Главная
Применение
SLA 3D печать. Подробный обзор технологии, оборудования и расходных материалов

SLA 3D печать. Подробный обзор технологии, оборудования и расходных материалов

SLA (стереолитография) - технология 3D-печати, принцип которой заключается в отверждении жидкого фотополимера лазерным УФ-излучением. Фотополимерная печать применяется, когда необходимо изготовить деталь с мельчайшими элементами геометрии (тонкие стенки, небольшие отверстия и т.д.), обеспечить высокую детализацию, а также получить такое качество поверхности, которое было бы максимально приближено к конечному продукту.

SLA технология была запатентована в 1986 году, став первой технологией 3D-печати. На сегодняшний день фотополимерная печать является одним из наиболее востребованных методов аддитивного производства. Это связано и с тем качеством моделей, которое обеспечивает SLA 3D принтер, и с разнообразием представленного на рынке оборудования – доступны как бюджетные решения настольного типа, так и промышленные системы, использующиеся для крупногабаритной 3D-печати и мелкосерийного производства.

Как работает SLA 3D принтер

В зависимости от места расположения лазера существует два вида SLA 3D-принтеров:

Источник УФ-излучения находится над рабочей платформой. В таком случае в начале печати платформа поднимается к верхней границе ванны с фотополимером и опускается вниз по мере завершения изготовления одного слоя. Таким образом, деталь выращивается сверху вниз. По такому принципу работают промышленные системы. Преимущество метода – возможность 3D-печати больших изделий; недостаток – необходимость полностью заправлять объемную ванну фотополимером

Источник УФ-излучения находится под рабочей платформой. Данный способ, наоборот, предполагает выращивание детали снизу верх – рабочая платформа опускается в самый низ ванны, оставляя зазор перед дном, равный толщине одного слоя. По завершении печати слоя, платформа поднимается, и слой отрывается от дна ванны. Далее платформа снова опускается вниз для печати следующего слоя, процесс повторяется до полного изготовления детали. Такой метод фотополимерной 3D печати реализован в настольных SLA-принтерах, которые гораздо бюджетнее и проще в обслуживании, чем промышленные системы. Главное ограничение – маленькая рабочая область, что не позволит вырастить крупногабаритную деталь или мелкую партию. Это связано с усилием, которое всякий раз воздействует на модель при её отрывании от дна ванны – если деталь будет слишком большой и тяжелой, то постоянно возрастающее усилие повредит её во время печати.

Ключевые компоненты SLA 3D принтера:

Ванна для фотополимера: ёмкость, в которую заправляется материал
Рабочая платформа: площадь, на которой выращивается модель
УФ-лазер: отверждает жидкую фотополимерную смолу
Гальванометрическая сканирующая система: направляет лазер согласно геометрии выращиваемого изделия

Этапы производственного процесса

Этап подготовки к 3D-печати

Проектирование 3D-модели

Трёхмерная модель создаётся в системе автоматизированного проектирования (САПР / CAD), после чего конвертируется в читаемый программным обеспечением формат – STL или OBJ.

На этапе проектирования необходимо учитывать возможности и ограничения SLA технологии, например, минимально допустимую толщину стенки или коэффициент усадки / точность печати.

Ниже приведены рекомендованные требования к разработке моделей для лазерной 3D-печати фотополимером на промышленном оборудовании:

Допуск по размерам - +/- 0.15% с нижним пределом +/- 0.1 мм
Минимальная толщина стенок (без поддержек) – 1.0 мм
Минимальная толщина стенок (с поддержками) – 0.5 мм
Минимальный размер элементов геометрии - 0.2 мм
Минимальный диаметр отверстий – 0.5 мм

Выбор фотополимера и подготовка принтера

Исходя из назначения изделия выбирается материал с нужными характеристиками. SLA 3D принтеры работают с ABS-подобными, резиноподобными, прозрачными и выжигаемыми смолами.

Подготовка принтера к работе заключается в калибровке рабочего стола и заправке фотополимера. Необходимо убедиться в том, что смола хранилась в надлежащих условиях – фотополимерные материалы чувствительны к ультрафиолетовому излучению, влажности и высоким температурам. Кроме того, при взаимодействии со смолами обязательно использование средств индивидуальных защиты, таких как перчатки и очки, так как в неотверждённом виде фотополимеры токсичны и могут причинить вред коже.

Этап 3D-печати

Ключевым элементом SLA 3D принтера является лазер, который, как было упомянуто выше, отверждает жидкий фотополимер по траектории, задаваемой гальванометрической сканирующей системой. Параметры работы лазера, такие как мощность и скорость регулируются в зависимости от типа используемой смолы.

Фотополимерный SLA 3D принтер печатает тонкими слоями, толщина одного слоя может составлять всего 25 микрон, благодаря чему возможно изготовление мельчайших элементов с высокой детализацией.

