Stereolitografi (SLA): allt du behöver veta

Stereolitografi anses vara tekniken bakom 3D-utskrift, med den första utrustningen patenterad 1984 av Charles Hull och den första kommersiella maskinen utvecklad av 3D Systems 1988. Idag ska vi upptäcka mer information om stereolitografiprocessen för att förstå vad det handlar om.

Stereolitografi, även känd som SLA (Stereolithography Apparatus), använder principen om fotopolymerisation för att producera 3D-modeller med hjälp av UV-känsligt harts. Det ska inte förväxlas med STL-filer, som är 3D-utskriftsfiler. Solidifieringen sker genom att en laser passerar lager för lager. Det gör det möjligt att erhålla en av de bästa utskrivna ytorna jämfört med befintlig 3D-utskriftsteknik.

Ur ett historiskt perspektiv lämnades det första patentet in 1984 av Chuck Hull och kommersialiserades av 3D Systems 1988. Några dagar före amerikanerna tog en trio franska forskare bestående av Jean-Claude André, Olivier de Witte och Alain le Méhauté fram ett liknande patent för Alcatel-koncernens räkning.

SLA 3D-skrivare använder ett flytande utskriftsmaterial och ett UV-skyddslock (vanligtvis orange, grönt, rött eller gult). Stereolitografi erbjuder en relativt begränsad produktionsvolym jämfört med andra utskriftstekniker. Vissa maskiner, som 3D-skrivaren Mammoth, kan dock producera delar större än 2 m.

Hur stereolitografi 3D-utskrift fungerar

Liksom för andra 3D-utskriftstekniker krävs en digital 3D-fil, vilken kan erhållas via CAD-programvara (till exempel SolidWorks, Sculpt eller SelfCAD). Dessa filer (vanligtvis STL-filer) skickas till en "slicer" som skär modellen i tunna lager som ska skrivas ut. Instruktionerna skickas sedan till 3D-skrivaren.

Stereolitografimaskiner innehåller ett hartsbad, en mobil plattform (Z-axel), ett avstrykningssystem (X-axel), en UV-laser, fokuseringsoptik och en spegelgalvanometer (X- och Y-axlar).

Laserstrålen härdar det flytande hartset enligt den digitala 3D-modell som tillhandahålls skrivaren. Efter att ett lager har solidifierats sänks plattformen en nivå. Nästa sektion solidifieras sedan. Det finns lika många utskriftscykler som det finns lager som krävs för att erhålla delens fullständiga volym.

På vissa SLA 3D-skrivarmodeller (som till exempel de från Formlabs) sker produktionen av delen uppochnedvänd. Plattformen sänks ner i hartsbadet medan lasern arbetar nerifrån och upp.

Efterbehandling

När utskriften är klar krävs ett rengöringssteg av kammaren med ett lösningsmedel (vanligtvis isopropylalkohol, även kallat isopropanol) för att avlägsna överskott av osolidifierat harts. Till skillnad från andra tekniker som selektiv lasersintring (SLS), smälttrådsutskrift (FDM) och PolyJet 3D-utskrift krävs vanligtvis en ytterligare UV-behandling för att slutföra fotopolymerisationen och optimera materialets styrka.

Precis som när det gäller smälttrådsteknik använder SLA stödstrukturer vid utskrift av komplexa former. Precis som en byggnadsställning tillåter dessa att stödja delar som sticker ut. De avlägsnas sedan under efterbehandlingen.

Stereolitografitekniken erbjuder en något glasartad ytfinish, men den är vanligtvis överlägsen FDM- eller SLS-processer (för lager med samma tjocklek). Det är inte ovanligt att de olika utskriftslagren knappt är synliga. Det finns dock få färger tillgängliga för SLA.

SLA 3D-utskrift har gett upphov till ett flertal tekniker

Efter att de första patenten kopplade till stereolitografi löpte ut har ett flertal aktörer i branschen arbetat för att förbättra denna teknik. Man kan till exempel nämna DLP-tekniken, som använder en videoprojektor istället för en laser för att täcka ett större område, med högre utskriftshastighet. Det franska företaget Prodways har i sin tur utvecklat en teknik kallad MovingLight, som använder en videoprojektor för att ytterligare påskynda produktionen av delar. Det brittiska företaget Photocentric använder istället en LCD-skärm som UV-ljuskälla.

På senare tid har tillverkaren Carbon3D presenterat sin CLIP-process (Continuous Liquid Interface Production), som kontrollerar mängden syre under fotopolymerisationsreaktionen. Detta gör utskriftshastigheten 25 till 100 gånger snabbare. Ett annat intressant initiativ: ONO har samlat in 2,3 miljoner dollar för ett system som använder ljuset från en smartphone för att solidifiera harts.

Bland de ledande tillverkarna av SLA 3D-skrivare finns naturligtvis 3D Systems, grundaren av själva tekniken, men även nya aktörer som DWSlab, B9Creator eller Formlabs. Startup-företaget Formlabs, med huvudkontor i Boston, lanserade 2011 en gräsrotsfinansieringskampanj på Kickstarter och samlade in den ansenliga summan av 3 miljoner dollar för Form 1, den första stationära SLA 3D-skrivaren. Den sistnämnda kommersialiserades för cirka 5 000 $.

Priset på stereolitografi 3D-skrivare varierar från 1 000 € för lågprisversioner till flera tiotusentals euro för professionella maskiner med en stor produktionsvolym.

Tillämpningar av stereolitografi

SLA används främst för prototyper inom alla branschsektorer på grund av sin snabbhet, men beroende på skrivarens kvalitet är det även möjligt att erhålla omedelbart funktionella delar. Den används också för produktion av formar eller gjutverktyg, särskilt för smyckesindustrin eller tandvården.

Precisionsgjutning (förlorat vax-metoden) är ett exempel på en indirekt produktionsprocess som använder stereolitografi. Denna urgamla teknik använder nu 3D-utskrift för att producera exakta kopior av slutprodukten (även kallad smyckesform) i utbränningsbart vax. När formen väl är skapad lindas den in i eldfast material för att skapa gjutformen. Smält metall hälls sedan i formen för att ersätta vaxet. När formen avlägsnats kan metalldelen användas.

Låt oss veta vad du tycker om den här tekniken genom att lämna en kommentar här eller på våra Facebook- och Twitter-sidor! Glöm inte att prenumerera på vårt kostnadsfria veckonyhetsbrev för att få alla de senaste nyheterna om 3D-utskrift direkt i din inkorg!