In 3D SLA là gì?

1/ In 3D SLA là gì?

Stereolithography (SLA) là một quy trình sản xuất bù đắp thuộc họ Photopolyme hóa . Trong công nghệ in 3D SLA một vật thể được tạo ra bằng cách xử lý có chọn lọc một lớp nhựa polymer bằng cách chiếu chùm tia cực tím (UV). Các vật liệu được sử dụng trong SLA là các polyme nhạy nhiệt ở dạng lỏng.

SLA nổi tiếng là công nghệ in 3D đầu tiên : nhà phát minh công nghệ này đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1986. Khi cần in 3d chi tiết có độ chính xác rất cao hoặc bề mặt nhẵn , SLA là công nghệ in 3D hiệu quả nhất hiện nay. SLA có nhiều đặc điểm chung với Xử lý ánh sáng trực tiếp (DLP), một công nghệ in 3D Photopolymerization khác. Để đơn giản, hai công nghệ có thể được coi là như nhau.

Đây là một đoạn video ngắn sẽ nói cho bạn mọi thứ bạn cần biết để bắt đầu với việc in 3D SLA trong khoảng 10 phút.

2/ SLA hoạt động như thế nào?

Đây là cách quá trình chế tạo SLA hoạt động:

1. Bàn in được định vị đầu tiên trong bể chứa chất lỏng photopolyme, Cách một khoảng so với bề mặt của chất lỏng.
2. Sau đó, tia cực tím tạo ra lớp tiếp theo bằng cách chọn lọc và hóa rắn nhựa photopolymer. Các chùm tia laser được tập trung trong đường dẫn được xác định trước bằng cách sử dụng một bộ gương, được gọi là galvos. Toàn bộ diện tích mặt cắt của mô hình được quét, do đó chi tiết được sản xuất hoàn toàn chắc chắn.
3. Khi một lớp kết thúc, bàn di chuyển tới khoảng cách an toàn và lưỡi quét gạt lại lớp phủ bề mặt. Quá trình sau đó lặp lại cho đến khi tạo hình hoàn thành.
4. Sau khi in, chi tiết ở trạng thái màu xanh lá cây, không được xử lý hoàn toàn và yêu cầu xử lý sau tiếp dưới ánh sáng tia cực tím nếu cần các tính chất cơ học và chịu nhiệt cao.

Nhựa lỏng được hóa rắn thông qua một quá trình gọi là photopolymerization : trong quá trình hóa rắn, các chuỗi carbon monome tạo ra nhựa lỏng được kích hoạt bởi ánh sáng của tia cực tím và trở nên rắn chắc, tạo ra liên kết mạnh mẽ không thể phá vỡ giữa chúng.

Quá trình photopolymerization là không thể đảo ngược và không có cách nào để chuyển các chi tiết SLA trở lại dạng lỏng: khi được nung nóng, chúng sẽ cháy thay vì tan chảy. Điều này là do các vật liệu được sản xuất với SLA được làm bằng polyme nhiệt , trái ngược với nhựa nhiệt dẻo mà FDM sử dụng.

3/ Đặc điểm của công nghệ SLA

3.1/ Thông số máy in 3d

Trong các hệ thống SLA, hầu hết các tham số in được cố định bởi nhà sản xuất và không thể thay đổi. Các đầu vào duy nhất là chiều cao lớp và hướng in (cái sau xác định vị trí hỗ trợ (support)).

Các chiều cao lớp điển hình trong SLA dao động từ 25 đến 100 micro. Độ cao lớp thấp hơn chụp hình học cong chính xác hơn nhưng tăng thời gian tạo hình (và chi phí) và xác suất in thất bại cao. Một chiều cao lớp 100 micron phù hợp cho hầu hết các ứng dụng phổ biến.

Khổ in của loại máy in 3D này là một tham số đó là quan trọng đối với các nhà thiết kế, kích thước bản dựng phụ thuộc vào loại máy SLA. Có hai thiết lập máy in 3D SLA chính: hướng từ trên xuống và hướng từ dưới lên.

