Технология SLA – особенности, преимущества и лучшие модели SLA-принтеров

 Лазерная стереолитография  – технология для печати 3D-моделей, позволяющая добиться высокой точности, большой прочности и быстрого производства изделий любой величины, от миниатюрных до крупногабаритных. Рассмотрим, за счет чего технология справляется с поставленными задачами, в чем ее преимущества и недостатки, а также разберем популярные модели 3D-принтеров, применяющие в своей работе принцип стереолитографии.

• Что такое лазерная стереолитография?
• Описание SLA технологии
• Краткая история создания технологии
• Области применения
• Преимущества и недостатки лазерной стереолитографии
• Как работает SLA-принтер?
• Обзор моделей SLA принтеров
  • 3D-принтер Formlabs Form 2
  • 3D-принтер Uniz Slash Plus
  • 3D-принтер XYZPrinting Nobel 1.0A
• Подводя итоги

Что такое лазерная стереолитография?

Лазерная стереолитография (SLA) – это один из способов печати на 3D-принтере, при котором жидкий полимер меняет свои физические свойства через воздействие на него лазерного излучения. В дальнейшем материал застывает.

Описание SLA технологии

SLA технология основана на принципе аддитивного производства. Материал наносится послойно и тем самым создает модель. Необходимые предметы делают из полимерных смол. Их дальнейшее отвердевание происходит за счет воздействия ультрафиолетового лазера или иного источника энергии, схожего с ним по свойствам.

В трехмерной модели заложены данные, согласно которым лазер вычерчивает слой за слоем. Там, где материал соприкасается с лазерным лучом, происходит полимеризация предмета.

После создания контура рабочая платформа, на которой находится модель, опускается в емкость с жидкой смолой на расстояние, равное величине одного слоя, то есть 0,05–0,15 мм (как правило). Когда поверхность жидкого материала выравнивается, начинается работа по воспроизведению следующего слоя. Эта процедура повторяется циклично до завершения печати всей модели.

После окончания постройки изделие необходимо промыть, чтобы удалить лишний материал. При необходимости оно обрабатывается в ультрафиолетовой печи. Это делается, чтобы материал окончательно затвердел.

Отличительной чертой технологии выступает требование в использовании поддерживающих структур для печати навесных элементов изделия. Такие опоры располагаются в файле, в котором заключена цифровая модель. Поддержки изготавливаются из того же материала, что и само изделие. Это временные части общей конструкции, от которых избавляются вручную после окончания работы.

Подобная технология печати дает высокую точность производства. Исходный материал легко обрабатывать и корректировать. При желании пользователь может придать изделию зеркальный блеск.

Поскольку исходный материал в процессе создания застывает всего лишь на 20 и менее процентов от необходимого значения полного высыхания, такой принцип печати позволяет значительно сократить время на изготовление предмета. Вместе с этим степени застывания достаточно, чтобы извлечь модель из принтера без ущерба для внешнего вида. Дальнейшее полное застывание происходит в течение 15–20 минут при обработке инициирующим светом.

Краткая история создания технологии

Метод печати и аппарат для ее осуществления был придуман и запатентован ученым Чарльзом Халлом. Он подал заявку на патент в 1984 году. Ученый стал соучредителем и главным директором по технологиям в компании  3D Systems . Халл создал компанию для коммерциализации своих разработок. Сейчас эта фирма – один из лидеров в области аддитивного производства.

За создание и вклад в развитие технологии стереолитографии ученый получил две награды – в 1995 году ему вручили премию Ранка, в 2017 году – Вашингтонскую премию.

Области применения

Технология обосновалась в самых разных областях, применяющих печать 3D-моделей. Среди них:

• общая медицина и стоматология в частности;
• производство ювелирных изделий;
• отрасль автомобилестроения;
• авиакосмическая область;
• архитектура;
• научные исследования;
• искусство;
• приборостроение.

SLA применяется в процессе создания прототипов, оснастки или приспособлений. С помощью этой технологии производят промышленную керамику, а также делают литье по выжигаемым моделям и формование.

Преимущества и недостатки лазерной стереолитографии

Основное преимущество такого способа изготовления 3D-моделей перед другими вариантами заключается в скорости работы. Для воспроизведения предмета не требуются промежуточные этапы обработки и оснастка. Это позволяет получить готовое изделие всего за несколько часов. В научных исследованиях подобный подход незаменим, поскольку позволяет быстро проводить тестирование экспериментальных образцов.

