Stereolithografie (SLA): Een uitgebreide gids voor 3D-printtechnologie, materialen en voordelen

SLA (Stereolithografie) was onder de eerste 3D-printtechnologieën die gecommercialiseerd werden. Het gebruikt acrylate of andere harsen die gecureerd moeten worden met een ultraviolette (UV) laser. De technologie is op verschillende manieren herinterpreterd. De selectie van materialen is ook aanzienlijk gegroeid - u kunt nu rigide, flexibele, hittebestendige, chemisch bestendige, biocompatibele en andere harsopties vinden. Xometry biedt direct offertes voor dit proces, en doet dit sinds 2018. Het is een van onze meest populaire 3D-printprocessen.

Het SLA-proces neemt een 3D-model van een component en rendeert het in vast plastic. Het computermodel wordt eerst digitaal "gesliced" in lagen zodat de printer methodisch elke slice kan binden aan die ervoor. SLA-machines printen prototype-onderdelen, testcomponenten, medische hulpmiddelen, gereedschappen, cosmetische teststukken en nog veel meer.

Dit artikel biedt een achtergrondbegrip van SLA-technologie's voordelen, materialen, toepassingen en meer.

Wat is SLA 3D-printen?

SLA is een 3D-printproces dat een scannerende UV-laser gebruikt om de oppervlaktelaag van gevoelige hars te curen. De hars wordt in een bak geleverd, en in de grote meerderheid van SLA-machines wordt het deel omgekeerd gebouwd. Met elke laag beweegt de build-plaat omhoog, waardoor het alsof het deel uit het vloeibare polymeer groeit. De machine moet ook de benodigde ondersteuningsstructuren printen om overhangs in het ontwerp te ondersteunen.

De UV-gevoelige fotopolymeren die in het proces gebruikt worden, worden gezamenlijk aangeduid als 'harsen'. Ze zijn foto-gecatalyseerde acrylaat-monmeren die gekruist raken wanneer ze blootgesteld worden aan UV-laserlicht. Dit principe stelt de machine in staat om details te creëren zo klein als de breedte van de laserstraal.

SLA-modellen worden soms in een gedeeltelijk gecureerde toestand geprint. Deze modellen vereisen post-verwerking in de vorm van extra UV-blootstelling om het kruisverbindingsproces te voltooien. Deze additionele processtap helpt deels geharde hars die niet volledig gecureerd was door terugkaatsing en diffractie van de UV-bundel te elimineren. Of post-curing nu uitgevoerd wordt of niet, alle onderdelen moeten na afloop van het printen gewassen worden om het oppervlaktehars te verwijderen. Wassen wordt doorgaans gedaan in een isopropylalcoholbad. De verwijdering van de geprintte ondersteuningsscaffold vindt daarna plaats.

Voor meer informatie, zie ons artikel over alles over 3d-printen.

SLA-geprinte tags

Wat is de SLA 3D-printlichtbron?

De SLA 3D-printlichtbron is een UV-laser die fungeert als het cureringsmechanisme van de stereolithografiemachine. Deze lichtbron is precies afgestemd op de katalysator die in de hars gebruikt wordt. Echter, verschillende fabrikanten gebruiken verschillende golflengtes. De meest voorkomende SLA-laser is een 395 µm golflengte laserdiode-systeem. Het produceert 300-500 mW vermogen in de bundel die gecollimeerd is tot een diameter van ongeveer 300 µm. Een verscheidenheid aan andere laserlichtbronnen kan in sommige apparatuur gevonden worden, met katalysatoren passend bij hun frequentiebereik. Andere typen UV-lichtbronnen worden gebruikt in whole-layer stereolithografie. Deze lampen gebruiken ofwel een projector van microscopische spiegels (in het geval van digital light processing of DLP-printers) of een LCD-masker (meestal aangeduid als masked stereolithografie of MSLA).

Waar wordt SLA 3D-printing gebruikt?

