SLA印表机设计 3D列印零件

如何为SLA印表机设计3D列印零件

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光固化成形(SLA)是使用雷射光逐层固化光敏聚合物树脂的3D打印方法。SLA最适合生产小而平滑的零件,并具有高精度的细节。本文概述了SLA打印过程,展示使用SLA打印零件的限制和优势,并讨论了最常见的SLA



SLA进行打印
列印过程

典型的桌上形SLA机器包含UV雷射,是将光固化树脂倒入有透明底的树脂槽,UV光能精准地扫描物体的2D轮廓,并使光固化树脂逐层固化。UV光通过时将会在打印平台及水槽底部间产生一层固化薄膜,并黏贴在平台上,再将新打印出来的薄膜从底层剥离(剥离方式取决于机台作动,也许是滑动或摇动水槽),剥离后打印平台移动至一层高厚度的距离,并再次重复上述过程,直至对象完成。为了让SLA打印成功,减少打印层在剥离时的拉拔力是十分重要的。在对象拉拔时会从边缘产生高应力,这容易导致对象失败率提高和翘曲(对象层没有成功附着在打印平台上反而是黏在水槽底部所导致)

SLA打印的过程
列印方向
在定位SLA零件时,最大的问题是Z轴横截区域。打印黏着树酯槽涉及的力量与打印对象的2D横截面积成正比正因为如此,零件会在打印平台上有一定角度的打印,减少支撑并不是最主要的问题(如下图所示)。最小化沿着z轴的横截面积是定位SLA打印零件的最佳方法。

模型定向为次优化水平,具有大的z轴横截面积。在此方向,支撑被最小化,但打印失败的可能性很高。打印体积= 33.39ml,打印时间 = 2小时27分钟

模型重新定位在一个角度以减少z轴横截面积。支撑的大幅增加是合理的,让打印失败的可能性降低。打印体积= 36.95ml,打印时间 = 4小时7分钟

作为设计师,重要的是要了解为什么零件方向会影响SLA打印质量。定位零件的必要性使z轴横截面积减小常常导致需要将大量的支撑加到模型中。在一些情况下,设计可能需要许多的支撑,导致SLA中的打印不再具有成本效益,或者不利于零件外观(一旦支撑被移除),最终结果在视觉上令人不满意。限制水平零件的数量,挖空零件和减小横截面积是设计者可以采取的优化SLA设计的步骤。


各向同性

SLA打印是各向同性的,因为各层在打印时的彼此的化学键,导致在X和Y .Z方向上具有几乎相同的物理性质。无论打印零件是平行还是垂直于打印平板上,
零件的最终材料属性都不会受到明显的影响。


设计SLA打印

打印特征

SLA打印机可以生产的细节程度取决于雷射光光点的大小和树脂属性。SLA设计的一般指导原则如下:

 

特征

描述

 支撑墙 -墙壁的结构至少有两侧与墙壁互相连接,因此几乎不会产生翘曲。 这应该设计为厚度最小0.4mm

没有支撑的墙壁 - 与两面以上的其余部分相连的墙壁,极有可能产生翘曲或与打印品分离。这些墙壁必须至少有厚度0.6mm,并设计圆角底座(墙壁连接到打印品的其余部分),以减少接合部分的集中压力。

悬垂- SLA打印几乎没有什么问题,除非打印模型没有足够的内部和外部支撑结构。 不使用支撑进行打印通常会导致打印对象翘曲,但如果需要不使用支撑进行打印,则任何未支撑的突出部分的长度必须保持小于1.0mm,并且与水平面距离至少为19°

浮雕细节(包括文字) - 模型上的任何特征略微高出表面的周围。它们的高度必须至少高出打印表面0.1mm以确保细节清楚。

雕刻细节(包括文字) - 打印在模型中的任何特征。这些细节在模型的其余部分与模型的其他部分融合时,如果太小,可能会与其他模型融合,因此这些细节必须至少有0.4mm宽,至少有0.4mm厚(从模型表面到凹陷细节的距离)。

水平桥梁 - 模型上两点之间的桥梁可以成功打印,但设计者必须记住,较宽的桥梁必须比窄的桥梁更短(小于21mm)。 较宽的桥梁具有较大的z轴接触面积,这增加了剥离期间打印失败的可能性。

孔洞 - xyz轴上的直径小于0.5mm的孔洞在打印过程中可能会关闭(阖起来)

连接:
●活动零件间的间隙为0.5mm
●装配连接的间隙为0.2mm
0.1mm的间隙可以推动或贴合。

 



解析度

SLA能够实现比FDM更高的分辨率,因为它使用雷射光来固化材料。
XY方向(或水平分辨率)的SLA打印分辨率取决于雷射光点的大小,范围可以从30140微米。 这不是打印的可调整参数。 最小特征尺寸不能小于雷射光光点尺寸。
Z方向的分辨率(或垂直分辨率)从25200微米不等。 选择垂直分辨率是速度和质量之间的折衷。 对于具有少量曲线或细节的零件,在25微米的打印品与100微米的打印品之间几乎没有视觉差异。 通过比较,桌上型FDM机器通常将打印150400微米的z轴层.

破真空
SLA机器打印一个坚固,高密度的模型,但如果打印的功能零件是空心的模型就会明显减少所需材料的数量,以及打印时间。 建议打印中空对象的壁厚至少要有2mm以减少打印过程中出现故障的风险。
如果打印中空的零件,则必须增加排水孔,以防止尚未固化的树脂被困在最终的打印对象的内部。 这种未固化的树脂在空腔内产生压力不平衡,并引起所谓的『破真空』。小的故障(裂缝/孔洞)会在整个零件中蔓延,若不加以纠正,将导致完全失效或零件爆炸。 排水孔的直径至少应为3.5 mm,每个中空部分都至少要有一个孔洞。

SLA材料
下表列出了一些更常见的SLA树脂。


一系列用SLA树脂打印的产品(由Formlabs提供)

树脂种类

描述

应用

标准树脂

最常用于一般打印,并可提供高分辨率的小于25微米的高细节表面完成度。 这些树脂不提供特殊的材料特性,并且通常比标准FDM材料更脆。

对于不具功能的高细节原型或模型是理想的。

工程树脂

SLA树脂制造商最近通过仿真普通工程的塑料,提供类似A或类聚丙烯的弹性和耐高温树脂,进入工程领域。 这些树脂在不牺牲打印质量的情况下提供卓越的工程性能,但成本较高。

可应用于强韧,弹性和耐高温。

牙科树脂

对于一般的牙齿矫正,通常使用通用树脂或浇铸树脂。 最近一年发布的1类和2类生物兼容性树脂现在也能够使用SLA技术来建立手术导览。 这些树脂高度精准,足够耐用,在手术前通过高压灭菌。

牙科应用

铸造树脂

这些树脂专门做细节和精美的功能打印,并设计能够直接投入铸造。 这种树脂可以做出非常小的细节,最小特征尺寸为0.2MM 当正确固化时,树脂几乎没有灰烬或残余物燃烧。

珠宝、精细模型和投入铸造应用

 


 

 


在SLA打印零件上可以达成一系列的表面处理。 所需的表面光滑度通常会受成本和应用的影响。 有关最常见的SLA表面光滑度的详细指南,请参阅本文。

限制

打印量
SLA打印机的打印量通常比大多数FDM打印机少,除了工业级机器。
Formlabs Form 2(普通桌上型SLA打印机)的体积为145mm×145mm×175mm,ultimaker 2+(普通FDM,桌上型打印机)的尺寸为223mm×223mm×205mm
当SLA打印几何图形超出打印机体积时,可以将它打印成较小的零件,然后再进行组装。将SLA打印的零件黏合在一起的最佳方法是使用5-30分钟的环氧树脂。


成本VS FDM

与用在 FDM打印的线材相比,SLA树脂的体积成本更高。由于这种SLA打印通常更昂贵,但SLA能够打印出错综复杂的细节的能力代表与许多工业级3D打印技术相比,这是一个有竞争力的选择。一公斤标准SLA树脂通
常成本约为150美元,而用于FDM1KG的ABS 线材将花费大约25美元。


材料特性

SLA零件通常不适合生产负重的功能零件。SLA树脂的性质意味着零件很易脆,不像其他3D打印材料那样长时间稳定,并且会经历一些改变。大多数SLA打印零件需要在UV后固化机。后固化可以使零件达到较高的强度并且变得更加稳定。

经验法则

SLA非常适用于要求表面光滑度(跟射出成型相似)和高精度的小零件。支撑结构对于成功打印精准的SLA零件十分重要。如果在表面上需要良好的表面处理,则零件应定位,使该表面不
与支撑材料(通常朝上)接触。SLA零件通常具有不好的机械性能,并且最适合用于非功能原型,外壳和可视模型。
设计SLA的特征:

     特征

 

 

            设计规范

支撑的墙壁

厚度至少0.4mm

不支撑的墙壁

厚度至少0.6mm

悬垂

小于1.0mm,距离水平面长度至少为19°

浮雕细节

至少0.1mm的高度

雕刻细节

宽度至少0.4mm,厚度至少0.4mm

连接

0.2mm的组合链接和0.1mm链接配合

孔洞

最小直径为0.5mm

 

原文来源:3dhub