3.1.1/ Máy in 3D SLA từ trên xuống

Các máy in 3d SLA từ trên xuống đặt nguồn laser phía trên bể và chi tiết được tạo hình hướng lên trên. Bàn in bắt đầu ở phía trên cùng của thùng nhựa và di chuyển xuống dưới sau mỗi lớp.

3.1.1/ Máy in 3D SLA từ dưới lên

Các máy in 3D SLA từ dưới lên đặt nguồn sáng dưới bể nhựa (xem hình trên) và chi tiết được tạo hình lộn ngược (chúc đầu xuống). Bể có đáy trong suốt với lớp phủ silicon cho phép ánh sáng của tia laser đi qua nhưng ngăn nhựa không dính vào nó. Sau mỗi lớp, nhựa được bảo dưỡng được tách ra khỏi đáy bể, khi bàn in di chuyển lên trên. Đây được gọi là bước lột .

Hướng từ dưới lên chủ yếu được sử dụng trong máy in để bàn, như Formlabs, trong khi từ trên xuống thường được sử dụng trong các hệ thống SLA công nghiệp. Máy in SLA từ dưới lên dễ sản xuất và vận hành hơn, nhưng kích thước bản dựng của chúng bị hạn chế, do các lực tác dụng lên bộ phận trong bước bóc có thể khiến bản in bị lỗi. Mặt khác, máy in từ trên xuống có thể mở rộng quy mô xây dựng rất lớn mà không làm giảm độ chính xác lớn. Các khả năng tiên tiến của các hệ thống này có chi phí cao hơn.

Bảng sau đây tóm tắt các đặc điểm chính và sự khác biệt của hai định hướng:

	Từ dưới lên (Máy tính để bàn) SLA	SLA từ trên xuống (công nghiệp)
Ưu điểm	Chi phí thấp hơn Phổ biến rộng rãi	Kích thước tạo hình rất lớn Thời gian tạo hình nhanh hơn
Nhược điểm	Kích thước tạo hình nhỏ Phạm vi vật liệu nhỏ hơn Yêu cầu xử lý hậu kỳ nhiều hơn, do sử dụng nhiều support	Giá cao hơn Yêu cầu nhà điều hành chuyên gia Thay đổi vật liệu liên quan đến làm trống toàn bộ bể
Các nhà sản xuất máy in SLA phổ biến	Formlabs	3D System
Kích thước xây dựng	Lên đến 145 x 145 x 175 mm	Lên đến 1500 x 750 x 500 mm
Chiều cao lớp tiêu biểu	25 đến 100 micron	25 đến 150 micron
Độ chính xác kích thước	± 0,5% (giới hạn dưới: ± 0,010 – 0,250 mm)	± 0,15% (giới hạn dưới ± 0,010 – 0,030 mm)

3.2/ Hệ thống hỗ trợ (support)

Cấu trúc hỗ trợ luôn được yêu cầu trong SLA. Các cấu trúc hỗ trợ được in trong cùng một vật liệu với bộ phận và phải được gỡ bỏ thủ công sau khi in. Sự định hướng của phần xác định vị trí và số lượng hỗ trợ. Chúng tôi đề nghị rằng bộ phận được định hướng sao cho các bề mặt quan trọng trực quan không tiếp xúc với các cấu trúc hỗ trợ .

