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

SLA (Stereolithografie) was een van de eerste 3D-printtechnologieën die op de markt werd gebracht. Er wordt gebruik gemaakt van acryl- of andere harsen die moeten worden uitgehard met behulp van een ultraviolette (UV) laser. De technologie is op verschillende manieren opnieuw geïnterpreteerd. De keuze aan materialen is ook aanzienlijk gegroeid:je kunt nu stijve, flexibele, hittebestendige, chemisch bestendige, biocompatibele en andere harsopties vinden. Xometry citeert dit proces onmiddellijk en doet dit al sinds 2018. Het is een van onze meest populaire 3D-printprocessen.

Bij het SLA-proces wordt een 3D-model van een component gebruikt en omgezet in massief plastic. Het computermodel wordt eerst digitaal in lagen 'gesneden', zodat de printer elk plakje methodisch kan verbinden met het voorgaande. SLA-machines printen prototypeonderdelen, testcomponenten, medische hulpmiddelen, gereedschappen, cosmetische proefstukken en nog veel meer.

Dit artikel biedt achtergrondinformatie over de voordelen, materialen, toepassingen en meer van SLA-technologie.

Wat is SLA 3D-printen?

SLA is een 3D-printproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een scannende UV-laser om de oppervlaktelaag van lichtgevoelige hars uit te harden. De hars wordt geleverd in een bad en bij de overgrote meerderheid van de SLA-machines wordt het onderdeel ondersteboven gebouwd. Met elke laag beweegt de bouwplaat omhoog, waardoor het lijkt alsof het onderdeel uit het vloeibare polymeer groeit. De machine moet ook de noodzakelijke ondersteuningsstructuren printen om overhangen binnen het ontwerp te ondersteunen. 

De UV-gevoelige fotopolymeren die in het proces worden gebruikt, worden gezamenlijk 'harsen' genoemd. Het zijn fotogekatalyseerde acrylmonomeren die verknoopt raken bij blootstelling aan UV-laserlicht. Dankzij dit principe kan de machine details creëren die zo klein zijn als de breedte van de laserstraal. 

SLA-modellen worden soms in gedeeltelijk uitgeharde staat afgedrukt. Deze modellen vereisen nabewerking in de vorm van extra UV-blootstelling om het verknopingsproces te voltooien. Deze extra processtap helpt bij het elimineren van gedeeltelijk gestolde hars die niet volledig uithardde als gevolg van terugverstrooiing en diffractie van de UV-straal. Ongeacht of er wel of geen naharding plaatsvindt, moeten alle onderdelen worden gewassen nadat het printen is voltooid om de oppervlaktehars te verwijderen. Het wassen gebeurt doorgaans in een isopropylalcoholbad. Het verwijderen van de bedrukte steunsteiger vindt daarna plaats.

Zie ons artikel over alles over 3D-printen voor meer informatie.

SLA-geprinte tags

Wat is de SLA-lichtbron voor 3D-printen?

De SLA 3D-printlichtbron is een UV-laser die fungeert als het uithardingsmechanisme van de stereolithografiemachine. Deze lichtbron is nauwkeurig afgestemd op de katalysator die in de hars wordt gebruikt. Verschillende fabrikanten gebruiken echter verschillende golflengten. De meest voorkomende SLA-laser is een laserdiodesysteem met een golflengte van 395 µm. Het produceert 300-500 mW aan vermogen in de bundel die is gecollimeerd tot een diameter van ongeveer 300 µm. In sommige apparatuur kan een verscheidenheid aan andere laserlichtbronnen worden aangetroffen, met katalysatoren die bij hun frequentiebereik passen. Andere soorten UV-lichtbronnen worden gebruikt in stereolithografie met hele lagen. Deze lampen maken gebruik van een projector gemaakt van microscopisch kleine spiegels (in het geval van digitale lichtverwerking of DLP-printers) of een LCD-masker (meestal gemaskeerde stereolithografie of MSLA genoemd).

Waar wordt SLA 3D-printen gebruikt?

SLA 3D Printing wordt gebruikt voor toepassingen zoals:

• Prototyping: Omdat ze fijne details kunnen bevatten, kunnen SLA-geprinte onderdelen worden gebruikt als technische testmodellen.
• Productie: SLA creëert functionele onderdelen voor situaties die niet veel stressbestendigheid vereisen.
• Techniek en productontwerp: SLA-onderdelen kunnen met de hand worden afgewerkt en geverfd om hoogwaardige pre-tooling-prototypes te creëren.
• Sieraden: SLA-machines kunnen cosmetische testartikelen voor juweliers bouwen.
• Tandheelkundige werkzaamheden: SLA kan verschillende tandheelkundige producten maken, waaronder zacht weefsel, tanden, botimplantaatmaterialen en gietholten voor polyurethaan- en siliconenafgietsels.
• Gezondheidszorg: SLA-processen kunnen medische implantaten vervaardigen met behulp van gespecialiseerde materialen.

