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2017-11-22 【3D列印快訊】如何為SLA印表機 設計3D列印零件

【3D列印快訊】如何為SLA印表機 設計3D列印零件

使用SLA進行3D列印的全面指南,涵蓋了列印過程,設計規格,材料選擇和技術限制。

目錄
介紹
用SLA進行列印
設計SLA列印
SLA材料
後期處理
限制
經驗法則


介紹

立體光刻(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最適合生產小而平滑的
零件,並具有高精度的細節。
本文概述了SLA列印過程,展示使用SLA列印零件的限制和優勢,並討論了最常見的SLA材料。

用SLA進行列印


列印過程

典型的桌上形SLA機器包含UV雷射,從光敏樹脂槽中固化特定層的零件。槽的底部是透明的,並且UV
激光精準地控制追踪物體的2D輪廓。激光硬化(固化)形成固體層的樹脂。

激光器的每次通過都會產生非常薄的物體。這個薄片黏貼在它(或列印平台)和槽底部之前的那層。然後
新列印那層會從槽的底部分離(取決於可能涉及剝落,滑動或振動樹酯槽的機器),然後列印平台會移至
1層的厚度,並且再次重複該過程,直到完成為止。

為了讓SLA列印成功,在分離階段減少新列印層上的力量是十分重要的。分離階段沿著可能的剃刀薄邊緣
產生的高壓力區域,可能會導致較高的零件失效率和翹曲(零件可能黏在槽底部而不是列印平板)。

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,零件會在列印平台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

作為設計師,重要的是要了解為什麼零件方向會影響SLA列印質量。
定位零件的必要性使z軸橫截面積減小常常導致需要將大量的支撐加到模型中。
在一些情況下,設計可能需要許多的支撐,導致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),最終結果在視覺上令人不滿意。
限制水平零件的數量,挖空零件和減小橫截面積是設計者可以採取的優化SLA設計的步驟。

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鍵,導致在x,y和z方向上具有幾乎相同的物理性質。
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。

設計SLA列印

列印特徵

SLA列印機可以生產的細節程度取決於雷射光光點的大小和樹脂屬性。SLA設計的一般指導原則如下:

特徵 描述
 支撐牆 -牆壁的結構至少有兩側與牆壁互相連接,因此幾乎不會產生翹 曲。 這應該設計為厚度最小0.4mm。
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。
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部和外部支撐結構。 不使用支撐進行列印通常會導致列印物件翹曲,但如果需要不使用支撐進行列印,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°。
浮雕細節(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以確保細節清楚。
雕刻細節(包括文字) - 列印在模型中的任何特徵。這些細節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,因此這些細節必須至少有0.4mm寬,至少有0.4mm厚(從模型表面到凹陷細節的距離)。
水平橋樑 - 模型上兩點之間的橋樑可以成功列印,但設計者必須記住,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。
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閉(闔起來)。
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能夠實現比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
取決於雷射光點的大小,範圍可以從30到140微米。 這不是列印的可調整參數。 最小特徵尺寸不能小於雷射光光
點尺寸。
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量之間的折衷。 對於具有少量
曲線或細節的零件,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機器
通常將列印150至400微米的z軸層。

空心和拔罐


SLA機器列印一個堅固,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故障的風險。

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部。 這種未固化的
樹脂在空腔內產生壓力不平衡,並引起所謂的『拔罐』。
小的故障(裂縫/孔洞)會在整個零件中蔓延,若不加以糾正,將導致完全失效或零件爆炸。 排水孔的直徑至少
應為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 應用
標準樹脂 最常用於一般列印,並可提供高解析度的小於25微米的高細節表面完成度。 這些樹脂不提供特殊的材料特性,並且通常比標準FDM材料更脆。 對於不具功能的高細節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,進入工程領域。 這些樹脂在不犧牲列印質量的情況下提供卓越的工程性能,但成本較高。 可應用於強韌,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。 最近一年發布的1類和2類生物相容性樹脂現在也能夠使用SLA技術來建立手術導覽。 這些樹脂高度精準,足夠耐用,在手術前通過高壓滅菌。 牙科應用
澆注樹脂 這些樹脂專門做細節和精美的功能列印,並設計能夠直接投入鑄造。 這種樹脂可以做出非常小的細節,最小特徵尺寸為0.2mm。 當正確固化時,樹脂幾乎沒有灰燼或殘餘物燃燒。 珠寶、精細模型和投入鑄造應用
 

一系列用SLA樹脂列印的產品(由Formlabs提供)

後期處理

在SLA列印零件上可以達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用的影響。 有關最常見
的SLA表面光滑度的詳細指南,請參閱本文。

限制


列印量

SLA列印機的列印量通常比大多數FDM列印機少,除了工業級機器。
Formlabs Form 2(普通桌上型SLA列印機)的體積為145mm×145mm×175mm,
Ultimaker 2+(普通FDM桌上型列印機)的尺寸為223mm×223mm×205mm。
當SLA列印幾何圖形超出列印機體積時,可以將它列印成較小的零件,然後再進行組裝。
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
複雜的細節的能力代表與許多工業級3D列印技術相比,這是一個有競爭力的選擇。一公斤標準SLA樹脂通常成本
約為150美元,而用於FDM1kg 的ABS線材將花費大約25美元。

材料特性

SLA零件通常不適合生產負重的功能零件。 SLA樹脂的性質意味著零件很易脆,不像其他3D列印材料那樣長時間
穩定,並且會經歷一些改變。
大多數SLA列印零件需要在UV腔室列印固化。後固化可以使零件達到較高的強度並且變得更加穩定。

經驗法則

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。
支撐結構對於成功列印精準的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械性能,並且最適合用於非功能原型,外殼和可視模型。

設計SLA的特徵:
特徵 設計規範
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°。
浮雕細節 至少0.1mm的高度
雕刻細節 寬度至少0.4mm,厚度至少0.4mm
連接 0.2mm的組合連結和0.1mm連結配合
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
                         

 

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