Второе главное преимущество данного принципа – высокая точность печати. Технология SLA дает возможность наносить слой фотополимера всего в 10 микрон. Это величина, которая в несколько раз меньше толщины человеческого волоса. Поэтому стереолитография пользуется высоким спросом в области изготовления ювелирных изделий и стоматологических протезов.

Теперь остановимся на других достоинствах этого способа печати:

• постобработка проста, она не требует сложных технологий, действий или длительного времени;
• оборудование не шумит в процессе работы;
• можно строить сложные модели с ювелирной структурой, к примеру тонкостенные изделия;
• предметы, произведенные по данной технологии, обладают высокой прочностью и большой точностью;
• поверхность изделия получается идеальной;
• материал расходуется экономно, производство получается безотходным;
• созданный предмет за счет использованных фотополимеров можно использовать как готовое изделие.

Дополнительное преимущество SLA перед конкурентами состоит в том, что для печати можно использовать большие рабочие камеры, то есть производить крупногабаритные предметы. Некоторые камеры в 3D-принтерах, применяющих эту технологию, достигают в высоту 2,4 метра.

К недостаткам этого принципа печати можно отнести высокую стоимость производства, поскольку материалы для работы зачастую имеют высокий ценник. Стоимость литра фотополимера может колебаться в пределах 80–120 долларов США, в то время как сами агрегаты для печати стоят в пределах 10–500 тысяч долларов США.

Технология пользуется большим спросом, поэтому на рынке появляются более бюджетные модели принтеров, чья стоимость находится в коридоре 2400–3500 долларов США.

Как работает SLA-принтер?

Разберем последовательность воспроизведения цифровой модели на  SLA-принтере :

• В специальную емкость заливается материал для печати, то есть фотополимерная смола. Далее в нее погружается подвижная платформа, на которой будет воспроизводиться изделие.
• Платформа помещается на минимально возможную глубину таким образом, чтобы ее покрывал очень тонкий слой материала. Толщина 0,05–0,15 мм – самый низкий порог, доступный современным устройствам. Именно такого значения и позволяют добиться SLA-принтеры.
• Когда платформа помещена в материал, начинается работа лазера. Она активируется в компьютерной программе. Луч прорабатывает первый слой на поверхности материала и вызывает его застывание.
• Когда первый цикл завершен, платформа погружается глубже на такую же минимально возможную толщину слоя. Весь процесс повторяется заново, пока не завершится необходимое количество циклов.
• После окончания печати модели ее обрабатывают специальным раствором, далее завершают процесс отвердевания при помощи ультрафиолетового излучения.
• На финальном этапе с предмета удаляются поддержки, которые были нужны для процесса печати. Делается это в ручном режиме.

Обзор моделей SLA принтеров

3D-принтер Formlabs Form 2

 Formlabs  – разработчик и производитель оборудования для 3D-печати. Компания основана студентами MIT Media Lab в 2011 году. Она базируется в Сомервилле, штат Массачусетс, США. Фирма специализируется не только на изготовлении оборудования. Она производит материалы для печати и программное обеспечение, необходимое для работы печатных устройств.

3D-принтер  Formlabs Form 2  был анонсирован в сентябре 2015 года. В 2019 году Tom's Guide в своем ежегодном рейтинге назвал этот аппарат лучшим устройством для фотополимерной печати.

Мощность лазера составляет 250 мВт, диаметр его пятна – 140 мкм. Параметры области печати – 145 × 145 × 175 мм. Это достаточно большое пространство, позволяющее печатать крупные изделия.

Толщина слоя в аппарате настраивается в диапазоне 25–100 микрон. Он зависит от используемого материала, потому как его свойства играют определяющую роль. К примеру, выплавляемый фотополимер дает возможность настроить толщину стоя на 25, 50 или 100 микрон. Такой показатель важен при изготовлении ювелирных изделий. Стандартный белый фотополимер позволяет получить толщину слоя в 100 либо 50 микрон. Он применяется для изготовления изделий среднего размера.

3D принтер Formlabs Form 2

• Печать SLA
• Область рабочей камеры 145 x 145 x 175 мм
• Поддерживаемые материалы Фотополимер
• Толщина слоя от 25 мкм
• Интерфейсы Wifi, Ethernet and USB

• Вес, кг 13

Перейти к товару

Устройство оснащено удобным цветным сенсорным дисплеем. На него выводится информация о ходе печати. Также с его помощью можно узнать информацию о принтере.