SLA 3D-printing wordt gebruikt voor toepassingen zoals:

• Prototyping: Omdat ze fijn detail kunnen bevatten, kunnen SLA-geprinte onderdelen gebruikt worden als engineering-testmodellen.
• Productie: SLA creëert functionele onderdelen voor situaties die niet veel stressweerstand vereisen.
• Engineering en productontwerp: SLA-onderdelen kunnen handmatig afgewerkt en geschilderd worden om kwalitatieve pre-tooling prototypes te creëren.
• Juwelen: SLA-machines kunnen cosmetische testartikelen voor juweliers bouwen.
• Tandheelkundige werken: SLA kan diverse tandheelkundige producten creëren, waaronder zacht weefsel, tand, bot-implantaatmaterialen en gietkaviteiten voor polyurethaan en silicone molding.
• Gezondheidszorg: SLA-processen kunnen medische implantaten fabriceren met gespecialiseerde materialen.

SLA — evenals carbon DLS en PolyJet 3D-printing — gebruikt fotocurende vloeibare harsen in plaats van poeders of draad. Een zeer dunne, zeer egaal, volledig dichte laag vloeibare hars wordt voor elke laag verspreid. Als zodanig zullen SLA-prints zelfs met dezelfde laagdikte een veel gladder oppervlakafwerking hebben zonder extrusiemerken of poederachtige oppervlaktelagen.

Christian Tsu-Raun

Team Lead, Handmatig Offertes

Welke materialen worden gebruikt in SLA 3D-printing?

SLA 3D-printers kunnen printen met deze materialen:

1. Algemeen doeleinden acrylaat-harsen: Deze materialen zijn beschikbaar in diverse zwaartes en transparanties.
2. Flexibele polyurethaan-elastomeren: Gebruikt voor flexibele onderdelen.
3. Rigide polyurethanen: Deze hebben goede cosmetische waarde, zijn duurzamer dan algemeen doeleinden materialen en zijn goed geschikt voor product-proef- of prototype-stukken.
4. Rigide harsen: Deze zijn chemisch en thermisch stabiel en geschikt voor engineering-testonderdelen.
5. Tandheelkundige en medische harsen: Deze harsen zijn medisch veilig en maken snellere builds, kwalitatieve afwerkingen en transparante items zoals mondbeschermers, splinten, etc.
6. ESD-harsen: Deze harsen zijn geschikt voor het maken van elektrostatisch veilige hulpmiddelen voor productie.

Een SLA Xometry-logo gemaakt met Accura Xtreme Grijs materiaal

Wanneer werd SLA 3D-printing voor de eerste keer gebruikt?

SLA 3D-printing werd voor het eerst in de jaren 80 gecreëerd door Hideo Kodama. Hij was de eerste die UV-gecurde polymeren gebruikte om 'dunne plakjes' plastic te 'printen' uit een ongeharde harsbak. In 1984 noemde Chuck Hull het proces stereolithografie en bevestigde een octrooi. Dit octrooi beschermde een "methode om 3D-objecten te creëren" door het lagen van opeenvolgende, wederzijds gebonden "plakjes" van het object.

De UV-laser van de machine is instrumentaal in het maken van precieze details met strakke resoluties. Het scant over het oppervlak van de harsbak, wat kruisverbindingen in het materiaal induceert. SLA vertegenwoordigde het eerste succesvolle additieve productieproces dat gelaagde plakjes gebruikte. De technologie werd in de midden tot late jaren '80 op de markt gebracht onder het bedrijf 3D Systems.