SLA maakt – evenals carbon DLS en PolyJet 3D-printen – gebruik van foto-uithardende vloeibare harsen in plaats van poeders of filamenten. Voor elke laag wordt een zeer dunne, zeer gelijkmatige, volledig dichte laag vloeibare hars uitgespreid. Als zodanig zullen SLA-prints, zelfs met dezelfde laagdikte, een veel gladdere oppervlakteafwerking hebben zonder extrusiesporen of poederachtige oppervlaktelagen.

Christian Tsu-Raun

Teamleider, handmatig citeren

Welke materialen worden gebruikt bij SLA 3D-printen?

SLA 3D-printers kunnen met deze materialen printen:

1. Acrylharsen voor algemeen gebruik: Deze materialen zijn verkrijgbaar in verschillende hardheden en transparanten.
2. Flexibele polyurethaanelastomeren: Gebruikt voor flexibele onderdelen.
3. Stijve polyurethaan: Deze hebben een goede cosmetische waarde, zijn duurzamer dan materialen voor algemeen gebruik en zijn zeer geschikt voor productproef- of prototypestukken.
4. Stijve harsen :Deze zijn chemisch en thermisch stabiel en geschikt voor het ontwerpen van testonderdelen.
5. Tandheelkundige en medische harsen: Deze harsen zijn medisch veilig en zorgen voor snellere bouw, hoogwaardige afwerkingen en transparante items zoals mondbeschermers, spalken, enz.
6. ESD-harsen: Deze harsen zijn geschikt voor het maken van elektrostatisch veilige mallen voor productie.

Een SLA Xometry-logo gemaakt met Accura Xtreme Grey-materiaal

Wanneer werd SLA 3D-printen voor het eerst gebruikt?

SLA 3D-printen werd voor het eerst gemaakt in de jaren tachtig door Hideo Kodama. Hij was de eerste die UV-uitgeharde polymeren gebruikte om dunne plakjes plastic uit een niet-uitgehard harsbad te ‘printen’. In 1984 noemde Chuck Hull het proces stereolithografie en kreeg een patent. Dit patent beschermde een “methode voor het maken van 3D-objecten” door opeenvolgende, onderling verbonden “segmenten” van het object in lagen te leggen.

De UV-laser van de machine speelt een belangrijke rol bij het maken van nauwkeurige details met strakke resoluties. Het scant over het oppervlak van de harspoel en veroorzaakt verknopingen in het materiaal. SLA vertegenwoordigde het eerste succesvolle additieve productieproces waarbij gelaagde plakjes werden gebruikt. De technologie werd halverwege de jaren 80 op de markt gebracht onder het bedrijf 3D Systems.

Hoe SLA 3D-printen werkt

SLA 3D-printen werkt door een UV-laser in het X-Y-vlak te bewegen. Het UV-licht activeert katalysatoren in de vloeibare monomeerhars. De printplaat begint aan het oppervlak van de harspool en de gebieden waar de laser zowel de hars als het oppervlak van de massieve plaat raakt, worden vervolgens gepolymeriseerd en aan de bouwplaat bevestigd. Als die ‘laag’ voltooid is, beweegt de bouwplaat omhoog, waardoor de volgende laag zich aan de vorige kan hechten. Door dit proces te herhalen, lijkt het alsof het onderdeel uit de vloeistofplas groeit. Afdrukken beginnen meestal met de onderkant van het onderdeel en het onderdeel wordt ondersteboven afgedrukt. 

Eenmaal verwijderd, moet het onderdeel worden gewassen om eventuele niet-uitgeharde hars te verwijderen. Eventuele steunsteigerelementen kunnen vervolgens worden weggesneden. 

Wat zijn de afdrukparameters van SLA Printing?

De printparameters van een SLA-machine worden doorgaans vastgelegd door de fabrikanten. Alleen de oriëntatie van het onderdeel en de laaghoogte kunnen worden gewijzigd. Tabel 1 hieronder toont een vergelijking van de twee gebruikelijke SLA-printeroriëntaties:

Instelling Bottom-up SLA-printers (desktop) Top-down SLA-printers (industrieel)

Instelling

Typische laaghoogte

Bottom-up SLA-printers (desktop)

25 tot 100 µm

Top-down SLA-printers (industrieel)

25 tot 150 µm

Instelling

Maatnauwkeurigheid

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

Bouwgrootte

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-printen?

SLA onderscheidt zich van andere 3D-printsystemen en -processen door het brede scala aan materialen met zeer uiteenlopende eigenschappen en cosmetische kwaliteiten. SLA-materialen zijn aanzienlijk verbeterd en gediversifieerd sinds ze voor het eerst op de markt verschenen. Een andere onderscheidende factor voor SLA is de oppervlakteafwerking, een van de hoogste normen in de branche. De grootste SLA-machines zijn ontworpen voor de auto-industrie en kunnen hele carrosseriepanelen, dashboards, enz. bouwen.

Welke opties zijn er voor SLA-naverwerking?

De SLA-nabewerking begint met het verwijderen van niet-uitgeharde ‘natte’ hars. Bottom-up printers moeten vóór de nabewerking worden leeggemaakt, terwijl top-down apparatuur een dergelijke vertraging niet vereist. In beide gevallen moeten de onderdelen echter worden gewassen om eventuele resterende vloeistof te verwijderen. Hoewel het handmatig wassen van de spuitcabine nog steeds gebruikelijk is, zijn er voor deze wasfase automatische oplossingen op de markt. Sommige harsen vereisen extra naharding onder UV-straling. Eenmaal voltooid, worden de steunsteigers vervolgens handmatig of door geautomatiseerde apparatuur verwijderd. Op dit punt worden modellen meestal als voltooid beschouwd. Elke verdere bewerking, zoals schuren of schilderen, is doorgaans gericht op het verbeteren van het cosmetische uiterlijk van het onderdeel.

Wat zijn enkele voordelen van SLA 3D-printen?

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

Voordelen

Voordelen

Materiaaleigenschappen

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

Voordelen

Flexibiliteit

Er zijn maar weinig 3D-printprocessen die pseudo-elastomeermaterialen kunnen bieden, maar SLA is daarvoor een goede optie. 

Voordelen

Afwerkingen van gedeeltelijke oppervlakken

SLA produceert onderdelen met een geweldige oppervlakteafwerking. Ze zijn geschikt voor hoogwaardige afwerkingen en accepteren ook gemakkelijk verf.

Voordelen

Fijne details van onderdelen

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

Voordelen

Uniformiteit van resolutie

SLA heeft een hoge resolutie langs de Z-as, maar minder in X-Y. Zorgvuldigheid bij processelectie en bouworiëntatie zijn belangrijk.

Voordelen

Productie van complexe onderdelen

SLA kan complexe onderdelen nauwkeurig reproduceren.

Voordelen

Gebogen oppervlakken

Z-stappen op gebogen oppervlakken zijn nauwelijks waarneembaar.

Voordelen

Afdrukproces

Het afdrukproces kan snel verlopen, ervan uitgaande dat het gehele onderdeel niet te hoog is langs de Z-as van de printer.

Tabel 2. Voordelen van SLA 3D-printen

Wat zijn enkele nadelen van SLA 3D-printen?

De nadelen van SLA-machines worden weergegeven in Tabel 3:

Nadelen Beschrijving

Nadelen

Hoge onderdelenkosten

Beschrijving

Printhars kost $ 200 per liter.

Nadelen

Slijtvastheid

Beschrijving

De meeste SLA-materialen presteren slecht in situaties van slijtage of wrijving, dus ze mogen niet worden gebruikt in bewegende assemblages. SLA-materialen met hoge sterkte zijn beter, maar kosten duurder.

Nadelen

Hoge apparatuurkosten

Beschrijving

Industriële SLA-machines kosten $200.000, terwijl desktopmachines met minder capaciteiten beginnen bij $3750.

Nadelen

Lasergebaseerd systeem

Beschrijving

Lasergebaseerde systemen vereisen zeer zorgvuldige veiligheidsmonitoring en training.

Nadelen

Veeleisend machineonderhoud

Beschrijving

De lasers en vloeibare hars maken het onderhoud van machines veeleisend of uitdagend.

Nadelen

Andere resolutie

Beschrijving

Omdat de resolutie in het X-Y-vlak anders is dan die langs de Z-as, komen sommige fijne details mogelijk niet goed naar voren.

Nadelen

Selectieve materiaaleigenschappen

Beschrijving

Onderdelen gemaakt van eenvoudigere en meer gebruikelijke harsen zijn vaak bros en kunnen bij constante belasting kruipen.

Tabel 3. Nadelen van SLA 3D-printen

Is SLA 3D-printen geschikt voor uw onderdeel of project?

In de meeste gevallen is het antwoord ja. SLA 3D-printen is geschikt voor een grote verscheidenheid aan projecten. Operators moeten eenvoudigweg de juiste materialen voor de klus kiezen. Maar de taak om een ​​3D-printtechnologie te selecteren is een moeilijk proces; veel stijlen hebben overlappende vereisten en mogelijkheden. SLA is het beste voor onderdelen die gladde oppervlakken, fijne details en een hoge resolutie vereisen.

Samenvatting

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder stereolithografie (SLA) 3D-printservice en diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Vraag vandaag nog direct een offerte aan.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements