Sla печать что это
SLA (лазерная стереолитография) — технология 3D-печати
Лазерная стереолитография (SLA) — технология 3D-печати, основанная на послойном отверждении жидкого материала под действием луча лазера. Используется в промышленных 3D-принтерах компаний 3D Systems и Uniontech.
Фотополимер — это вещество, изменяющее свои свойства под воздействием ультрафиолетового света. В обычном состоянии фотополимер податливый, а при попадании под УФ-излучение электромагнитного диапазона приобретает прочность. Продолжительность облучения и длина волны рассчитывается в зависимости от конкретного материала, размеров объекта и условий окружающей среды.
Принцип работы
В емкость с жидким фотополимером помещается сетчатая платформа, на которой будет происходить выращивание прототипа. Изначально платформа устанавливается на такой глубине, чтобы ее покрывал тончайший слой вещества, толщиной всего 0.05-0.13 мм — по сути это и есть толщина слоя в лазерной стереолитографии. Далее включается лазер, воздействующий на те участки полимера, которые соответствуют стенкам заданного объекта, вызывая их затвердевание. После этого вся платформа погружается ровно на один слой, то есть на глубину 0.05-0.13 мм.
По завершению построения объект погружают в ванну со специальным составом для удаления лишних элементов и полной очистки. И, наконец, финальное облучение светом для окончательного отвердевания. Как и многие другие методы 3D-прототипирования, SLA (лазерная стереолитография) требует возведения поддерживающих структур, которые вручную удаляются по завершении строительства.
Преимущества и особенности технологии
Большинство 3D-принтеров, работающих по технологии SLA, создают объекты размером примерно 50x50x60см, но есть и исключения. Американская компания 3D Systems создала аппарат, способный создавать объекты размером значительно больше классических — 1500х750х550мм, что раскрывает новые горизонты применения данной технологии.
SLA Технология. Как работает 3D печать SLA.
Сегодня мы рассмотрим основные принципы технологии SLA. Прочитав эту статью, вы поймете основные моменты процесса печати по данной технологии, преимущества и недостатки этого способа 3D печати.
На нашем сайте, вы можете ознакомиться со списком 3D-принтеров работающих по технологии SLA, по этой ссылке: Каталог 3D принтеров печатающих по технологии SLA/DLP
Технология 3D печати SLA
SLA известен как первая технология 3D-печати: ее изобретатель запатентовал эту технологию еще в 1986 году. Если требуется напечатать детали с очень высокой точностью или гладкой поверхностью, на помощь приходит SLA. В данном случае это наиболее экономически выгодная и эффективная технология 3D-печати. Наилучших результатов можно достичь, только в том случае, если оператор оборудования на котором происходит процесс печати, хорошо знаком с технологией и некоторыми нюансами. То есть имеет необходимую квалификацию.
У SLA много общих характеристик с Direct Light Processing (DLP), еще одной технологией фотополимеризации. Для простоты обе технологии могут рассматриваться как равные.
Процесс печати по технологии SLA
1) В резервуаре с жидким фотополимером размещается платформа, на одном уровне высоты от поверхности смолы.
2) Затем УФ-лазер по заранее установленному алгоритму селективно отверждает необходимые участки фотополимерной смолы.
Лазерный луч фокусируется на заданном пути с помощью набора зеркал, называемых гальвосами. Затем происходит засветка всей площади поперечного сечения модели. Поэтому полученная деталь получается полностью цельная.
3) Когда один слой закончен, платформа перемещается на безопасное расстояние, и лапка-перемешиватель внутри ванны перемешивает смолу.
Так и повторяется этот процесс до тех пор, пока деталь не будет напечатана. После печати деталь находится в не совсем отвержденном состоянии и требует дальнейшей постобработки под УФ лампой. По окончании УФ засветки деталь приобретает очень высокие механические и термические свойства.
Жидкая смола затвердевает с помощью процесса, называемого фотополимеризацией: во время затвердевания углеродные цепи мономера, из которых состоит жидкая смола, активируются под воздействием ультрафиолетового лазера и становятся твердыми, создавая прочные неразрывные связи друг с другом.
Процесс фотополимеризации необратим, и не существует способа перевести полученные детали обратно в жидкое состояние. При нагревании они будут гореть, а не плавиться. Это потому, что материалы, которые производятся по технологии SLA, сделаны из термореактивных полимеров, в отличие от термопластов, которые использует FDM.
