarkach SLA większość parametrów jest ustalana przez producenta i nie można ich zmienić. Parametry, które są dostępne do zmiany przez operatora to:
- Wysokość warstwy
- Orientacja części
- Temperaturę utwardzania
- Rodzaj żywicy
Typowa wysokość warstwy waha się od 25 do 100 mikrometrów. Im mniejszą wysokość warstwy zadamy, tym większe prawdopodobieństwo, że wydruk nie wyjdzie (im dłuższy czas druku, tym więcej czasu, aby coś nie wyszło).
Wady / Zalety
Zalety | Wady |
Wysoka dokładność wymiarowa | Brak możliwości łączenia kilku materiałów i kolorów w jednym procesie produkcyjnym |
Możliwość druku szczegółowych modeli | Toksyczne właściwości żywic przed utwardzeniem i konieczność przechowywania ich w miejscach chronionych przed światłem |
Dostępność zróżnicowanych materiałów: przezroczyste, elastyczne, do odlewania itd. | Przy każdym wydruku są wymagane podpory, za czym idzie marnowanie materiału którego nie możemy odzyskać |
Możliwość drukowania elementów przezroczystych lub półprzezroczystych | Post-Procesing jest wymagany, ponieważ po usunięciu podpór zostają ślady |
Post - Processing
Bardzo ważnym elementem tworzenia trójwymiarowych modeli jest post-processing, czyli post-obróbka. Po wydrukowaniu modelu bardzo ważne jest obrobienie mechaniczne przedmiotu wykonanego w technologii SLA. Techniki obróbki obejmują na przykład, szlifowanie, wygładzanie, malowanie czy klejenie elementów wydruku. Do post-processingu należy, np. usunięcie podbór oraz naświetlanie modelu pod lampą UV w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej wydruku.
Utwardzanie może odbywać się poprzez profesjonalne urządzenia do nagrzewania takie jak Formlabs Form Cure i/lub komora do utwardzania UV XYZprinting. Pamiętajmy, że możemy zbudować własną komorę do utwardzania za znacznie mniejsze pieniądze.
Przykładowe projekty:
- Stacja utwardzania UV (do drukarek SLA
- Komora utwardzania do wydruków żywicznych
- Zestaw do utwardzania UV DLP
Projekt pudła do naświetlania światłem UV
Porady do druku
Porady pochodzą z praktycznie największego portalu o druku 3D na świecie czyli 3dhubs.com. Dla Was skróciliśmy te zasady do kilku podpunktów, lecz jeżeli jesteście zainteresowani całym materiałem na temat porad druku w tej technologii to zapraszamy do lektury na ich stronie.
Link do strony: https://www.3dhubs.com/knowledge-base/how-design-parts-sla-3d-printing/
- Niepodparte ściany powinny mieć grubość co najmniej 6 mm i powinny być zaokrąglone u podstawy.
- Grawerowane detale (w tym tekst) powinny mieć co najmniej 0,4 mm szerokości i co najmniej 0,4 mm głębokości.
- W przypadku drukowania bez podpór wszelkie nieobsługiwane zwisy muszą mieć długość mniejszą niż 1 mm i co najmniej 19 ° od poziomu.
- Wytłoczone detale (w tym tekst) powinny znajdować się co najmniej 0,1 mm wysokości nad otaczającą powierzchnią.
- Ściany podparte czyli ściany połączone z innymi konstrukcjami po obu stronach powinny mieć grubość co najmniej 0,4 mm.
Stół roboczy musi być dobrze wyregulowany, czyli ustawiony idealnie prostopadle względem dołu wanienki oraz do lasera. Jeśli stół jest dobrze wyregulowany to warstwy będą dobrze się spajały oraz nie będzie problemu z adhezją do stołu.
Podsumowując, technologia druku 3D SLA ma swoje wady i zalety. Skierowana jest bardziej do firm oraz osób, które posiadają dosyć duży kapitał na drukarkę, ponieważ technologia ta nie jest najtańszą z technologii tworzenia trójwymiarowych obiektów.
Bibliografia:
Informacje zostały zweryfikowane zgodnie z naszą wiedzą oraz portalem 3dhubs.com.
Zdjęcia udostępnione przez CADXPERT.
Autor:
Daniel Marcisz
