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【3D列印快訊】如何為SLA印表機(jī) 設(shè)計3D列印零件
使用SLA進(jìn)行3D列印的全面指南,涵蓋了列印過程,設(shè)計規(guī)格,材料選擇和技術(shù)限制。
目錄
介紹
用SLA進(jìn)行列印
設(shè)計SLA列印
SLA材料
後期處理
限制
經(jīng)驗法則
介紹
光固化成形(SLA)是使用雷射光逐層固化光敏聚合物樹脂的3D列印方法。 SLA最適合生產(chǎn)小而平滑的
零件,並具有高精度的細(xì)節(jié)。
本文概述了SLA列印過程,展示使用SLA列印零件的限制和優(yōu)勢,並討論了最常見的SLA材料。
用SLA進(jìn)行列印
列印過程
典型的桌上形SLA機(jī)器包含UV雷射,是將光固化樹脂倒入有透明底的樹脂槽,UV光能精準(zhǔn)地掃描物
體的2D輪廓,並使光固化樹脂逐層固化。
UV光通過時將會在列印平臺及水槽底部間產(chǎn)生一層固化薄膜,並黏貼在平臺上,再將新列印出來的
薄膜從底層剝離(剝離方式取決於機(jī)臺作動,也許是滑動或搖動水槽),剝離後列印平臺移動至一層高
厚度的距離,並再次重複上述過程,直至物件完成。
為了讓SLA列印成功,減少列印層在剝離時的拉拔力是十分重要的。在物件拉拔時會從邊緣產(chǎn)生高應(yīng)
力,這容易導(dǎo)致物件失敗率提高和翹曲(物件層沒有成功附著在列印平臺上反而是黏在水槽底部所導(dǎo)致)。
SLA列印的過程
列印方向
在定位SLA零件時,最大的問題是Z軸橫截區(qū)域。列印黏著樹酯槽涉及的力量與列印物件的2D橫截面積成正比
正因為如此,零件會在列印平臺上有一定角度的列印,減少支撐並不是最主要的問題(如下圖所示)。
最小化沿著z軸的橫截面積是定位SLA列印零件的最佳方法。
模型定向為次優(yōu)化水平,具有大的z軸橫截面積。在此方向,支撐被最小化,但列印失敗的可能性很高。
列印體積= 33.39ml,列印時間 = 2小時27分鐘
模型重新定位在一個角度以減少z軸橫截面積。支撐的大幅增加是合理的,讓列印失敗的可能性降低。
列印體積= 36.95ml,列印時間 = 4小時7分鐘
作為設(shè)計師,重要的是要了解為什麼零件方向會影響SLA列印質(zhì)量。
定位零件的必要性使z軸橫截面積減小常常導(dǎo)致需要將大量的支撐加到模型中。
在一些情況下,設(shè)計可能需要許多的支撐,導(dǎo)致SLA中的列印不再具有成本效益,或者不利於零件外觀
(一旦支撐被移除),最終結(jié)果在視覺上令人不滿意。
限制水平零件的數(shù)量,挖空零件和減小橫截面積是設(shè)計者可以採取的優(yōu)化SLA設(shè)計的步驟。
各向同性
SLA列印是各向同性的,因為各層在列印時的彼此的化學(xué)鍵,導(dǎo)致在x,y和z方向上具有幾乎相同的物理性質(zhì)。
無論列印零件是平行還是垂直於列印平板上,
零件的最終材料屬性都不會受到明顯的影響。
設(shè)計SLA列印
列印特徵
SLA列印機(jī)可以生產(chǎn)的細(xì)節(jié)程度取決於雷射光光點(diǎn)的大小和樹脂屬性。SLA設(shè)計的一般指導(dǎo)原則如下:
特徵 | 描述 |
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支撐牆 -牆壁的結(jié)構(gòu)至少有兩側(cè)與牆壁互相連接,因此幾乎不會產(chǎn)生翹曲。 這應(yīng)該設(shè)計為厚度最小0.4mm。 |
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沒有支撐的牆壁 - 與兩面以上的其餘部分相連的牆壁,極有可能產(chǎn)生翹曲或與列印品分離。這些牆壁必須至少有厚度0.6mm,並設(shè)計圓角底座(牆壁連接到列印品的其餘部分),以減少接合部分的集中壓力。 |
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懸垂- SLA列印幾乎沒有什麼問題,除非列印模型沒有足夠的內(nèi)部和外部支撐結(jié)構(gòu)。 不使用支撐進(jìn)行列印通常會導(dǎo)致列印物件翹曲,但如果需要不使用支撐進(jìn)行列印,則任何未支撐的突出部分的長度必須保持小於1.0mm,並且與水平面距離至少為19°。 |
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浮雕細(xì)節(jié)(包括文字) - 模型上的任何特徵略微高出表面的周圍。它們的高度必須至少高出列印表面0.1mm以確保細(xì)節(jié)清楚。 |
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雕刻細(xì)節(jié)(包括文字) - 列印在模型中的任何特徵。這些細(xì)節(jié)在模型的其餘部分與模型的其他部分融合時,如果太小,可能會與其他模型融合,因此這些細(xì)節(jié)必須至少有0.4mm寬,至少有0.4mm厚(從模型表面到凹陷細(xì)節(jié)的距離)。 |
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水平橋樑 - 模型上兩點(diǎn)之間的橋樑可以成功列印,但設(shè)計者必須記住,較寬的橋樑必須比窄的橋樑更短(小於21mm)。 較寬的橋樑具有較大的z軸接觸面積,這增加了剝離期間列印失敗的可能性。 |
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孔洞 - x,y和z軸上的直徑小於0.5mm的孔洞在列印過程中可能會關(guān)閉(闔起來)。 |
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連接: ●活動零件間的間隙為0.5mm。 ●裝配連接的間隙為0.2mm。 ●0.1mm的間隙可以推動或貼合。 |
解析度
SLA能夠?qū)崿F(xiàn)比FDM更高的解析度,因為它使用雷射光來固化材料。 XY方向(或水平分辨率)的SLA列印解析度
取決於雷射光點(diǎn)的大小,範(fàn)圍可以從30到140微米。 這不是列印的可調(diào)整參數(shù)。 最小特徵尺寸不能小於雷射光光
點(diǎn)尺寸。
Z方向的解析度(或垂直分辨率)從25到200微米不等。 選擇垂直分辨率是速度和質(zhì)量之間的折衷。 對於具有少量
曲線或細(xì)節(jié)的零件,在25微米的列印品與100微米的列印品之間幾乎沒有視覺差異。 通過比較,桌上型FDM機(jī)器
通常將列印150至400微米的z軸層。
破真空
SLA機(jī)器列印一個堅固,高密度的模型,但如果列印的功能零件是空心的模型就會明顯減少所需材料的數(shù)量,以及
列印時間。 建議列印中空物件的壁厚至少要有2mm以減少列印過程中出現(xiàn)故障的風(fēng)險。
如果列印中空的零件,則必須增加排水孔,以防止尚未固化的樹脂被困在最終的列印物件的內(nèi)部。 這種未固化的
樹脂在空腔內(nèi)產(chǎn)生壓力不平衡,並引起所謂的『破真空』。
小的故障(裂縫/孔洞)會在整個零件中蔓延,若不加以糾正,將導(dǎo)致完全失效或零件爆炸。 排水孔的直徑至少
應(yīng)為3.5 mm,每個中空部分都至少要有一個孔洞。
SLA材料
下表列出了一些更常見的SLA樹脂。
樹脂種類 | 描述 | 應(yīng)用 |
標(biāo)準(zhǔn)樹脂 | 最常用於一般列印,並可提供高解析度的小於25微米的高細(xì)節(jié)表面完成度。 這些樹脂不提供特殊的材料特性,並且通常比標(biāo)準(zhǔn)FDM材料更脆。 | 對於不具功能的高細(xì)節(jié)原型或模型是理想的。 |
工程樹脂 | SLA樹脂製造商最近通過模擬普通工程的塑料,提供類似ABS或類聚丙烯的彈性和耐高溫樹脂,進(jìn)入工程領(lǐng)域。 這些樹脂在不犧牲列印質(zhì)量的情況下提供卓越的工程性能,但成本較高。 | 可應(yīng)用於強(qiáng)韌,彈性和耐高溫。 |
牙科樹脂 | 對於一般的牙齒矯正,通常使用通用樹脂或澆鑄樹脂。 最近一年發(fā)布的1類和2類生物相容性樹脂現(xiàn)在也能夠使用SLA技術(shù)來建立手術(shù)導(dǎo)覽。 這些樹脂高度精準(zhǔn),足夠耐用,在手術(shù)前通過高壓滅菌。 | 牙科應(yīng)用 |
鑄造樹脂 | 這些樹脂專門做細(xì)節(jié)和精美的功能列印,並設(shè)計能夠直接投入鑄造。 這種樹脂可以做出非常小的細(xì)節(jié),最小特徵尺寸為0.2mm。 當(dāng)正確固化時,樹脂幾乎沒有灰燼或殘餘物燃燒。 | 珠寶、精細(xì)模型和投入鑄造應(yīng)用 |

一系列用SLA樹脂列印的產(chǎn)品(由Formlabs提供)
後期處理
在SLA列印零件上可以達(dá)成一系列的表面處理。 所需的表面光滑度通常會受成本和應(yīng)用的影響。 有關(guān)最常見
的SLA表面光滑度的詳細(xì)指南,請參閱本文。
限制
列印量
SLA列印機(jī)的列印量通常比大多數(shù)FDM列印機(jī)少,除了工業(yè)級機(jī)器。
Formlabs Form 2(普通桌上型SLA列印機(jī))的體積為145mm×145mm×175mm,
Ultimaker 2+(普通FDM桌上型列印機(jī))的尺寸為223mm×223mm×205mm。
當(dāng)SLA列印幾何圖形超出列印機(jī)體積時,可以將它列印成較小的零件,然後再進(jìn)行組裝。
將SLA列印的零件黏合在一起的最佳方法是使用5-30分鐘的環(huán)氧樹脂。
成本vs FDM
與用在FDM列印的線材相比,SLA樹脂的體積成本更高。由於這種SLA列印通常更昂貴,但SLA能夠列印出錯綜
複雜的細(xì)節(jié)的能力代表與許多工業(yè)級3D列印技術(shù)相比,這是一個有競爭力的選擇。一公斤標(biāo)準(zhǔn)SLA樹脂通常成本
約為150美元,而用於FDM1kg 的ABS線材將花費(fèi)大約25美元。
材料特性
SLA零件通常不適合生產(chǎn)負(fù)重的功能零件。 SLA樹脂的性質(zhì)意味著零件很易脆,不像其他3D列印材料那樣長時間
穩(wěn)定,並且會經(jīng)歷一些改變。
大多數(shù)SLA列印零件需要在UV後固化機(jī)。後固化可以使零件達(dá)到較高的強(qiáng)度並且變得更加穩(wěn)定。
經(jīng)驗法則
SLA非常適用於要求表面光滑度(跟射出成型相似)和高精度的小零件。
支撐結(jié)構(gòu)對於成功列印精準(zhǔn)的SLA零件十分重要。如果在表面上需要良好的表面處理,則零件應(yīng)定位,使該表面不
與支撐材料(通常朝上)接觸。
SLA零件通常具有不好的機(jī)械性能,並且最適合用於非功能原型,外殼和可視模型。
設(shè)計SLA的特徵:
特徵 | 設(shè)計規(guī)範(fàn) |
支撐的牆壁 | 厚度至少0.4mm |
不支撐的牆壁 | 厚度至少0.6mm |
懸垂 | 小於1.0mm,距離水平面長度至少為19°。 |
浮雕細(xì)節(jié) | 至少0.1mm的高度 |
雕刻細(xì)節(jié) | 寬度至少0.4mm,厚度至少0.4mm |
連接 | 0.2mm的組合連結(jié)和0.1mm連結(jié)配合 |
孔洞 | 最小直徑為0.5mm |
原文來源:https://www.3dhubs.com/knowledge-base/how-design-parts-sla-3d-printing