Схема работы SLA принтера
Характеристики SLA принтера
В системах SLA большинство параметров печати устанавливаются производителем и не могут быть изменены. Единственными входными данными являются высота слоя и ориентация детали (последнее, определяет местоположение поддержек).
Высота типичного слоя в SLA печати находится в диапазоне от 25 до 100 микрон.
Чем меньше будет высота слоя, тем более точно будет отпечатана сложная геометрия модели, но вместе с этим увеличится время печати и вероятность неудачи. Высота слоя в 100 микрон подходит для большинства распространенных геометрий и является золотой серединой.
В первом случае лазер стоит над баком, а деталь лицевой стороной вверх. Платформа стоит в самом верху чана со смолой и движется вниз после спекания каждого слоя.
Схема SLA принтера с ориентацией сверху вниз
При схеме «снизу вверх» на SLA принтерах, источник света размещается под резервуаром со смолой (см. рисунок выше), и деталь строится вверх ногами.
Резервуар имеет прозрачное дно с силиконовым покрытием, которое пропускает луч света, но препятствует прилипанию отвержденной смолы. После каждого слоя отвержденная смола отделяется от дна резервуара, когда платформа движется вверх. Это называется этапом спекания.
Схема SLA принтера с ориентацией снизу вверх
Ориентация «снизу вверх» в основном используется в настольных принтерах, таких как Formlabs. Ориентация «сверху вниз» применяется в промышленных SLA принтерах.
Принтеры SLA «снизу вверх» проще в изготовлении и эксплуатации, но размер возможной печати будет меньше, так как силы, приложенные к детали на этапе спекания, могут привести к сбою печати.
Принтеры же с ориентацией «сверху вниз» могут печатать детали очень больших размеров, без большой потери в точности. Широкие возможности таких систем естественно обходятся дороже.
Далее приведены основные характеристики и различия двух ориентаций:
Выбор между технологиями FDM и SLA
На рынке доступно бесчисленное множество технологий и материалов для 3D-печати. Возможно, вы слышали о принтерах, строящих дома, или о принтере для печати шоколадом, или, может быть, даже о биопринтере, способном воссоздавать органы. Хотя многие из этих вариантов реальны, некоторые из них являются научной фантастикой, а другие просто причудливы. В связи с этим возникает вопрос для предпринимателей, инвестирующих в свой собственный бизнес, исследователей, внедряющих новые технологии для своих институтов, и инженеров, которым поручено улучшить жизненный цикл разработки продукта: какая технология 3D-печати подходит для меня?
Наиболее часто используемыми технологиями 3D-печати являются стереолитография (SLA) и методом послойного наплавления (FDM). Первоначально представленные в 1980-х годах, эти новаторские технологии адаптировались к современным реалиям благодаря использованию улучшенных материалов, увеличению скорости, размеров и качества. Важно отметить, что существует множество производителей и поставщиков, которые предлагают различные 3D-принтеры, печатающие по технологии FDM или SLA, и каждый из них по-своему уникален.
Подобно автомобильной промышленности, сравнивающей грузовик с седаном, существует множество производителей и вариантов, доступных для выбора. Хотя это может быть сложно, наша задача состоит в том, чтобы упростить его и начать с объяснения основных различий между FDM и SLA. После этого можно определить, какая технология подходит для вашего бизнеса.
Что такое FDM 3D-печать?
Сильные стороны
FDM относительно недорог по сравнению с альтернативными методами 3D-печати и, как правило, дает наиболее стабильные результаты, когда дело доходит до повторяемости и прочности. Кроме того, последующая обработка моделей, напечатанных с помощью FDM проста и в большинстве случаев безопасна.
Недостатки
Печать термопластичными материалами через экструзионные сопла приводит к проблемам с допусками и точностью моделей. По сравнению с другими технологиями 3D-печати, FDM может оставлять линии слоев или небольшие дефекты из-за нагрева и охлаждения материалов.
Что такое SLA 3D-печать?