Hoe SLA 3D-printing werkt

SLA 3D-printing werkt door een UV-laser in het X-Y-vlak te bewegen. Het UV-licht activeert katalysatoren in het vloeibare monomeerhars. De printplaat begint aan het oppervlak van de harsbak, en gebieden waar de laser zowel hars als het vaste plaatoppervlak raakt, worden gepolymereerd en gehecht aan de build-plaat. Met die 'laag' compleet, beweegt de build-plaat omhoog, waardoor de volgende laag zich kan hechten aan de vorige. Door dit proces te herhalen, zal het deel eruitzien alsof het uit het vloeibare bassin groeit. Prints beginnen meestal met de bodem van het deel, en het deel wordt omgekeerd geprint.

Eenmaal verwijderd, moet het deel gewassen worden om ongeharde hars te verwijderen. Eventuele ondersteuningsscaffold-elementen kunnen dan weggeknipt worden.

Wat zijn SLA-printparameters?

De printparameters van een SLA-machine zijn meestal vastgelegd door de fabrikanten. Alleen de oriëntatie van het deel en de laaghogte kunnen gewijzigd worden. Tabel 1 hieronder toont een vergelijking van de twee gangbare SLA-printeroriëntaties:

InstellingBottom-up SLA-printers (Desktop)Top-down SLA-printers (Industrieel)

Instelling

Typische laaghogte

Bottom-up SLA-printers (Desktop)

25 tot 100 µm

Top-down SLA-printers (Industrieel)

25 tot 150 µm

Instelling

Dimensionale nauwkeurigheid

Bottom-up SLA-printers (Desktop)

± 0,5% (ondergrens: ± 0,010 tot 0,250 mm)

Top-down SLA-printers (Industrieel)

± 0,15% (ondergrens: ± 0,010 tot 0,030 mm)

Instelling

Build-grootte

Bottom-up SLA-printers (Desktop)

Tot 145 x 145 x 175 mm

Top-down SLA-printers (Industrieel)

Tot 1500 x 750 x 500 mm

Tabel 1. SLA-printerkenmerken

Wat onderscheidt SLA 3D-printing?

SLA onderscheidt zich van andere 3D-printsystemen en -processen door zijn brede scala aan materialen met uiteenlopende eigenschappen en cosmetische kwaliteiten. SLA-materialen zijn aanzienlijk verbeterd en gediversifieerd sinds hun eerste verschijning op de markt. Een ander onderscheidend factor voor SLA is de oppervlakteafwerking - een van de hoogste standaarden in de industrie. De grootste SLA-machines zijn ontworpen voor de auto-industrie en kunnen gehele karosseriepaneelen, dashboards, etc. bouwen.

Wat zijn de opties voor SLA-postverwerking?

SLA-postverwerking begint met het verwijderen van ongeharde 'natte' hars. Bottom-up-printers moeten gedraineerd worden voor postverwerking, terwijl top-down-apparatuur geen dergelijke vertraging vereist. In beide gevallen moeten de onderdelen echter gewassen worden om eventuele resterende vloeistof te verwijderen. Hoewel handmatige spraybooth-wassing nog steeds gebruikelijk is, worden geautomatiseerde oplossingen voor deze wasfase vermarkt. Sommige harsen vereisen additionele post-curing onder UV-straling. Eenmaal voltooid, worden ondersteuningsscaffolds dan handmatig of door geautomatiseerde apparatuur verwijderd. Op dit punt worden modellen doorgaans als compleet beschouwd. Eventuele verdere verwerking zoals schuren of schilderen is doorgaans gericht op het verbeteren van de cosmetische uitstraling van het deel.

Wat zijn enkele van de voordelen van SLA 3D-printing?

SLA 3D-printing biedt een breed scala aan voordelen. Deze worden weergegeven in Tabel 2:

Voordelen

Voordelen

Materiaaleigenschappen

SLA heeft een breed scala aan materiaaleigenschappen, afhankelijk van de leverancier.

Voordelen

Flexibiliteit

Weinige 3D-printprocessen kunnen pseudo-elastomeermaterialen aanbieden, maar SLA is een goede optie voor dergelijke.