Примеры печати:

3D-принтер Uniz Slash Plus

 UNIZ TECHNOLOGY LLC  – компания из Калифорнии, США. Она была основана в 2014 году в городе Сан-Диего. Фирма специализируется на создании 3D-оборудования собственного производства, а также работает над материалами для печати. В перечне продукции значатся смолы общего назначения и узкоспециализированные материалы, к примеру для создания стоматологических и ювелирных прототипов.

Первый принтер производители смогли создать благодаря краудфандинговой платформе, на которой собрали необходимую сумму для старта. Модель  Uniz Slash Plus  – это одна из более поздних разработок компании.

Модель имеет большую область построения – 192 × 120 × 200 мм. Толщина слоя в приборе настраивается в диапазоне 10–300 микрон. С устройством совместимы любые материалы для печати с волной засветки 405 нм.

Принтер обладает высокой скоростью печати, что выгодно выделяет его на фоне конкурентов в схожей ценовой категории. В устройстве реализована возможность печати разных фрагментов одного предмета с разными настройками. Действенная система охлаждения LCD-экрана продлевает время работы до 10 000 часов без необходимости его замены.

Подключаться к печати можно самыми разными способами. На выбор есть USB, Internet или Wi-Fi. Контролировать работу дистанционно поможет приложение для Android и iOS. За высокую скорость и точность печати модель полюбилась большому количеству ювелиров и зубных техников.

Примеры печати:

3D-принтер XYZPrinting Nobel 1.0A

 XYZPrinting  – успешная тайваньская компания в сфере 3D-печати. Она была основана в 2013 году. Фирма специализируется на разработке и выпуске качественных и недорогих 3D-принтеров, которые бы смог себе позволить широкий круг покупателей. К концу 2019 года марка занимает 1/5 мирового рынка. Ее офисы находятся в США, Японии, Китае, Южной Корее, Таиланде и ряде стран Европы.

Особенность компании в том, что она занимается производством оборудования не только для профессионалов, но и для любителей. Именно поэтому модельный ряд принтеров не требует предварительной сборки и сложной настройки.

 Nobel 1.0A – одно из самых выгодных устройств, которое можно найти для осуществления стереолитографической печати. Его отпускная цена составляет всего 228 000 руб, что для данной категории принтеров очень недорого.

3D принтер XYZPrinting Nobel 1.0A

• Размеры, мм 280 x 345 x 590
• Программное обеспечение XYZware_Nobel
• Страна производитель Китай

• Печать SLA
• Область рабочей камеры 128 x 128 x 200 мм
• Поддерживаемые материалы Фотополимер
• Толщина слоя от 25 мкм
• Дисплей 2.6” FSTN LCM
• Интерфейсы USB
• Разрешение в X и Y осях (мкм) 130

Перейти к товару

Область построения составляет 128 ×128 × 200 мм. Регулируемая толщина слоя – 25–100 микрон. Установить прибор и запустить производство первой модели крайне просто. Все, что нужно предварительно сделать, – это откалибровать горизонтальную платформу. Но и это не вызывает никаких трудностей.

Для облегчения процесса печати в устройстве есть функция автоматической подачи смолы, если ее уровень меньше минимально допустимого. Таким образом, пользователю не требуется время от времени самому проверять достаточный уровень фотополимера.

В наборе есть флешка с несколькими вариантами цифровых моделей для печати на пробу. Они хорошо подходят для тестирования системы и понимания работы устройства.

Недостаток Nobel 1.0A состоит в том, что оно совместимо только с материалами, которые производят сами XYZPrinting. Устройство не печатает смолами других марок. Компания говорит о том, что так происходит контроль качества получаемой продукции. Однако стоимость ее материалов довольно высока. Так что сэкономить по полной программе не получится.

Примеры печати:

Подводя итоги

SLA – технология, нацеленная на быстрый, точный и качественный результат. Ее методы успешно применяются в самых разных областях производства, таких как авиакосмическая, ювелирная и стоматологическая сфера.

Все характеристики как самого процесса печати, так и применяемых материалов находятся на высоте. Единственный явный недостаток лазерной стереолитографии – цена вопроса. Лишь обеспеченные люди и серьезные производства могут позволить себе подобное оборудование. Дорого стоят и сами SLA-принтеры, и материалы, применяемые для печати на них.

Производители работают над доступностью SLA для широкого круга пользователей. Успехи уже есть, однако в бюджетных моделях устройств все еще имеются определенные недостатки.