Стереолитография (SLA от англ. stereolithography) была представлена на рынке в 1980-х годах и быстро интегрировалась многими производителями и компаниями по производству потребительских товаров. Вместо нитей SLA 3D-принтеры работают с фотополимерами, которые представляют собой светочувствительный материал, изменяющий физические свойства при воздействии света. Вместо экструзионной насадки SLA использует лазер для отверждения жидкой смолы в физическую деталь с помощью процесса, называемого фотополимеризацией. Этот уникальный процесс печати обеспечивает более высокое разрешение деталей, обладающих изотропными и водонепроницаемыми свойствами. Фотополимеры являются термореактивными материалами, то есть они реагируют иначе, чем термопласты. Подобно FDM, на рынке представлен широкий ассортимент принтеров SLA различных размеров, использующие различные материалов в различных ценовых диапазонах.
Сильные стороны
Лазерная технология обеспечивает высокую точность, которая позволяет изготавливать детали с меньшими допусками и увеличенным разрешением по сравнению с альтернативными технологиями. Если вам требуется высокоточная деталь, возможно, вам стоит рассмотреть SLA.
Недостатки
Что SLA приобретает в красоте, то теряет в прочности. В то время как некоторые материалы SLA спроектированы так, чтобы в некоторых случаях работать лучше, практически невозможно воспроизвести те же механические свойства ABS, нейлона и других филаментов, доступных FDM принтерам. Если ваши детали требуют большей функциональности, мы рекомендуем использовать технологию FDM.
FDM против SLA: Выбор правильной технологии
Область построения
Вам необходима печать больших деталей или же нужна достаточно большая платформа для сборки нескольких деталей/малообъемного производства? Нелегко найти принтер, способный печатать большие детали, и, конечно, размер объективен, поэтому важно определить, что для вас значит большой размер. Поскольку мы работаем в трех измерениях, никогда не недооценивайте высоту (Z) и всегда помните, что детали могут быть построены в разных направлениях для оптимизации прочности или постобработки. При сравнении технологий важно определить, какой тип деталей вы собираетесь печатать сегодня, и заранее спланировать, что может быть произведено в будущем. Наиболее распространенным сожалением является нехватка емкости принтера.
Найти широкоформатный 3D-принтер SLA очень сложно и почти невозможно из-за особенностей технологии. Во-первых, после печати остается больше отходов, связанных с большим объемом жидкой смолы. Во-вторых, стоимость отдельных деталей, как правило, выше, поскольку материалы будут дороже. Наконец, сверхвысокая точность лазера, безусловно, полезна для деталей с более высоким разрешением, но это приводит к гораздо большему времени печати.
★ 3D-печать FDM является идеальным выбором при изготовлении крупных деталей и используется уже довольно давно. Присущие FDM преимущества указывают на то, что гораздо проще получать воспроизводимые результаты, независимо от размера детали или области построения. Кроме того, FDM печать обладает значительно меньшим количеством отходов, а время, необходимое для производства больших или многих деталей, намного быстрее, чем у многих альтернатив, использующих технологию SLA. Проще говоря, с помощью FDM можно печатать большие размеры по доступным ценам.
Скорость печати
На нашем высококонкурентном коммерческом и промышленном рынке скорость разработки и производства новых продуктов имеет первостепенное значение для привлечения ранних пользователей и увеличения доли рынка. 3D-печать обеспечивает это преимущество и позволяет производить детали в одночасье без надзора оператора. Независимо от того, выбираете ли вы технологии SLA или FDM, скорость может быть не самым важным фактором, поскольку обычные производственные или ручные процессы занимают больше времени, чем и то, и другое. С учетом сказанного, если скорость 3D-печати является приоритетом, выбирайте между внешним видом детали и разрешением.
SLA славится изготовлением деталей, которые визуально превосходят FDM благодаря лазерной технологии, способной печатать слои толщиной до 25 микрон. Учет размера детали помогает точно определить, как долго деталь будет печататься. По сравнению с FDM скорость почти ничтожна.
★ Однако технология FDM, как правило, способна предложить несколько различных размеров сопел (0.6 мм, 0.1 мм, 0.2 мм), что обеспечивает инженерам гибкость для ускорения процесса печати. По сравнению с SLA, FDM значительно быстрее, но это является компромиссом. Естественно, большие размеры сопел приводят к более толстым линиям слоев. В конечном счете, вы должны учитывать свои требования к деталям и соблюдать баланс между разрешением и скоростью.
