Stereolithographie (SLA) ist ein 3D-Druckverfahren mit Photopolymerharz, das durch ein Lasersystem verfestigt wird. Es eignet sich am besten für kleine Teile mit feine Details und hohe Toleranz. Wir werden den SLA-Druckprozess, die Vorteile und Einschränkungen von SLA und schließlich die SLA-Designprinzipien vorstellen.
SLA-Druckverfahren
Eine SLA-Maschine besteht normalerweise aus einem UV-Lasersystem und einem lichtempfindlichen Harztank. Der Tank ist im Boden für UV-Lasertrance transparent, wodurch das Lasersystem die 2D-Kontur von Druckteilen steuert.
Das spätere System härtet das Harz aus, um bei jedem Durchgang eine feste Schicht zu bilden. Diese dünne Scheibe bleibt auf der Bauplatte oder dem Tankboden hängen. Dann neu gedruckte Schicht vom Tankboden trennen, Platte um 1 Schichtdicke verschieben und diesen Vorgang wiederholen, bis Teile fertig sind.
Es ist wichtig, die Kraft der neu gedruckten Schichten in der Trennphase zu reduzieren, die den Erfolg des SLA-Prozesses bestimmt. In der Trennphase treten im Bereich der hauchdünnen Kante hohe Spannungen auf, die zu Teileversagen und Verziehen führen. Manchmal haften Teile am Tankboden, nicht an der Bauplatte.
SLA-Druckausrichtung
Der Querschnittsbereich der Z-Achse sollte bei der SLA-Teileausrichtung am wichtigsten sein. Die proportional zur Kraft zwischen Druckteilen und Tank ist. Aufgrund dieses Problems drucken wir auch Teile mit einem Winkel zur Platte, anstatt dies zu unterstützen. Die Verringerung des Querschnitts in der Z-Achse ist die am besten geeignete Methode für die Ausrichtung des SLA-Drucks.
Es ist wichtig, den Einfluss der Teileorientierung auf die Teilequalität zu verstehen. Um die Schnittfläche der z-Achse zu reduzieren, sollte dem Druckmodell eine Menge an Unterstützung hinzugefügt werden. In besonderen Fällen führt zu viel Support dazu, dass SLA nicht mehr rentabel ist, oder beeinträchtigt das Erscheinungsbild von Teilen, sobald der Support entfernt wird. All diese Probleme werden uns dazu anregen, unser SLA-Design zu optimieren, die Anzahl der horizontalen Elemente zu begrenzen, Komponenten auszuhöhlen und die Querschnittsfläche zu reduzieren.
Isotropie
Der SLA-3D-Druck erzeugt isotrope Teile, da alle Schichten in x-, y- und z-Richtung miteinander verbunden sind, sodass SLA-Teile nahezu identische physikalische Eigenschaften aufweisen. Unabhängig davon, ob gedruckte Teile parallel oder senkrecht zur Bauplatte gedruckt werden, werden die endgültigen Materialeigenschaften nicht beeinträchtigt.
SLA-Druckdesign
Druckfunktionen
Die Größe des Laserpunkts und die Harzeigenschaften in der SLA-Maschine bestimmen den endgültigen Detaillierungsgrad der Teile. Allgemeine Richtlinie für das SLA-Design wie folgt:
Unterstützte Wände: Dünne Wände sollten auf beiden Seiten mit anderen Strukturen verbunden werden, um die Wahrscheinlichkeit von Verformungen zu verringern. Die minimale Wandstärke im Design sollte 0,4 mm betragen.
Nicht unterstützte Wände: Dünne Wände, die nur an einer Seite verbunden sind, haben eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie sich während des Druckvorgangs verziehen oder lösen. Die Mindestgröße der nicht unterstützten Wand beträgt 0,6 mm. Darüber hinaus empfehlen wir für die Verbindung zwischen der Wand und dem restlichen Druckbereich unten eine Hohlkehlenbasis, dies reduziert Spannungskonzentrationen entlang des Verbindungsbereichs.
Überhänge: SLA-Druck hat kein Problem mit Überhangmerkmalen, es sei denn, es handelt sich um ein Modell ohne angemessene interne und externe Stützstrukturen. Das Drucken von Strukturen ohne Unterstützung führt immer zu Verwerfungen. Nicht unterstützte sollten weniger als 1,0 mm lang und mehr als 19° von der Ebene entfernt sein.
