Stereolitografia sa radí medzi najstaršie metódy 3D tlače, a to vďaka Chuckovi Hullovi, ktorý ju prvýkrát predstavil v roku 1986. Jedná sa o jednu z najdetailnejších a najrýchlejších metód, pri ktorej je celá vrstva tlačená naraz. Premietaný obraz vytvrdí živicu (resin) počas rovnakého časového intervalu, bez ohľadu na počet tlačených dielov.
V počiatkoch bola stereolitografia pre bežných užívateľov nedostupná. Drahé 3D tlačiarne a materiál boli hlavnými prekážkami, pričom materiál bol navyše krehký a náchylný na rýchle starnutie, čo ho predurčovalo iba pre prototypovanie.
Nedávno sa však tieto prekážky začali odstraňovať. Vďaka lacným LCD konštrukciám sa stereolitografické tlačiarne rozšírili aj medzi širšiu verejnosť. Napriek tomu zostáva príprava 3D tlačových dát niekedy problematická. Ak je však diel správne naorientovaný, výsledok stojí za to.
Ale kľúčovou otázkou zostáva: Je možné pomocou stereolitografie produkovať funkčné plastové diely? Tento článok Vám odkryje časť problematiky pri výbere vhodného materiálu a snáď málinko osvetlí ich nemalý potenciál pre našu budúcnosť.
Súčasný vývoj fotopolymérov
Vďaka modernej organickej chémii sa materiály pre stereolitografiu v posledných rokoch výrazne zdokonalili. Prvotné materiály boli krehké, posledné generácie sú však výrazne odolnejšie a úplne nahrádzajú termoplasty.
Prvá generácia, ktorú sme začali používať v roku 2014, bola založená na monoméroch z fosílnych zdrojov. Tieto monoméry boli toxické a rizikové ako vo svojej nevytvrdenej forme, tak aj po vytvrdnutí. Lepkavý povrch a alergické reakcie boli častými problémami. Preto odporúčame si vždy prezrieť sekciu Hazard statements a venovať pozornosť bezpečnostným piktogramom v dokumente nazvanom MSDS - slovensky bezpečnostný list. Mnoho výrobcov vyrába tieto toxické materiály dodnes, hoci sú si dobre vedomí ich nedostatkov. Tieto materiály sú často lacné a ľahko dostupné na trhu. Ich tekutá konzistencia umožňuje jednoduchú tlač, ale bohužiaľ majú významné nedostatky. Sú krehké a deformujú sa pomerne rýchlo, čo obmedzuje ich využitie na prototypovanie.
Druhá generácia materiálov, založená na obnoviteľných zdrojoch, sa objavila v roku 2018. Tieto materiály, zložené z väčších "súčiastok" (oligomérov), sú hustejšie, a aby boli tlačiteľné, vyžadujú kúrenie. Ich výrazne dlhšia odolnosť a UV stálosť umožnili ich využitie aj v sériovej výrobe. Ich odolnosť je porovnateľná s plexisklom; aj pri páde z dvoch metrov sa nerozbijú. Dosiahlo sa vývoja materiálov, ktoré pripomínajú vlastnosti ABS, PP a prvej generácie pružných gúm.
V roku 2021 bol schválený rad patentov, čo viedlo k vývoju tretej generácie "monomer free" materiálov. Tieto materiály, založené na oligomeroch a makromeroch sú prírodné, vysoko biokompatibilné a vykazujú vysokú odolnosť. Tlač s týmito materiálmi na 3D tlačiarňach nižšej triedy môže byť náročná, ale s trochou úsilia uskutočniteľná. V profesionálnom prostredí poskytuje spoľahlivejšie výsledky vyššia trieda tlačiarní DLP, vybavená kúrením a senzormi, ktoré sledujú hrúbku každej vrstvy. Tieto materiály sú mimoriadne odolné a znesú pád aj z viac ako štyroch metrov. Výsledkom sú mechanicky odolné materiály podobné POM, Nylonu, PA12, PEEK a funkčne oderuodolnej gume.
cena vs. generácia
Využitie v priemysle a otázka odolnosti
Zatiaľ čo väčšina SLA materiálov rýchlo degraduje a mení svoje vlastnosti, najkvalitnejšie materiály si udržujú svoje mechanické vlastnosti aj po dobu 5 a viac rokov. Existujú materiály s rôznymi vlastnosťami, vrátane húževnatých, rigidných, super tvrdých, flexibilných gumových, priehľadných, vysoko teplotne odolných a kompozitov. Novodobé materiály sa často podobajú konvenčným plastom ako je ABS, PP, POM, Nylon, PA12, PEEK a je možné u nich dosiahnuť odolnosť obdobnú termoplastom.
rozbitnosť - rázová húževnatosť vs. generácia
Niektoré materiály obsahujú prímesi ako keramika, minerálne alebo uhlíkové vlákna, alebo grafén. Existujú tiež špeciálne rady, ako sú samozhášavé (UL94 V0), elektrovodivé alebo ESD materiály, a to, čo hotové materiály neponúkajú, je možné namiešať na mieru.
