Что такое 3D-печать SLA?

Мы ожидаем, что большинство наших читателей хорошо знакомы с 3D-печатью с использованием технологии FDM. В конце концов, это технология, лежащая в основе большинства суперпопулярных настольных 3D-принтеров, которые сегодня можно встретить практически повсюду. Несмотря на свою популярность, печать FDM все еще имеет множество ограничений, которые могут заставить вас задуматься: какая альтернатива технологии FDM является лучшей? В этой статье рассматривается то, что может быть серьезным претендентом на титул в виде стереолитографии или SLA. Читайте дальше, пока мы обсудим, что такое SLA, его сильные стороны и ограничения, а также почему оно может быть лучшей альтернативой FDM.

Что такое SLA?

Стереолитография, или SLA считается первой из когда-либо разработанных технологий 3D-печати. Этот процесс, разработанный в начале 1980-х годов и запатентованный в 1984 году, основан на ультрафиолетовом отверждении светочувствительного полимерного материала.

Подобно FDM, SLA использует процесс аддитивного производства. На этом сходство в значительной степени заканчивается, поскольку SLA использует совершенно другой подход. Если FDM использует экструзию материала для создания объектов слой за слоем, SLA использует процесс фотополимеризации в ванне для отверждения жидкой смолы и превращения ее в твердый пластик. Это также делается слой за слоем, чтобы сформировать твердый объект. Это предпочтительная технология 3D-печати для приложений, где требуются высокодетализированные отпечатки с гладкой поверхностью, в тех областях, где принтеры FDM, как известно, плохо справляются с этим.

Как работает SLA?

Как и в случае с другими процессами 3D-печати, процесс печати SLA можно лучше понять, разбив его на функционально отдельные этапы.

Дизайн

Форматы файлов, распознаваемые SLA-принтеры практически не отличаются от файлов других форматов, которые обычно используются с другими 3D-принтерами. Однако сама конструкция детали, которая будет напечатана с использованием SLA, должна учитывать поведение материала, которое совершенно уникально для SLA. Как мы вкратце затронули, SLA основан на фотополимеризации жидкого полимерного материала с образованием затвердевшего пластика. Это экзотермическая реакция, означающая, что во время стадии фотополимеризации выделяется много тепла.

Внезапное повышение температуры и последующее охлаждение сразу после полимеризации могут привести к значительному короблению и деформации, особенно в конструкциях, которые не учли должным образом это явление. По этой причине существуют различные рекомендации, которые необходимо учитывать при проектировании детали, которая будет напечатана с использованием SLA.

Тепловое расширение и сжатие создают напряжение равномерно по всем трем осям. Чтобы избежать деформации или растрескивания готового отпечатка, очень важно, чтобы он был спроектирован таким образом, чтобы не было нарастания напряжения из-за теплового расширения и усадки. Это можно сделать несколькими способами, например, спроектировав стены одинаковой толщины на всем протяжении.. Накопления напряжения также можно избежать, сделав углы в местах пересечения двух стен гладкими, а не острыми. Некоторые конструкции также включают опорные конструкции, такие как ребра и косынки, для предотвращения деформации определенных частей отпечатка.

Что касается разрешения, SLA позволяет печатать с гораздо более высоким уровнем детализации по сравнению с FDM . Поскольку разрешение ограничено только размером лазерного пятна, которое вызывает полимеризацию, SLA-отпечатки могут иметь детали до 30 микрон. Разрешение по оси Z или высота слоя также может быть меньше при печати SLA. По сравнению с минимальной высотой слоя 50 микрон, на которую способны большинство принтеров FDM, 3D-принтеры SLA могут производить отпечатки с разрешением по оси Z всего 25 микрон. Большинство пользователей принтеров SLA используют значения высоты слоя в диапазоне от 25 до 200 микрон.

Печать

В зависимости от расположения источника ультрафиолетового света принтеры SLA могут имеют ориентацию снизу вверх или сверху вниз. Большинство настольных принтеров SLA используют восходящий подход, когда источник света размещается под резервуаром для смолы, а печать создается перевернутой. Резервуар со смолой имеет прозрачное дно, пропускающее ультрафиолетовый свет. После того, как слой напечатан, платформа перемещается вверх, чтобы отделить отвердевшую смолу от дна резервуара и позволить новому слою свежей смолы попасть на дно резервуара.

Верх ориентация вниз часто используется для крупномасштабных и промышленных SLA-принтеров. При подходе сверху вниз источник света располагается над резервуаром со смолой. Платформа сборки начинается в верхней части резервуара со смолой и постепенно перемещается вниз по мере выполнения печати. ​​

Принтеры с восходящей ориентацией проще и дешевле в производстве, поэтому большинство настольных принтеров SLA имеют восходящая ориентация. Тем не менее, принтер SLA с восходящей схемой сильно ограничен по размеру сборки. Перевернутая печать также ограничивает ее вес, так как она может легко отсоединиться от платформы сборки, если будет иметь слишком большой вес. С другой стороны, нисходящие SLA-принтеры не имеют таких ограничений по размеру сборки, но намного дороже как с точки зрения начальных инвестиций, так и с точки зрения эксплуатационных расходов.