Факторы, влияющие на разрешение печати:

Точность работы лазера: чем меньше диаметр пятна лазера, тем выше степень детализации
Технические характеристики смолы: разные фотополимеры по разному реагируют на УФ-излучение
Калибровка принтера: точность настройки оборудования напрямую влияет на качество 3D-печати

Этап пост-обработки

Промывка и дополнительное отверждение модели

По завершении работы принтера необходимо удалить остатки жидкого фотополимера с поверхности детали. Далее деталь помещается в специальную УФ-камеру, где смола окончательно затвердевает и достигает своих оптимальных характеристик

Финишная доработка поверхности

Для достижения абсолютно гладкой поверхности, сравнимой с получаемой методом литья, 3D-печатные модели подвергаются пескоструйной обработке, покраске, возможно нанесение покрытия, например, металлизация.

Преимущества и недостатки SLA 3D-печати. Описание фотополимеров

Очевидным плюсом использования фотополимерной 3D-печати является возможность высокоточного изготовления макетов и опытных образцов. Кроме того, SLA технология имеет ряд узкоспециализированных применений в литейном производстве – получение оснастки для литья по выжигаемым моделям и литья в силиконовые формы.

Главным недостатком смол является их хрупкость и низкая температурная стойкость. Также фотополимеры боятся УФ-излучения, из-за чего затрудняется их использование вне помещения. Таким образом, SLA 3D-печать будет не лучшим решением для задач, связанных с производством функциональных изделий, способных выдерживать высокие механические и температурные нагрузки.

Преимущества SLA технологии:

Высокая точность печати
Высокая детализация с возможностью изготовления мельчайших элементов
Гладкая и чистая поверхность моделей, без видимой слоистости
Возможность крупногабаритной 3D-печати или мелкосерийного производства – максимальные габариты рабочей области SLA 3D-принтера могут достигать более 1,5 метров

Недостатки SLA технологии:

Низкие механико-температурные свойства фотополимера
Высокая стоимость фотополимерных смол
Токсичность расходных материалов – требуется наличие отдельного помещения и средств индивидуальной защиты

Виды фотополимеров

На сегодняшний день доступно большое количество расходных материалов для SLA 3D-печати, к основным из которых относятся - ABS-подобные (жёсткие), прозрачные и выжигаемые смолы.

Жёсткие смолы

В сравнении с другими материалами, фотополимеры данного типа отличаются наибольшей прочностью и устойчивостью к деформациям. Так, например, предел прочности при растяжении ABS-подобных фотополимеров достигает 55.5 МПа, а модуль упругости при растяжении – 2.5 ГПа.

Прозрачные смолы

Механические характеристики данных материалов аналогичны свойствам ABS-подобных фотополимеров. Однако, прозрачная поверхность является дополнительным преимуществом – такие полимеры используются, когда необходимо оценить внутреннюю структуру и работоспособность внутренних механизмов. Также прозрачные смолы пригодны для 3D-печати корпусов светильных приборов.

Выжигаемые смолы

Выжигаемые фотополимеры применяются в литейном производстве. Внедрение SLA технологии в литьё по выжигаемым моделям позволяет избежать этапа длительного изготовления дорогостоящей пресс-формы из металла – выжигаемая мастер модель выращивается напрямую на 3D принтере. Изготовление из фотополимерной смолы формообразующей оснастки для литья в силиконовые формы – решение для мелкосерийного производства конечных изделий, как правило, из полиуретана.

SLA технология постоянно развивается, это выражается не только в совершенствовании и повышении доступности оборудования, но и в разработке новых расходных материалов с уникальными свойствами. Помимо представленных выше фотополимеров, существуют резиноподобные, высокотемпературные, износостойкие (аналогичные по свойствам полипропилену) и другие полимеры, что существенно расширяет границы применения.

Применения SLA технологии

Промышленность

Промышленные предприятия используют SLA 3D принтеры как на этапе опытного производства, так и в процессе изготовления продукции конечного пользования.

В первом случае при помощи трёхмерной печати фотополимером выращиваются прототипы будущих изделий для оценки их дизайна, формы и собираемости. SLA технология позволяет получить опытные образцы, максимально приближенные по качеству к конечным продуктам, чем выгодно отличается от других популярных методов 3D-печати полимерными материалами – FDM и SLS.

Во втором случае, оборудование применяется для производства литейной оснастки, с помощью которой получают изделия из металлов и пластмасс. Выжигаемые фотополимеры обладают низкой остаточной зольностью (менее 0.01%), а гладкая поверхность напечатанных мастер-моделей позволяет значительно сократить время и затраты на пост-обработку.

Медицина

В современной медицине популярным направлением является персонализированная или прецизионная медицина. Данное направление предполагает осуществление комплекса мероприятий, от диагностики до лечения, с учётом индивидуальных особенностей отдельно взятого человека. Таким образом, производство инструментов, использующихся врачами, и средств реабилитации, применяемых для восстановления пациентов, переходит от массового к штучному.