Máy in SLA từ dưới lên và từ trên xuống sử dụng Support khác nhau:

1. Trong máy in SLA từ trên xuống, yêu cầu hỗ trợ tương tự như FDM . Chúng cần thiết để in các phần nhô ra và cầu chính xác (góc nhô ra quan trọng thường là 30^o). Phần có thể được định hướng ở bất kỳ vị trí nào và chúng thường được in phẳng, để giảm thiểu số lượng hỗ trợ và tổng số lớp.
2. Trong máy in SLA từ dưới lên, mọi thứ phức tạp hơn. Phần nhô ra và cầu vẫn cần được hỗ trợ, nhưng giảm thiểu diện tích mặt cắt ngang của mỗi lớp là tiêu chí quan trọng nhất: các lực tác dụng lên phần trong bước bóc có thể khiến nó tách ra khỏi nền tảng xây dựng. Các lực này tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang của mỗi lớp. Vì lý do này, các bộ phận được định hướng theo một góc và việc giảm hỗ trợ không phải là mối quan tâm chính.

3.3/ Bị xoắn

Một trong những vấn đề lớn nhất liên quan đến độ chính xác của các chi tiết được sản xuất qua SLA là bị xoắn. Xoắn tương tự như cong vênh trong FDM .

Trong quá trình hóa rắn / đóng rắn, nhựa co lại một chút khi tiếp xúc với nguồn sáng của máy in. Khi độ co rút là đáng kể, các ứng suất bên trong lớn sẽ phát triển giữa lớp mới và vật liệu đã được làm cứng trước đó, dẫn đến hiện tượng uốn cong của chi tiết

3.4/ Lớp dính

Các bộ phận in SLA có tính chất cơ học đẳng hướng. Điều này là do một tia laser UV không đủ để xử lý hoàn toàn nhựa lỏng. Các tia laser sau này giúp các lớp hóa rắn trước đó hợp nhất với nhau ở mức độ rất cao. Trong thực tế: Bảo dưỡng SLA vẫn tiếp tục ngay cả sau khi hoàn thành quá trình in.

Để đạt được các tính chất cơ học tốt nhất, các bộ phận SLA phải được xử lý sau khi xử lý bằng cách đặt chúng vào hộp chữa bệnh dưới ánh sáng tia cực tím mạnh (và đôi khi ở nhiệt độ cao). Điều này cải thiện đáng kể độ cứng và khả năng chịu nhiệt độ của phần SLA nhưng làm cho nó giòn hơn.

Ví dụ, các mẫu thử của các bộ phận được in bằng nhựa trong tiêu chuẩn sử dụng máy in SLA để bàn có độ bền kéo cao gấp gần 2 lần (65 MPa so với 38 MPa) và có thể hoạt động dưới tải ở nhiệt độ cao hơn (ở nhiệt độ tối đa 58 ^o C so với 42 ^o C), nhưng độ giãn dài của chúng khi đứt gần một nửa (6,2% so với 12%).

Để chi tiết tiếp xúc với ánh mặt trời cũng sẽ gây ra phản ứng. Tiếp xúc kéo dài với tia UV có tác động bất lợi đến tính chất vật lý và sự xuất hiện của chi tiết in 3D SLA: chúng có thể cong, trở nên rất giòn và thay đổi màu sắc. Vì lý do này, phun sơn với sơn acrylic UV rõ ràng trước khi sử dụng rất được khuyến khích.

4/ Vật liệu in 3d SLA

Vật liệu in 3d SLA có dạng nhựa lỏng ở nhiệt độ phòng mà không phải dạng là sợi nhựa như chúng ta thường thấy. Giá mỗi lít nhựa khác nhau rất nhiều, từ khoảng 50 đô la cho vật liệu tiêu chuẩn, lên đến 400 đô la cho các vật liệu đặc biệt, chẳng hạn như nhựa đúc hoặc nhựa nha khoa. Các hệ thống công nghiệp cung cấp nhiều loại vật liệu hơn so với máy in SLA để bàn, giúp nhà thiết kế kiểm soát chặt chẽ hơn các tính chất cơ học của phần in.

Vật liệu SLA (phích nước) giòn hơn vật liệu được sản xuất bằng FDM hoặc SLS (nhựa nhiệt dẻo) và vì lý do này, các bộ phận SLA thường không được sử dụng cho các nguyên mẫu chức năng sẽ thực hiện tải trọng đáng kể. Những tiến bộ trong vật liệu có thể thay đổi điều này trong tương lai gần.

Bảng sau đây tóm tắt ưu điểm và nhược điểm của các loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất:

Vật liệu	Đặc điểm
Nhựa tiêu chuẩn	Bề mặt mịn màng Tương đối giòn
Nhựa trong	Chất liệu trong suốt Yêu cầu xử lý nguội để có bề mặt chất lượng
Nhựa đúc	Được sử dụng để tạo các mẫu khuôn Ít tạo bụi tro khi đốt
Nhựa cứng hoặc bền	Đặc tính cơ học giống như nhựa ABS hoặc PP Chịu nhiệt thấp
Nhựa nhiệt độ cao	Chịu nhiệt độ cao Được sử dụng để ép phun và dụng cụ thermoforming Giá cao
Nhựa nha khoa	Tương thích sinh học Chống mài mòn cao Giá cao
Nhựa cao su	Chất liệu cao su Độ chính xác chiều thấp hơn

5/ Xử lý sau khi in 3D

Các chi tiết in 3D SLA có thể được hoàn thiện với tiêu chuẩn rất cao bằng các phương pháp xử lý sau khác nhau, chẳng hạn như chà nhám và đánh bóng, phun sơn và hoàn thiện bề mặt bằng dầu khoáng. Một bài viết rộng rãi về xử lý sau in SLA có thể được tìm thấy ở đây .

Vỏ nhựa điện tử trong suốt với một loạt các bề mặt được xử lý nguội. Từ trái sang phải: loại bỏ support cơ bản, chà nhám ướt, acrylic bảo vệ UV và đánh bóng

6/ Lợi ích và hạn chế của SLA

Những ưu điểm và nhược điểm chính của công nghệ in 3D SLA bao gồm:

• SLA có thể sản xuất các bộ phận với độ chính xác kích thước rất cao và với các chi tiết phức tạp.
• Các bộ phận SLA có bề mặt rất mịn, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các nguyên mẫu trực quan.
• Vật liệu SLA đặc biệt có sẵn, chẳng hạn như nhựa rõ ràng, linh hoạt và đúc.
• Các chi tiết SLA thường giòn và không phù hợp với các nguyên mẫu chức năng.
• Các tính chất cơ học và sự xuất hiện trực quan của các bộ phận SLA sẽ suy giảm theo thời gian khi các bộ phận tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
• Các cấu trúc hỗ trợ luôn được yêu cầu và xử lý hậu kỳ là cần thiết để loại bỏ các dấu hiệu trực quan còn lại trên phần SLA.

Các đặc điểm chính của SLA được tóm tắt trong bảng dưới đây:

	Chụp ảnh lập thể (SLA)
Nguyên vật liệu	Nhựa photopolyme (nhiệt)
Độ chính xác kích thước	± 0,5% (giới hạn dưới: ± 0,10 mm) – máy tính để bàn ± 0,15% (giới hạn dưới ± 0,01 mm) – công nghiệp
Kích thước xây dựng điển hình	Lên đến 145 x 145 x 175 mm – máy tính để bàn Lên đến 1500 x 750 x 500 mm – công nghiệp
Độ dày lớp phổ biến	25 – 100 micron
Support	Luôn luôn cần thiết (cần thiết để sản xuất sản phẩm chính xác)

7/ Kinh nghiệm

• SLA phù hợp nhất để sản xuất các nguyên mẫu trực quan với bề mặt rất mịn và các chi tiết rất tốt từ một loạt các vật liệu nhiệt.
• Máy tính để bàn SLA là lý tưởng để sản xuất các bộ phận giống như khuôn nhỏ (“nhỏ hơn nắm tay”) với giá cả phải chăng.
• Máy SLA công nghiệp có thể sản xuất các chi tiết rất lớn (tới 1500 x 750 x 500 mm).

Nguồn: https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-sla-3d-printing