Geprägtes Detail: Merkmale mit einer Höhe von mindestens 0,1 mm über der Oberfläche stellen sicher, dass alle Details sichtbar sind.
Gravierte Details: Zu kleine Details lassen sich im Druckprozess leicht mit dem Modell verschmelzen, wir empfehlen eine Detailgröße von mindestens 0,4 mm in der Breite und 0,4 mm in der Dicke.
Horizontale Brücken: Da Brücken zwischen zwei Punkten im SLA-Prozess gedruckt werden können, sollten wir berücksichtigen, dass breitere Brücken weniger als 21 mm und kürzer als dünne Brücken bleiben müssen. Außerdem erhöhen breitere Brücken die Z-Achsen-Kontaktfläche, was zu einer Druckfehlerrate während des Ablösevorgangs führt.
Löcher: Wir empfehlen Löcher mit einem Durchmesser von mehr als 0,5 mm, weniger als diese Größe in jeder Richtung werden während des Druckvorgangs geschlossen.
Verbindungen: Das Spiel der beweglichen Teile sollte 0,5 mm betragen. Das Spiel der Montageanschlüsse sollte 0,2 mm betragen. Der Druck- oder Paßsitzabstand sollte 0,1 mm betragen.
Auflösung
SLA hat aufgrund der Verfestigung des Lasersystems höhere Auflösungen als FDM. Die SLA-Druckauflösung in horizontaler Richtung (X, Y) beträgt 30 bis 140 Mikrometer, was durch die Laserpunktgröße bestimmt wird. Die minimale Merkmalsgröße sollte größer als die Laserpunktgröße sein, dies ist nicht einstellbar.
Die Auflösung in vertikaler (Z) Richtung variiert von 25 bis 200 Mikron. Die vertikale Auflösung wird durch die Teilequalitätsanforderung oder Geschwindigkeitsanforderung bestimmt. Es wird einen unsichtbaren Unterschied zwischen dem Drucken von Teilen von 25 Mikron und 100 Mikron geben, wenn es wenige Kurven oder feine Details im Teiledesign gibt.
Aushöhlen und Schröpfen
SLA produziert immer feste und dichte Teile. Wenn diese Teile nicht als Funktionsteile dienen, empfehlen wir, die Teilestruktur auszuhöhlen, um die Materialmenge und die Druckzeit zu reduzieren. Darüber hinaus sollten ausgehöhlte Teile mindestens 2 mm dick sein, um ein Ausfallrisiko beim Druckprozess zu vermeiden.
In hohlen Teilen müssen wir Harzeinschlüsse verhindern, indem wir Drainagelöcher hinzufügen. diese ungehärteten Harze führen zu einem Ungleichgewicht in der Hohlkammer und schließlich zu kleinen Fehlern wie Rissen oder Löchern. Dieses Schröpfen breitet sich durch alle Teile aus und verursacht einen vollständigen Ausfall oder eine Explosion. Ablauflöcher sollten einen Durchmesser von mindestens 3,5 mm haben und mindestens ein Loch für jeden Hohlabschnitt.
Einschränkungen
Druckvolumen
SLA-Drucker produzieren im Allgemeinen ein geringeres Teilevolumen als FDM-Drucker. Ein herkömmlicher Desktop-SLA-Drucker hat ein Bauvolumen von 145 mm × 145 mm × 175 mm, während ein herkömmlicher Desktop-FDM-Drucker 223 mm × 223 mm × 205 mm bietet. Für Teilegeometrien, die die SLA-Volumenkapazität überschreiten, drucken wir immer kleinere Abschnitte und montieren sie dann. Die beste Methode zum Kleben von SLA-Teilen ist 5-30 Minuten Epoxid.
Kostenvergleich
SLA-Material aus Harz ist teurer als FDM-Filament, aber es ist immer noch eine wettbewerbsfähige Option für komplizierte Details einmal vergleichen andere industrielle 3D-Drucktechnologien.
Materialeigenschaften
SLA-Teile sind nicht zum Laden von Funktionsteilen geeignet. SLA-Harze Die natürlichen Eigenschaften bestimmen, dass SLA-Teile spröde, instabil und über lange Zeiträume kriechverformend sind. Die meisten SLA-Teile müssen nach dem Drucken in einer UV-Kammer ausgehärtet werden, um die Festigkeit und Stabilität der Teile zu erhöhen.