Как именно работает фотополимеризация? Все начинается со смолы, которая представляет собой смесь мономеров и олигомеров, любой из которых можно использовать для образования длинноцепочечных полимеров. При полимеризации более длинные цепи полимеров создают больше точек запутывания, обеспечивая жесткость и долговечность пластика. По сути, цель процесса фотополимеризации — связать отдельные мономеры и олигомеры с образованием длинноцепочечных полимеров.

При попадании в раствор смолы энергия ультрафиолетового света обеспечивает молекулу достаточной энергией концевой член мономера или олигомера для разделения. Удаление этой молекулы создает реактивный концевой член, который другой реактивный член может соединить, чтобы сформировать более длинную цепь. По мере развития реакции все более и более длинные полимерные цепи образуются до тех пор, пока переплетение не станет достаточным для образования твердого пластика. Весь этот процесс занимает всего долю секунды.

Отверждение

Особую долговечность и гладкость отпечатков SLA делает тот факт, что процесс отверждения не прекращается. даже когда печать слоя завершена. Каждый слой остается в «зеленом» состоянии, где все еще остаются реактивные конечные элементы, открытые для формирования цепи. По мере создания каждого слоя он формирует цепочки с предыдущим слоем, делая более прочными связи между слоями.

Это также означает, что печать SLA не может считаться полностью отвержденной даже после процесса печати. Чтобы максимизировать преимущества долговечности, предлагаемые SLA, необходимо провести процесс отверждения после печати. Это можно сделать в специальной камере для УФ-отверждения в течение 1-2 часов или под прямыми солнечными лучами в течение 1-2 недель.

Факторы, которые следует учитывать при печати с использованием SLA

По сравнению с FDM существует меньше параметров процесса, которые нужно будет настроить при печати SLA. Большинство дополнительных проблем, которые необходимо решить в SLA, решаются в основном на этапе проектирования. Это означает, что качественно выполненный дизайн является критически важным элементом успеха печати SLA.

Выбор материалов

Область, в которой FDM и SLA сильно различаются. во многом зависит от типа материалов, которые они используют. В отличие от твердых волокон, которые используются в FDM, сырье, используемое в SLA, представляет собой жидкие смолы. Также стоит отметить, что смолы, используемые в SLA, являются термореактивными, в отличие от термопластов, которые использует FDM. Это означает, что отпечатки SLA не могут быть переплавлены для формирования новых отпечатков. Жидкие смолы также обычно дороже нитей и стоят от 50 до 400 долларов за литр.

В зависимости от области применения доступны различные альтернативы жидким смолам. Для общего использования может быть достаточно стандартной смолы или прозрачной смолы. Для печати, которая должна быть немного более прочной, можно использовать прочную смолу, имитирующую прочность АБС-пластика. Существуют также более специализированные полимерные продукты, такие как высокотемпературная смола, каучукоподобная смола и стоматологическая смола для изготовления высококачественных стоматологических форм.

Опорные конструкции

Как и в случае с FDM, поддерживающие структуры являются неотъемлемой частью SLA. Поскольку в SLA отсутствует концепция композитных отпечатков, опорные конструкции должны быть изготовлены из того же полимерного материала, а удаление придется производить вручную.

Опорные конструкции особенно важны для отпечатков с использованием восходящие SLA-принтеры. В таких случаях объект часто ориентируют под углом с целью минимизировать площадь поперечного сечения каждого слоя.. Это сделано, чтобы избежать отслоения отпечатка от платформы построения во время этапа отслаивания, поскольку каждый новый слой по существу связывается с дном резервуара для смолы по мере его создания.

Деформация

Как уже упоминалось ранее, деформация или скручивание также являются проблемой при печати SLA. Это происходит из-за усадки детали после начала этапа отверждения. Это неизбежное обстоятельство, но эффекты деформации или скручивания можно свести к минимуму, используя несколько принципов проектирования. Цель этих принципов проектирования — избежать накопления напряжений в определенных точках отпечатка из-за усадки, тем самым предотвращая деформацию.

Адгезия слоев

Адгезия слоев — это менее важный элемент в SLA, чем в FDM. Наличие реактивных точек между последовательными слоями создает очень прочные связи, в результате чего отпечаток имеет более равномерную прочность на разрыв. Отверждение после печати является важным шагом в обеспечении максимальной адгезии слоя, поскольку оно гарантирует полное завершение процесса отверждения.

