Stereolitografie se řadí mezi nejstarší metody 3D tisku, a to díky Chucku Hullovi, který ji poprvé představil v roce 1986. Jedná se o jednu z nejdetailnějších a nejrychlejších metod, při které je celá vrstva tištěna najednou. Promítaný obraz vytvrdí pryskyřici (resin) během stejného časového intervalu, bez ohledu na počet tištěných dílů.
V počátcích byla stereolitografie pro běžné uživatele nedostupná. Drahé 3D tiskárny a materiál byly hlavními překážkami, přičemž materiál byl navíc křehký a náchylný k rychlému stárnutí, co ho předurčovalo pouze pro prototypování.
V nedávné době se však tyto překážky začaly odstraňovat. Díky levným LCD konstrukcím se stereolitografické tiskárny rozšířily i mezi širší veřejností. Přesto zůstává příprava 3D tiskových dat někdy problematická. Nicméně pokud je díl správně naorientován, výsledek stojí za to.
Ovšem klíčovou otázkou zůstává: Je možné pomocí stereolitografie produkovat funkční plastové díly? Tento článek Vám odkryje část problematiky při výběru vhodného materiálu a snad malinko osvětlí jejich nemalý potenciál pro naši budoucnost.
Současný vývoj fotopolymerů
Díky moderní organické chemii se materiály pro stereolitografii v posledních letech výrazně zdokonalily. Prvotní materiály byly křehké, poslední generace jsou však výrazně odolnější a zcela nahrazují termoplasty.
První generace, kterou jsme začali používat v roce 2014, byla založena na monomerech z fosilních zdrojů. Tyto monomery byly toxické a rizikové jak ve své nevytvrzené formě, tak i po vytvrzení. Lepkavý povrch a alergické reakce byly častými problémy. Proto doporučujeme si vždy prohlédnout sekci Hazard statements a věnovat pozornost bezpečnostním piktogramům v dokumentu nazvaném MSDS - česky bezpečnostní list. Mnoho výrobců vyrábí tyto toxické materiály dodnes, ačkoli jsou si dobře vědomi jejich nedostatků. Tyto materiály jsou často levné a snadno dostupné na trhu. Jejich tekutá konzistence umožňuje snadný tisk, ale bohužel mají významné nedostatky. Jsou křehké a deformují se poměrně rychle, co omezuje jejich využití na prototypování.
Druhá generace materiálů, založená na obnovitelných zdrojích, se objevila v roce 2018. Tyto materiály, složené z větších "součástek" (oligomerů), jsou hustší, a aby byli tisknutelné, vyžadují topení. Jejich výrazně delší odolnost a UV stálost umožnily jejich využití i v sériové výrobě. Jejich odolnost je srovnatelná s plexisklem; i při pádu ze dvou metrů se nerozbijí. Dosáhlo se vývoje materiálů, které připomínají vlastnosti ABS, PP a první generace pružných pryží.
V roce 2021 byla schválena řada patentů, co vedlo k vývoji třetí generace "monomer free" materiálů. Tyto materiály, založené na oligomerech a makromerech jsou přírodní, vysoce biokompatibilní a vykazují vysokou odolnost. Tisk s těmito materiály na 3D tiskárnách nižší třídy může být náročný, ale s trochou úsilí proveditelný. V profesionálním prostředí poskytuje spolehlivější výsledky vyšší třída tiskáren DLP, vybavená topením a senzory, které sledují tloušťku každé vrstvy. Tyto materiály jsou mimořádně odolné a snesou pád i z více než čtyř metrů. Výsledkem jsou mechanicky odolné materiály podobné POM, Nylonu, PA12, PEEK a funkční oděruodolné pryže.
cena vs. generace
Využití v průmyslu a otázka odolnosti
Zatímco většina SLA materiálů rychle degraduje a mění své vlastnosti, nejkvalitnější materiály si udržují své mechanické vlastnosti i po dobu 5 a více let. Existují materiály s různými vlastnostmi, včetně houževnatých, rigidních, super tvrdých, flexibilních pryžových, průhledných, vysoce teplotně odolných a kompozitů. Novodobé materiály se často podobají konvenčním plastům jako je ABS, PP, POM, Nylon, PA12, PEEK a lze u nich dosáhnout odolnosti obdobné termoplastům.
rozbytnost - rázová houževnatost vs. generace
Některé materiály obsahují příměsi jako keramika, minerální nebo uhlíková vlákna, nebo grafén. Existují také speciální řady, jako jsou samozhášivé (UL94 V0), elektrovodivé nebo ESD materiály a to co hotové materiály nenabízí, lze namíchat na míru.