Voordelen

Onderdeeloppervlakteafwerkingen

SLA produceert onderdelen met geweldige oppervlakteafwerkingen. Ze zijn geschikt voor high-spec afwerkingen en accepteren ook gemakkelijk verf.

Voordelen

Fijne details van onderdelen

SLA is goed voor fijne details zolang de juiste apparatuur, hars en dienstverlener gekozen worden. Kenmerken tot 0,1 mm zijn gemakkelijk te bereiken.

Voordelen

Uniformiteit van resolutie

SLA heeft hoge resolutie langs de Z-as maar minder in X-Y. Zorg bij processelectie en build-oriëntatie is belangrijk.

Voordelen

Productie van complexe onderdelen

SLA kan complexe onderdelen nauwkeurig reproduceren.

Voordelen

Gekromde oppervlakken

Z-stappen op gekromde oppervlakken zijn nauwelijks detecteerbaar.

Voordelen

Printproces

Het printproces kan snel zijn, aannemend dat het totale deel niet te hoog is langs de Z-as van de printer.

Tabel 2. SLA 3D-printvoordelen

Wat zijn enkele van de nadelen van SLA 3D-printing?

Nadelen van SLA-machines worden weergegeven in Tabel 3:

NadelenBeschrijving

Nadelen

Hoge kosten van onderdelen

Beschrijving

Print hars kost $200 per liter.

Nadelen

Slijtweerstand

Beschrijving

De meeste SLA-materialen presteren slecht in situaties van abrasie of stictie, dus ze zouden niet gebruikt moeten worden in bewegende assemblages. Hoog-kracht SLA-materialen zijn beter maar kosten meer.

Nadelen

Hoge kosten van apparatuur

Beschrijving

Industriële SLA-machines kosten $200.000, minder bekwame desktop-machines beginnen bij $3.750.

Nadelen

Laser-gebaseerd systeem

Beschrijving

Laser-gebaseerde systemen vereisen zeer zorgzame veiligheidsmonitoring en training.

Nadelen

Veeleisend machineonderhoud

Beschrijving

De lasers en vloeibare hars maken machineonderhoud veeleisend of uitdagend om uit te voeren.

Nadelen

Verschillende resolutie

Beschrijving

Omdat de resolutie in het X-Y-vlak anders is dan die langs de Z-as, kunnen sommige fijne details niet correct uitkomen.

Nadelen

Selectieve materiaaleigenschappen

Beschrijving

Onderdelen gemaakt van eenvoudigere en meer gangbare harsen neigen tot brosheid en kunnen kruipen onder constante belasting.

Tabel 3. Nadelen van SLA 3D-printing

Is SLA 3D-printing geschikt voor uw component of project?

In de meeste gevallen is het antwoord ja. SLA 3D-printing past bij een enorme verscheidenheid aan projecten. Operators hoeven slechts de juiste materialen voor de klus te kiezen. Maar de taak van het selecteren van een 3D-printtechnologie is een moeilijk proces; veel stijlen hebben overlappende vereisten en mogelijkheden. SLA is het beste voor onderdelen die gladde oppervlakken, fijne details en hoge resolutie vereisen.

Samenvatting

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden inclusief Stereolithografie (SLA) 3D-printservice en meerwaardediensten voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Vraag vandaag nog een direct offerte aan.

Disclaimer

De inhoud op deze webpagina is uitsluitend bedoeld voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele representatie of garantie van welke aard dan ook, uitdrukkelijk of impliciet, wat betreft de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en typen materialen of processen mogen niet worden geïmpliceerd als vertegenwoordigend voor wat door derden leveranciers of fabrikanten via Xometry's netwerk geleverd zal worden. Kopers die offertes voor onderdelen aanvragen, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke eisen voor die onderdelen. Raadpleeg onze voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is een B.Eng Honors-afgestudeerde in Werktuigbouwkunde met meer dan twee decennia ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele loopbaan omvat significante rollen bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep begrip ontwikkelde van engineeringprocessen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements