La Stereolitografia, o stampa 3D SLA, è uno dei metodi di stampa più apprezzati e diffusi nel mondo della manifattura additiva. Funziona utilizzando un laser a bassa potenza per indurire una resina liquida contenuta in un serbatoio, comunemente chiamato “vat”, per creare la forma 3D desiderata. In sostanza, questo processo converte la plastica liquida fotosensibile in plastica solida strato per strato in un processo noto come fotopolimerizzazione.
La SLA è una delle principali tecnologie di stampa 3D, insieme alla modellazione a deposizione fusa (FDM) e alla sinterizzazione laser selettiva (SLS). Appartiene alla categoria della polimerizzazione in vasca, nota anche come stampa 3D in resina e include tecnologie più recenti come l’elaborazione della luce digitale (DLP) e la stampa 3D in resina basata su display a cristalli liquidi (LCD). In questo articolo, discuteremo le basi della stampa 3D SLA e la confronteremo con altre tecnologie popolari.
Storia della Stereolitografia SLA
Abbiamo fatto molta strada dallo SLA-1. Nonostante sia meno popolare della tecnologia FDM negli ambienti hobbistici, la SLA è in realtà la più antica tecnica di produzione additiva e una delle più popolari negli ambienti industriali. La tecnologia e il termine sono stati creati nel 1986 da Chuck Hull, fondatore della società di stampa 3D 3D Systems. Secondo lui, SLA è un metodo per creare oggetti 3D mediante la “stampa” successiva di strati, con cui intendeva polimerizzare un materiale fotosensibile strato per strato.ptime stazioni di
SLA è stato il primo ingresso nel campo della prototipazione rapida negli anni ’80 e ha continuato a progredire fino a diventare una tecnologia ampiamente utilizzata. Nel 1992, 3D Systems ha creato il primo apparato SLA al mondo, che ha reso possibile la fabbricazione di parti complesse in una frazione del tempo normalmente necessario. Nonostante sia il primo processo additivo sul mercato, SLA rimane il processo che produce le parti più dettagliate e la finitura superficiale più liscia.
Vasca: funge da serbatoio per il fotopolimero liquido, che di solito è una plastica trasparente e liquida chiamata “resina”.
Piattaforma di costruzione: la piattaforma viene abbassata nella vasca e può muoversi su e giù in base al processo di stampa.
Laser ultravioletto: il laser cura gli strati.
Interfaccia computer: Un’interfaccia accessibile sulla stampante stessa gestisce sia la piattaforma che i movimenti del laser.
Come funziona
Software (la preparazione del modello da stampare)
Come avviene per molti processi di manifattura additiva, il primo passaggio consiste nella progettazione di un modello 3D tramite CAD o software di modellazione. I file CAD risultanti sono rappresentazioni digitali dell’oggetto desiderato.
I file CAD devono poi essere convertiti in file STL. Il linguaggio di tassellatura standard (STL), o “linguaggio triangolare standard”, è un formato di file creato per la stampa stereolitografica. L’origine del file STL era in una suite software creata da Abert Consulting Group appositamente per 3D Systems nel 1987. I file STL descrivono la geometria della superficie dell’oggetto 3D, trascurando altri attributi comuni del modello CAD, come il colore e la trama.
La fase di prestampa consiste nel caricare un file STL nel software 3D slicer, normalmente fornito dal produttore. Questo software genera quindi una serie di comandi di movimento che possono essere compresi dalla stampante 3D.
Stampa
Quando il processo inizia, il laser viene diretto in uno schema chiamato “strato” all’interno della vasca. Ovunque colpisca il laser, il liquido si solidifica. Il laser e la plastica liquida sono i due componenti necessari per questa fotopolimerizzazione, con il laser che fornisce l’aspetto del fotone. Il laser viene solitamente diretto alle coordinate appropriate da un sistema di specchi controllati da computer chiamato “galvanometro” o “galvo” in breve.
Dopo il primo strato, la piattaforma viene sollevata in base allo spessore dello strato (che in genere è di circa 0,1 mm), quindi viene lasciata fluire ulteriore resina sotto la parte già stampata. In realtà, il letto di solito si spostava molto di più per consentire alla resina viscosa di scorrere un percorso più facile.Il laser quindi solidifica la sezione trasversale successiva e il processo viene ripetuto fino al completamento dell’intera parte. La resina che non viene toccata dal laser rimane nella vasca e può essere riutilizzato.
Post produzione SLA
Dopo aver terminato l’intera stampa 3D, la piattaforma si solleva dal serbatoio. Al termine del processo, il modello viene rimosso dalla piattaforma, lavato dalla resina in eccesso con alcool, quindi posto in una camera di polimerizzazione UV. La polimerizzazione post-stampa consente agli oggetti di raggiungere la massima resistenza possibile e diventare più stabili. Questo post-indurimento consente l’effettivo indurimento dello strato con un requisito di potenza minimo, il che accelera il processo complessivo.
Processi alternativi – DLP e LCD
Negli ultimi anni sono emerse nuove tecnologie di stampa 3D in resina, in particolare la stampa DLP e LCD. A differenza di SLA, DLP utilizza un proiettore digitale per visualizzare una singola immagine di ogni livello sull’intera piattaforma. Poiché il proiettore è un dispositivo micro-specchio digitale, ogni strato sarà composto da pixel con una certa distanza tra loro. Pertanto, la risoluzione di una stampante DLP corrisponde alla dimensione e al passo dei pixel, mentre con SLA è la dimensione del punto laser.
La stampa 3D in resina LCD è simile alla DLP, ma invece di un proiettore, viene utilizzato uno schermo LCD come fonte di luce. Visualizza una fotomaschera di ogni livello ed è anch’essa composta da pixel quadrati. La tecnologia è nota anche come stereolitografia mascherata (mSLA) e, grazie al basso costo delle unità LCD, queste stampanti 3D in resina si sono moltiplicate negli ultimi anni, con modelli di stampanti che servono tutti, dagli hobbisti ai produttori industriali.
Pro e contro
PRO
La SLA è una delle tecniche di stampa 3D più precise sul mercato.
Si possono realizzare prototipi di altissima qualità, con caratteristiche finemente dettagliate. È possibile stampare pareti sottili, angoli acuti e forme geometriche complesse con una finitura superficiale liscia. Gli spessori degli strati possono essere realizzati fino a 10 μm, con dimensioni minime delle caratteristiche tipicamente comprese tra 50 e 250 μm. Sebbene questi valori dipendano principalmente dalla viscosità e dalla pigmentazione del materiale, basse viscosità e grandi quantità di pigmentazione in genere forniscono i migliori risultati.
SLA fornisce una delle tolleranze dimensionali più strette di qualsiasi tecnologia di prototipazione rapida o produzione additiva, di solito qualcosa come +/- 0,127 mm.
I volumi di costruzione possono essere molto grandi.
CONTRO
La stampa tende a richiedere molto tempo.Le parti a stapiombo richiedono strutture di supporto durante il processo di costruzione. La maggior parte delle resine standard produrrà stampe relativamente fragili.
Tuttavia, ci sono resine tenaci e di qualità tecnica che sono ottime per la stampa di parti che richiedono resistenza o altre proprietà migliorate.
Le resine sono spesso proprietarie e quindi non possono essere facilmente scambiate tra stampanti di marche diverse.
Differenze tra SLA e FDM
Nella modellazione a deposizione fusa (FDM), il filamento viene alimentato attraverso un estrusore caldo e depositato strato per strato. I materiali utilizzati sono tipicamente termoplastici, ma possono essere miscelati con altri elementi, tra cui legno, metallo e fibra di carbonio per una varietà di risultati. Questo è un vantaggio rispetto allo SLA, che ha una scelta relativamente limitata di materiali. Quando si tratta di utilizzo per hobby, il costo dei materiali è relativamente simile a FDM e SLA.
FDM in genere non ha gli stessi dettagli di SLA. La tolleranza della parte stampata è solitamente nell’ordine delle centinaia di micron. La SLA può produrre fori più piccoli e angoli più acuti in quasi tutti i casi.
Un oggetto stampato utilizzando una stampante 3D FDM richiede anche la rimozione dei supporti (se presenti) e la levigatura delle superfici, sebbene alcune stampanti FDM possano stampare supporti dissolvibili, che non è disponibile nella stampa SLA. In SLA, le stampe vengono immerse in alcol isopropilico per rimuovere la resina in eccesso prima di essere esposte alla luce UV passiva per un ulteriore rafforzamento. Tuttavia, il risultato finale in genere non è così forte come un prodotto realizzato con FDM, ma questo dipende dal materiale.
In genere, se l’alta precisione e una finitura liscia sono priorità, SLA sarà la soluzione migliore. Se il costo e (in misura minore) la durabilità svolgono un ruolo importante, utilizzare una stampante FDM.
Differenze tra SLA vs SLS
La sinterizzazione laser selettiva (SLS) comporta un approccio completamente diverso, sebbene implichi anche l’uso di un laser per estrarre lo strato. In SLS, il laser è tipicamente più potente. Questo perché, invece di indurire una sostanza, il raggio riscalda una polvere fino al punto di fondere insieme le sue particelle. Spesso raggruppati con SLS sono la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) e la fusione laser selettiva (SLM), che sono specificamente adattate ai metalli. Lo standard SLS funziona con polimeri come il nylon.
Rispetto agli oggetti realizzati con altre tecnologie, le stampe SLS possono essere piuttosto resistenti e durevoli, sebbene possano essere porose. Poiché i supporti non sono necessari per SLS, le stampe possono avere geometrie complesse e le parti possono essere impilate per maggiore efficienza. I dettagli possono essere buoni con SLS, ma generalmente non possono essere paragonati alla precisione di SLA. Infine, le superfici degli oggetti stampati con SLS sono generalmente piuttosto ruvide prima della post-elaborazione o del rivestimento.
Grazie ai loro laser ad alta potenza, le macchine SLS incorporano una tecnologia più avanzata, inclusa una speciale schermatura contro le dannose radiazioni UV. Ciò si traduce in stampanti più costose, con poche opzioni desktop o da banco disponibili. Un altro fattore che ne limita l’utilizzo nei circoli hobbistici è il pericolo associato al lavoro con polveri sottili. Affinché questo processo sia sicuro, è necessario utilizzare molte più precauzioni di sicurezza, sebbene aziende come Formlabs stiano rendendo il processo più accessibile.
Inoltre, le polveri SLS sono più costose dei fotopolimeri liquidi. Ciò è dovuto principalmente alla complessità della produzione di particelle così fini, quindi è improbabile che cambi molto nel tempo.
Fondamentalmente, se l’elevata resistenza meccanica e la stampa di più parti contemporaneamente sono la tua priorità e il costo è di minore importanza, utilizza una stampante SLS. Altrimenti, SLA è probabilmente la soluzione migliore.