Velkým tématem je také postprocessing, který má zásadní vliv na mechanickou odolnost dílů. Správné čištění je klíčové pro zajištění houževnatosti a nerozbitnosti materiálů. Je nezbytné dodržovat doporučené postupy uvedené v produktovém listu nebo v dokumentu IFU (instrukce pro použití), kde výrobci popisují vhodné metody čištění a vytvrzování tištěných dílů. Například pouhým odvětráním na jednu hodinu po čištění lze zvýšit odolnost až o 30%.
Odolnost ovlivňuje i samotný design součástky. Stereolitografie typu DLP a LCD tiskne vnitřní úhly tak ostré, jak jsou definovány v návrhu. Tyto ostré úhly mohou být slabým místem, a je proto vhodné je zaoblit, aby nedocházelo k jejich praskání.
Tato problematika je rozsáhlá a nelze ji kompletně pokrýt v rámci tohoto článku. Rádi se s vámi proto podělíme o další zkušenosti a poznatky v dalších publikacích.
Co hledat v materiálovém listu
U většiny materiálů by jste po materiálovém listu pátraly zbytečně. Nicméně některé značky materiálů si uvědomují, že vstup do průmyslové výroby vyžaduje určité garance. Proto nabízejí materiály s propracovaným materiálovým listem. Ten obsahuje nejen základní mechanické vlastnosti, ale také důležité informace o účelu použití, odolnosti, pracovní teplotě, nasákavosti, biokompatibilitě a elektrotechnických vlastnostech.
Jedním z nejdůležitějších faktorů pro uživatele je změna mechanických vlastností v průběhu času. Některé materiálové listy proto uvádějí testy stárnutí vlivem tepla, počasí (slunce, teplotní výkyvy a vlhkost) a chování materiálu v chemickém prostředí.
Otevřený přístup k materiálům
Mnozí výrobci 3D tiskáren si uvědomili, že je lepší se plně zaměřit na zdokonalování svých zařízení než se pokoušet být i výrobci materiálů. Proto otevřeli své systémy a umožnili svým zákazníkům využívat výhody průmyslových materiálů jiných značek.
Společnost BASF nabízí materiály se střední odolností, které jsou snadno tisknutelné i na LCD tiskárnách nižší třídy a dosahují dobrého rozlišení. Jsou sice levné, avšak mají vyšší toxicitu.
Značka Loctite vyrábí bezpečnější materiály, které jsou sice dražší, ale výsledek vždy stojí za to. Tyto materiály jsou lépe tisknutelné při vyšší teplotě a větším světelném výkonu, které mají zejména DLP tiskárny. S trochou úsilí však fungují i na LCD tiskárnách nižší třídy.
Materiály značky Evonik jsou velmi dobře tisknutelné na všech typech tiskáren, jsou vysoce odolné a vyžadují dodatečné tepelné vytvrzení.
Značka Liqcreate nabízí dražší, ale ekologické materiály střední odolností, které lze tisknout i na LCD tiskárnách nižší třídy.
Core Alpha je nejodolnějším materiálem, vyžaduje však náročný proces 3D tisku a speciální zařízení pro vytvrzení v teple ve vakuu. Tento materiál není pro výrobu lehce použitelný.
Závěr
Materiály pro stereolitografii procházejí v posledních letech obdobím renesance a nabízejí řadu výhod. Oproti jiným technologiím disponují mnohem rozmanitějším portfoliem materiálů, které jsou detailně popsány a umožňují individuální přizpůsobení našim potřebám.
I přesto, že jsou tyto materiály dražší, technologie je kompaktní, má nízkou energetickou náročnost a je vysoce produktivní. Investice do spolehlivé a výkonné 3D tiskárny vyšší třídy nepřesahují částku milionu korun. Tyto tiskárny mají životnost přibližně dekádu a vyžadují minimální servis. Dochází k postupné automatizaci, zjednodušení povrchových úprav vytištěných dílů a optimalizaci dílů nejen odlehčením.
V mnoha případech je tedy rozumné zvážit nebo si začít osvojovat nahrazení konvenčních výrobních metod touto technologií. Při zavádění do praxe je důležité spolupracovat s prodejcem, který má zkušenosti s výrobou a dokáže vás vést touto problematikou bez časových a finančních ztrát.
Chcete zhmotnit svůj nápad? Kontaktujte nás a získejte profesionální poradenství v oblasti SLA 3D tisku. Navrhneme nejvhodnější materiál, postaráme se o kompletní výrobu vašeho produktu nebo vám dodáme a pomůžeme integrovat výrobní postup včetně technologie.
Zjistěte více o našich službách 3D tisku, prozkoumejte nabízené poradenství nebo si rovnou domluvte schůzku.