Veľkou témou je aj postprocessing, ktorý má zásadný vplyv na mechanickú odolnosť dielov. Správne čistenie je kľúčové pre zaistenie húževnatosti a nerozbitnosti materiálov. Je nevyhnutné dodržiavať odporúčané postupy uvedené v produktovom liste alebo v dokumente IFU (inštrukcie na použitie), kde výrobcovia popisujú vhodné metódy čistenia a vytvrdzovania tlačených dielov. Napríklad iba odvetraním na jednu hodinu po čistení je možné zvýšiť odolnosť až o 30%.
Odolnosť ovplyvňuje aj samotný dizajn súčiastky. Stereolitografia typu DLP a LCD tlačí vnútorné uhly tak ostré, ako sú definované v návrhu. Tieto ostré uhly môžu byť slabým miestom, a je preto vhodné ich zaobliť, aby nedochádzalo k ich praskaniu.
Táto problematika je rozsiahla a nemožno ju kompletne pokryť v rámci tohto článku. Radi sa s vami preto podelíme o ďalšie skúsenosti a poznatky v ďalších publikáciách.
Čo hľadať v materiálovom liste
Pri väčšine materiálov by ste po materiálovom liste pátrali zbytočne. Niektoré značky materiálov si však uvedomujú, že vstup do priemyselnej výroby vyžaduje určité garancie. Preto ponúkajú materiály s prepracovaným materiálovým listom. Ten obsahuje nielen základné mechanické vlastnosti, ale aj dôležité informácie o účele použitia, odolnosti, pracovnej teplote, nasiakavosti, biokompatibilite a elektrotechnických vlastnostiach.
Jedným z najdôležitejších faktorov pre užívateľov je zmena mechanických vlastností v priebehu času. Niektoré materiálové listy preto uvádzajú testy starnutia vplyvom tepla, počasia (slnka, teplotné výkyvy a vlhkosť) a správania materiálu v chemickom prostredí.
Otvorený prístup k materiálom
Mnohí výrobcovia 3D tlačiarní si uvedomili, že je lepšie sa plne zamerať na zdokonaľovanie svojich zariadení ako sa pokúšať byť aj výrobcami materiálov. Preto otvorili svoje systémy a umožnili svojim zákazníkom využívať výhody priemyselných materiálov iných značiek.
Spoločnosť BASF ponúka materiály so strednou odolnosťou, ktoré sú ľahko tlačiteľné aj na LCD tlačiarňach nižšej triedy a dosahujú dobré rozlíšenie. Sú síce lacné, avšak majú vyššiu toxicitu.
Značka Loctite vyrába bezpečnejšie materiály, ktoré sú síce drahšie, ale výsledok vždy stojí za to. Tieto materiály sú lepšie tlačiteľné pri vyššej teplote a väčšom svetelnom výkone, ktoré majú najmä DLP tlačiarne. S trochou úsilia však fungujú aj na LCD tlačiarňach nižšej triedy.
Materiály značky Evonik sú veľmi dobre tlačiteľné na všetkých typoch tlačiarní, sú vysoko odolné a vyžadujú dodatočné tepelné vytvrdnutie.
Značka Liqcreate ponúka drahšie, ale ekologické materiály strednej odolnosti, ktoré je možné tlačiť aj na LCD tlačiarňach nižšej triedy.
Core Alpha je najodolnejším materiálom, vyžaduje však náročný proces 3D tlače a špeciálne zariadenie na vytvrdenie v teple vo vákuu. Tento materiál nie je na výrobu ľahko použiteľný.
Záver
Materiály pre stereolitografiu prechádzajú v posledných rokoch obdobím renesancie a ponúkajú množstvo výhod. Oproti iným technológiám disponujú oveľa rozmanitejším portfóliom materiálov, ktoré sú detailne popísané a umožňujú individuálne prispôsobenie našim potrebám.
Aj napriek tomu, že sú tieto materiály drahšie, technológia je kompaktná, má nízku energetickú náročnosť a je vysoko produktívna. Investície do spoľahlivej a výkonnej 3D tlačiarne vyššej triedy nepresahujú čiastku milióna korún. Tieto tlačiarne majú životnosť približne dekádu a vyžadujú minimálny servis. Dochádza k postupnej automatizácii, zjednodušeniu povrchových úprav vytlačených dielov a optimalizácii dielov nielen odľahčením.
V mnohých prípadoch je teda rozumné zvážiť alebo si začať osvojovať nahradenie konvenčných výrobných metód touto technológiou. Pri zavádzaní do praxe je dôležité spolupracovať s predajcom, ktorý má skúsenosti s výrobou a dokáže vás viesť touto problematikou bez časových a finančných strát.
Chcete zhmotniť svoj nápad? Kontaktujte nás a získajte profesionálne poradenstvo v oblasti SLA 3D tlače. Navrhneme najvhodnejší materiál, postaráme sa o kompletnú výrobu vášho produktu alebo vám dodáme a pomôžeme integrovať výrobný postup vrátane technológie.
Zistite viac o našich službách 3D tlače, preskúmajte ponúkané poradenstvo alebo si rovno dohodnite schôdzku.