Материалы
3D-принтер бесполезен без материалов. Каков ваш процесс тестирования и оценки на протяжении всей разработки прототипа? Что для вас важнее: создать прототип или изготовить детали, которые механически идентичны деталям конечного использования? Было бы выгодно вашей инженерной команде иметь детали с химической стойкостью? Существует так много вопросов, которые необходимо учитывать при определении правильной технологии 3D-печати для вас, но нет ничего более ценного, чем понимание возможностей материала и производительности 3D-принтера.
Материалы SLA идеально подходят для нишевых применений, но им не хватает общей прочности и функциональности по сравнению с FDM. Например, некоторые материалы, используемые при SLA печати, обладают биосовместимыми характеристиками, которые в сочетании с возможностями высокого разрешения делают их идеальными для создания прототипов некоторых медицинских устройств и для случаев использования в стоматологии. Однако материалы SLA вряд ли соответствуют механическим свойствам, необходимым для большинства коммерческих или промышленных требований.
★ Если вам требуются материалы, которые используются для изготовления для конечного продукта, вам следует рассмотреть FDM 3D-печать. Стандартные термопласты, такие как ABS, PLA и нейлон, обычно используются во всех основных отраслях промышленности и доступны на большинстве технологических платформ FDM. Прочностные и долговечные свойства FDM превосходят свойства SLA. Это улучшает тестирование продукта и позволит инженерам продвигать разработку новых продуктов с большей уверенностью и точностью.
Прочность и долговечность
Прототипирование и проверка продукта могут быть строгими процессами, включающими серию испытаний, которые приводят к значительному износу детали. Каждая отрасль должна в какой-то степени обеспечивать функциональность продукта, и мегакорпорации инвестируют большие средства, чтобы реализовать это. Как отмечалось ранее, прочность и долговечность материалов FDM превосходят SLA. Материалы ASA, напечатанные на 3D-принтерах FDM, обладают устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, что делает их идеальными для наружного применения (садовое оборудование, изделия для домовладельцев и т.д.). Нейлоновые материалы часто используются для автомобильных запчастей, которые требуют длительного срока службы.
Когда прототипы или производственные детали должны работать в суровых условиях, материалы SLA имеют тенденцию разрушаться, ломаться или деформироваться просто потому, что механические свойства не полностью соответствуют деталям конечного использования. При определении того, какая технология подходит для вашего бизнеса, не забудьте учесть, в каком типе среды изделия должны будут работать. Они могут хорошо выглядеть в лаборатории при испытаниях, но они должны функционировать и в реальном мире.
Напечатанный на 3D-принтере карабин выдерживает нагрузку в 500 кг в виде большого 3D-принтера
Точность и качество
Если жизненный цикл разработки вашего продукта неизбежно включает массовое производство с использованием литья под давлением, SLA принтер может быть наилучшим вариантом для вас. Однако, если вам нужны высококачественные детали для промышленного применения, рассмотрите технологию FDM. Например, изготовленные на заказ светильники, предназначенные для работы в производственной среде, требуют максимальной функциональности и не обязательно должны обладать косметическими качествами. Понимая замысел дизайна вашей детали, вы можете управлять ожиданиями и определять, какая технология 3D-печати подходит именно вам.
Области применения и отрасли промышленности
По данным AMFG, ассортимент 3D-принтеров растет во всех магазинах по всему миру, о чем свидетельствует то, что более 70% предприятий находят новые приложения для 3D-печати (Scultpeo, 2019). Кроме того, число производителей, использующих 3D-печать для полномасштабного производства, удвоилось в период с 2018 по 2019 год, и ожидается, что общий объем рынка превысит 20 миллиардов долларов к 2022 году с ожидаемым средним показателем между 18,2—27,2%. Это представляет широкий спектр отраслей и вариантов использования, которые продвигают 3D-печать дальше, чем когда-либо прежде.
Аэрокосмическая отрасль
Охватывая авиационное, космическое и спутниковое производство, аэрокосмическая промышленность является наиболее передовой, когда дело доходит до 3D-печати и внедрения технологий. Строгие требования к функциональности ограничивают 3D-печать SLA просто потому, что материалы плохо работают в сложных условиях.