Окончательная обработка

В зависимости от внешнего вида пользователя может быть нацелен на печать SLA, могут быть выполнены различные варианты окончательной обработки. Все эти методы начинаются со снятия опорных конструкций. Поскольку эти опорные конструкции сделаны из того же материала, что и остальная часть отпечатка, нет другого выбора, кроме как удалить их вручную плоскогубцами или любым другим острым инструментом. Перья, оставленные этими опорными конструкциями, затем можно отшлифовать до гладкости, используя процесс сухого или влажного шлифования. В результате получается достаточно гладкая поверхность с достаточной текстурой для нанесения краски при желании.

Можно отшлифовать поверхность SLA-печати до точки, где она станет прозрачной. Нанесение полировальной пасты может придать ей блеск, сделав поверхность такой чистой и блестящей, что она будет почти как стекло. Очевидно, что на это уходит гораздо больше времени, но результаты визуально поразительны. Другой метод отделки — это нанесение на SLA-печать акриловой краски, защищающей от УФ-излучения. Это предотвращает чрезмерное УФ-облучение объекта, которое может в конечном итоге ухудшить его механическую целостность.

Каковы преимущества SLA?

SLA лучше, чем FDM, делая это прекрасная альтернатива. Объекты, напечатанные с использованием SLA, имеют гладкую поверхность, что просто невозможно с FDM. Использование точной лазерной точки также дает FDM возможность воспроизводить высокодетализированные проекты, которые FDM не может. С точки зрения внешнего вида и уровня точности отпечатки SLA определенно превосходят отпечатки FDM.

Что касается выбора материалов, SLA также не является сутулым. Помимо стандартных и прозрачных смол, теперь доступны смолы для более специализированного использования, такие как резиноподобные смолы и сверхпрочные смолы. Выбор не так велик, как выбор волокон FDM, но в этой конкретной области есть потенциал.

После FDM SLA является второй по популярности технологией для изготовления настольных 3D-принтеров.. Уровень популярности настольных принтеров SLA намного ниже, чем у FDM, и это, скорее всего, связано с ценой даже самого дешевого принтера SLA. Тем не менее, мы можем предвидеть улучшение технологии SLA в будущем, что может привести к созданию более дешевых альтернатив.

Каковы ограничения SLA?

Основная причина Сдерживает массовую популярность SLA его стоимость. Большинство популярных моделей настольных SLA-принтеров имеют цену выше 3000 долларов. Может быть несколько альтернатив в пределах от 1000 до 2000 долларов, но они по-прежнему дороги по сравнению с настольными принтерами FDM, которые можно купить всего за 300 долларов.

Помимо высоких начальных вложений При настольной печати SLA стоимость покупки смолы также значительно выше, чем у типичных волокон FDM. Самая дешевая смола SLA, вероятно, будет стоить около 5 долларов за литр, чего хватит только на несколько небольших отпечатков. По той же цене вы, вероятно, можете купить катушку дешевой нити PLA, которую можно использовать несколько раз. В любом случае затраты, связанные с покупкой принтера SLA и содержанием материалов, значительно выше, чем при FDM.

Хотя отпечатки, сделанные с SLA, выглядят намного лучше, чем с FDM, Отпечатки SLA по-прежнему не такие долговечные, как хотелось бы. Отпечатки SLA, сделанные с использованием термореактивных пластиков, немного более хрупкие и склонны к растрескиванию. Более того, длительное воздействие солнечного света ухудшает качество SLA-отпечатков как с точки зрения эстетики, так и с точки зрения механической прочности. Похоже, что, как и в случае с FDM, отпечатки, сделанные с использованием SLA, лучше всего подходят для демонстрации элементов и демонстрации концепции. Нельзя полагаться на то, что они будут по-настоящему функциональными.

Будущее SLA

Технология SLA только начала пробиваться в модели настольного размера. В настоящее время существует лишь несколько производителей настольных принтеров SLA. Учитывая тенденцию к постоянному совершенствованию и развитию технологий, мы считаем, что появление настольной технологии печати SLA — это лишь вопрос времени. Основным препятствием для этого является стоимость — если производители могли бы делать более дешевые принтеры SLA, то мы не видим причин, чтобы они не были достойным конкурентом FDM с точки зрения широкой популярности.

Заключительные мысли

В качестве альтернативы FDM технология печати SLA имеет явное преимущество создания объектов с превосходной эстетикой. Благодаря более гладкой поверхности и более мелким деталям отпечатки SLA идеально подходят для создания визуально приятных прототипов и демонстрационных элементов.

Хотя на рынке есть несколько настольных моделей принтеров SLA, они пока не получили широкого распространения. популярность такая же, как у FDM в последние пару лет. Вероятно, это связано с высокими начальными затратами, связанными с этим, а также с такими же высокими затратами на содержание и материалы. Однако надежда не потеряна. С быстро развивающимися технологиями, возможно, станет лишь вопросом времени, когда технология SLA станет доступной.. Когда придет такое время, SLA может стать новым рубежом настольной 3D-печати. ​​

Внимание! Никогда не оставляйте 3D-принтеры без присмотра. Они могут представлять опасность для пожарной безопасности.
Оцените статью
futurei.ru
Добавить комментарий