Изготовление единичных экземпляров быстрее и выгоднее осуществлять при помощи аддитивных технологий, а не традиционных, предполагающих предварительное получение дорогостоящей оснастки.

Так, медицинские сотрудники печатают:

Предоперационные модели, использующиеся хирургами для тренировок и планирования операционного вмешательства;
Прецизионные инструменты и шаблоны, применяемые в ходе операций
Стоматологические элайнеры по цифровым данным пациента
Индивидуальные средства реабилитации – ортезы, протезы, корсеты

Культура и дизайн

В сфере культуры SLA 3D принтеры используют для получения музейных экспонатов, архитектурных макетов, различных фигурок и статуэток. Возможность крупногабаритной 3D печати позволяет за один рабочий цикл изготовить объект большого размера, без необходимости в сборке или склейке.

Фотополимерная 3D печать также применяется для разработки дизайна товаров массового потребления, делая возможным их производство по индивидуальному заказу клиента.

SLA 3D принтеры – отличия настольных и промышленных решений

Настольные SLA 3D-принтеры

Устройства данного класса, как следует из названия, отличаются компактными размерами и могут быть размещены в обычном офисном помещении или даже дома. Бюджет, необходимый на приобретение такого оборудования, варьируется от 500 000 до 1 500 000 миллионов рублей. Принтеры не требуют больших затрат на расходные материалы, так как нет необходимости в заправке фотополимером ванны крупного размера.

Ограничения настольных решений сводятся к максимальным размерам рабочей области – как правило, она не превышает 350х350х350 мм. Настольные SLA 3D принтеры также не демонстрируют той точности и повторяемости, которых можно добиться на промышленных системах. По этой причине они не пригодны для мелкосерийного производства.

Промышленные SLA 3D-принтеры

Главными отличительными особенностями фотополимерных 3D принтеров промышленного класса, являются большие размеры области печати, возможность раз за разом получать деталь одинаковых размеров, более высокая детализация и точность 3D печати. Так, точность работы промышленной установки составляет 30 – 140 микрон в сравнении с 200-300 микрон, которые обеспечивает настольный SLA принтер.

Максимальный размер рабочей камеры может достигать 1600х800х600 мм, при этом показатели точности печати не зависят от размера изделия. В то время как точность настольного принтера уменьшается по мере увеличения габаритов модели.

Индустриальные 3D принтеры также требуют гораздо меньшего участия оператора как в настройке оборудования, так и в пост-обработке напечатанных деталей, что позволяет использовать их в качестве полноценных станков для мелкосерийного производства.

SLA 3D принтеры SoonSer

SoonSer (Китай) – производитель SLA 3D принтеров. Линейка оборудования компании включает в себя как доступные решения офисного типа, так и широкоформатные промышленные установки. В портфолио SoonSer представлены также фирменные фотополимеры, прошедшие испытания на 3D принтерах производителя, что позволяет оперативно внедрить SLA технологию, не тратя большого количества времени на подбор материалов и настройку техники.

Профессиональные SLA 3D принтеры серии Smart

Эта категория принтеров предназначена для пользователей, которые только начинают знакомство с SLA технологией. Оборудование не требует больших инвестиций, характерных для промышленных систем, обладает компактными размерами и может быть размещено в обычном офисе.

При этом 3D принтеры серии Smart демонстрируют ту же точность печати и повторяемость результатов, что и индустриальные решения SoonSer, отличаясь от последних только размерами рабочей области.

В линейке Smart представлены два аппарата:

Smart-300H – c областью печати 300х300х250 мм
Smart-400H – с областью печати 400х400х300 мм

Промышленные SLA 3D принтеры серии Mars Pro

Mars Pro – фотополимерные 3D принтеры, использующиеся для мелкосерийного производства и крупногабаритный 3D печати. На оборудовании данного класса возможно в течение нескольких часов или дней изготовить модель больших размеров, например, бампер автомобиля или архитектурный объект.

В линейке Mars-Pro представлены три аппарата:

Mars Pro-600 – c областью печати 600х600х400 мм
Mars Pro-850 – с областью печати 850х850х500 мм
Mars Pro-1600 – с областью печати 1600х800х600 мм

Официальный партнёр SoonSer в России

Компания Jetcom – сертифицированный дистрибьютор продукции SoonSer в России.

Исходя из Ваших задач, мы поможем выбрать оптимальное оборудование и расходные материалы, продемонстрируем возможности работы 3D принтера на примере Ваших моделей.

Наши технические специалисты окажут комплексную поддержку по вопросам внедрения SLA технологии – пуско-наладочные работы, инструктаж, гарантийное и пост гарантийное обслуживание.

По вопросам подбора и поставки продукции SoonSer, обращайтесь к нам любым удобным способом:

Тел.: + 7 (495) 739-09-09
E-mail: otdel3d@jetcom.ru