Автомобильная отрасль
Автомобильный рынок славится использованием ABS-пластика и полипропилена для создания прототипов и конечного продукта. Поскольку для большинства их применений требуются прочные и долговечные материалы, FDM, как правило, является наиболее распространенной технологией 3D-печати для прототипирования, приспособлений, направляющих для сверления и производств небольших объемов. Обычно автомобильным инженерам требуются материалы с улучшенными свойствами химической стойкости, которые продолжают работать при воздействии бензина и других химических веществ, что оправдывает использование FDM. Тем не менее, SLA имеет преимущество в печати прозрачных деталей, используемых для тестирования отражателей и осветительных механизмов.
Потребительские товары
Нередко обе технологии используются в процессе прототипирования или раннего тестирования. Например, портативное устройство может иметь корпус из ABS-пластика, усиленный ESD, в сочетании с мягкой сенсорной ручкой из TPU, напечатанной на SLA. Чаще всего возможность печати в высоком разрешении с помощью SLA более привлекательна для производителей потребительских товаров по сравнению с FDM.
Здравоохранение и медицина
Рынок здравоохранения включает разработку медицинских устройств, учебные стенды и специализированные инструменты для рынка стоматологических и слуховых аппаратов. Как правило, рынок медицинских изделий требует стерилизации прототипов и деталей, что означает, что материал должен выдерживать определенные температуры в процессе, называемом автоклавированием. Технологии SLA и FDM предлагают соответствующие материалы, но для этого требуется некоторое предварительное исследование.
Учебные стенды, как правило, требуют высокого разрешения, поскольку они используются в образовательных целях, что делает SLA идеальным выбором. Стоматологический рынок славится использованием SLA, а рынок слуховых аппаратов разделен между SLA и FDM. В связи с характером рынка здравоохранения и важностью печати мельчайших деталей SLA является наиболее предпочтительным.
Образование
Исследовательские и академические институты по всей стране массово внедряют технологии FDM и SLA. Нет ни одного университета без пространства для прототипирования, и большинство средних школ начинают использовать 3D-печать различными способами. Как правило, она используется для того, чтобы мотивировать учеников пробовать новые технологии и развивать своего внутреннего предпринимателя.
Многие исследователи заинтересованы в расширении возможностей материалов, которые делают 3D-печать жизнеспособным вариантом в будущем. Независимо от того, является ли целью исследование или обучение студентов, большинство университетов и учебных заведений склоняются к FDM из-за относительно низкой стоимости и простоты оборудования. Постобработка может быть сложной задачей при использовании SLA, поэтому FDM является более удобным вариантом для студентов. Кроме того, будущее FDM выглядит ярче, когда речь заходит о расширении материалов для производственных целей.
Ответы на популярные вопросы
SLA прочнее FDM?
Технология SLA быстрее, чем FDM?
В целом 3d-печать SLA выполняется намного медленнее, чем FDM-печать. Из-за небольшой площади поверхности лазера на создание каждого слоя уходит больше времени. С помощью технологии FDM вы можете выбрать высоту слоя, что обеспечивает гораздо более быструю и вариативную 3D-печать. Но в то же время качество поверхности печати SLA будет более гладким.
Что лучше: филамент (FDM) или смола (SLA)?
Всё зависит от ваших потребностей. Обычно филамент дешевле и позволяет производить изделия большого размера. Но с помощью смолы можно добиться большей точности и гладкости поверхности.
Насколько быстры FDM принтеры?
Для формирования детали 3D-принтеры FDM укладывают длинную линию пластика в нужную форму. Чтобы определить, с какой скоростью печатает машина, вы можете измерить длину этого материала. Типичная скорость 3D-принтера FDM составляет от 50 до 150 мм/час. Но есть также более быстрые принтеры, которые работают со скоростью до 500 мм/час.
Вывод
Каково ваше дизайнерское намерение? Какие проблемы 3D-печать решит для вас сегодня? Завтра? Каковы наиболее важные факторы при определении затрат на полное переоборудование вашего предприятия (рентабельность инвестиций, производительность, инновационность)?
Существуют тысячи примеров, когда вышеупомянутые отрасли интегрировали технологию SLA или FDM, поэтому, хотя это сравнение дает некоторую информацию, оно не завершает всю картину. Не каждая отрасль, производственное предприятие или конструкторское бюро действуют одинаково. Поэтому мы рекомендуем проконсультироваться с экспертами, чтобы определить, какая технология будет наилучшим выбором.