چاپ سه بعدی با روش استریولیتوگرافی (SLA)

استریولیتوگرافی یا SLA، در اواسط دهه 1980 ظهور کرد و در دهه بعد، خود را به عنوان اصلی‌ترین فناوری در بین روش‌های ساخت با شیوه افزودن مواد (AM) تثبیت کرد. از آن زمان، توانایی SLA در ایجاد سریع و دقیق نمونه‌های اولیه پیچیده، به تحول دنیای طراحی کمک کرده است.
همانند برخی دیگر از فرآیندهای AM مانند پخت انتخابی با لیزر (SLS) و پخت مستقیم فلز با لیزر (DMLS) ، SLA نیز به لیزر متکی است. قطعات با پخت لایه‌های نازکی از رزین ترموست مایع، با استفاده از لیزر ماوراء بنفش (UV) ساخته می‌شوند که بر روی سطح رزین تابانده می‌شود و آن را از مایع به لایه‌های جامد تبدیل می‌کند. با تکمیل هر لایه، رزین تازه و فرآوری نشده روی لایه قبلی جارو می‌شود و روند کار تکرار می‌گردد تا اینکه فرآیند ساخت قطعه تمام شود. پس از ساخت قطعات SLA یک فرایند پس پردازش مورد نیاز است؛ در بخشی از این فرآیند قطعه در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار می‌گیرد تا سطح خارجی قطعه به طور کامل جامد شده و عملیات سطح سازی قطعه به پایان برسد.

رزین‌های استریولیتوگرافی

برخلاف نسل‌های گذشته SLA، دستگاه‌های امروزی طیف وسیعی از مواد شبه ترموپلاستیک با چندین ماده افزودنی را برای انتخاب ارائه می‌دهند که مهم‌ترین این مواد از این قرار است:
• پلی‌پروپیلن (PP): رزینی انعطاف پذیر و بادوام که از پلی‌پروپیلن سفت تقلید می‌کند. این ماده می‌تواند شرایط مکانیکی سختی را تحمل کند و برای جزئیات دقیق مانند گوشه‌های تیز، دیواره‌های نازک، سوراخ‌های کوچک و غیره عالی است.
• مخلوط پلی‌پروپیلن و ABS: این ماده، پلاستیک سفید و محکمی مشابه مخلوط پلی‌پروپیلن و ABS در ماشینکاری CNC است. این ماده برای اتصالات، تحمل ضربه و کاربرد‌های دارای خستگی زیاد، به خوبی کار می‌کند.
• ABS: انواع اشکال ABS همچون رزین شفاف و کم ویسکوزیته که می‌تواند در مراحل نهایی کاملاً تمیز شود، پلاستیک سیاه ماتی که تقریباً عبور نور مرئی را تماماً مسدود می‌کند، پلاستیک شفاف، بی رنگ و مقاوم در برابر آب که برای لنزها مناسب است، و یک رزین سبز با رزولوشن میکرو که امکان تولید قطعات با ویژگی‌های بسیار ظریف و تولرانس‌های بسته را فراهم می‌آورد، در این دسته قرار می‌گیرند.
• پلی‌کربنات: ماده PC پر شده با سرامیک است که استحکام، سختی و مقاومت بالایی در برابر دما را فراهم می‌آورد، اما می‌تواند شکننده باشد.
• SLArmor: ماده ای با روکش نیکل است که به قطعات تولید شده به روش SLA استحکام و سختی زیادی، که قابل مقایسه با آلومینیوم قالب‌گیری شده است، می‌بخشد.
لطفاً به عبارت “شبه ترموپلاستیک” توجه داشته باشید. مواد SLA، از نمونه‌های قالب‌گیری شده از آن‌ها، تنها از منظر ظاهری تقلید می‌کنند در حالی که اختلاف بسیار زیادی در خواص مکانیکی میان آن‌ها وجود دارد. اگر می‌خواهید نمونه اولیه خود را با پتک بکوبید یا آن را برای چند ماه در معرض آفتاب قرار دهید، توجه داشته باشید که قطعات SLA مقاومت و دوام یکسانی با قطعات پخته شده، ریخته‌گری، ماشینکاری یا قالب‌ریزی ندارند. این امر SLA را به گزینه ای منطقی برای ساخت نمونه‌های اولیه تبدیل می‌کند که اعتبار فرم و تناسب (اما نه لزوماً عملکرد) در آن‌ها مهم‌ترین دلایل ساخت قطعه است. در صورت نیاز مهندسین ما در یاناپارت می‌توانند به شما در انتخاب مواد و فرآیند تولید کمک کنند.

ضخامت و وضوح لایه‌ها در SLA

علیرغم تفاوت در خصوصیات مواد، فناوری SLA از نظر دقت قطعه و کیفیت سطح نهایی، برنده اصلی در مقابل فناوری SLS است. رزولوشن‌های عادی، بالا و میکرو در دسترس هستند، که ضخامت لایه را از 25 تا 100 میکرون در بر می‌گیرند و جزئیات قطعه را تا دقت 50 میکرون به خوبی نمایش می‌دهد. این بدان معنی است که جزئیات بسیار زیبا و سطوح آرایشی با حداقل آثار “پله پله” در مقایسه با قطعات چاپ شده توسط فرآیندهایی مانند چاپ سه بعدی با رسوب‌گذاری مذاب (FDM) امکان‌پذیر است.
SLA همچنین قابلیت ساخت قطعات با ابعاد نسبتاً بزرگ در مقایسه با دیگر روش های چاپ سه بعدی را دارد (آیا به نمونه اولیه ای از چمدان جدید یا قاب ماشین چمن زنی احتیاج دارید؟ یک فرصت خوب وجود دارد که SLA می‌تواند به شما کمک کند!) حداکثر اندازه ساخت فعلی قطعات با این روش در شرکت‌های مطرح جهان 730 در 630 در 530 میلیمتر است.
SLA همچنین یک انتخاب عالی برای نمونه سازی اولیه دستگاه‌های میکروسیال است. فرآیند ساخت میکروسیال به مهندسین این امکان را می‌دهد تا قطعاتی را که بعداً به روش تزریق ساخته می‌شوند با دقت آزمایش کنند و از مشکلات و هزینه‌های بالای فوتولیتوگرافی برای انجام این کار اجتناب کنند. به عنوان مثال اگر شما در حال طراحی یک حسگر پروتئین، میکرو پمپ یا آزمایش بر روی یک تراشه هستید، نمونه سازی SLA ممکن است تنها گزینه مناسب برای شما باشد.

ملاحظات طراحی قطعات SLA

در طراحی قطعات برای چاپ به روش SLA از سوراخ‌های بسیار کوچک دوری کنید، زیرا ویسکوزیته نسبتاً بالای رزین مورد مصرف در SLA می‌تواند چالش‌هایی را در طول فرآیندهای پردازش نهایی قطعه ایجاد کند. اگر در حال طراحی یک صافی جدید آشپزخانه، استفاده از سوراخ های کوچکتر از 130 میکرون، احتمالاً بهترین انتخاب برای ساخت نمونه اولیه آن با روش SLA نیست. دیوارهای نازک نیز باید اصلاح شوند. به عنوان مثال، درب یک ظرف آشپزخانه، باید دارای دیواره‌هایی با حداقل ضخامت 700 تا 1000 میکرون باشد.

منابع:

www.protolabs.com/resources/design-tips/designing-for-stereolithography/