Все опоры
Руководства

Полное руководство по стереолитографической (SLA) 3D-печати

Стереолитографическая (SLA) 3D-печать приобретает огромную популярность благодаря способности производить высокоточные, изотропные и водонепроницаемые прототипы и модели с мелкими деталями и гладкой поверхностью из различных современных материалов. 

В этом исчерпывающем руководстве объясняется, как работают технологии SLA-печати, почему сегодня их используют тысячи специалистов, и чем данная технология 3D-печати может быть полезна в вашей работе.


Технический доклад

Знакомство с настольной 3D-печатью методом стереолитографии (SLA)

Скачайте наш технический доклад, чтобы узнать, как работают технологии SLA-печати, почему сегодня их используют тысячи специалистов, и чем эта технология 3D-печати может быть полезна в вашей работе.


Введение

Развитие технологии 3D-печати продолжает влиять на подход компаний к созданию прототипов и производству. Эта технология становится более доступной, а оборудование и материалы развиваются в соответствии с возможностями и требованиями рынка. Поэтому сегодня проектировщики, инженеры и другие специалисты интегрируют 3D-печать в рабочие процессы на всех этапах разработки.

3D-печать помогает профессионалам из различных отраслей промышленности сократить затраты на привлечение специалистов, ускорить итерацию, оптимизировать производственные процессы и даже открыть для себя совершенно новые бизнес-модели.

Технология стереолитографической 3D-печати претерпела значительные изменения. Раньше 3D-принтеры, печатающие модели из полимерной смолы, были монолитными и затратными, а их эксплуатация требовала привлечения квалифицированных технических специалистов и заключения дорогостоящих договоров на обслуживание. Современные малогабаритные настольные принтеры отличаются высокой гибкостью и производят продукцию промышленного качества с значительно меньшей себестоимостью.

Что такое стереолитографическая 3D-печать?

Стереолитография — это один из видов аддитивного производства. Она также известна как фотополимеризация в ванне или 3D-печать с использованием полимерной смолы. Приборы, в которых используются такая технология, имеют общий принцип работы: под воздействием источника света (лазера или проектора) жидкий полимер превращается в твердую пластмассу. Основные различия заключаются в расположении основных компонентов, таких как источник света, рабочая платформа и резервуар для полимеров.

Посмотрите, как выполняется стереолитографическая 3D-печать.

В стереолитографических 3D-принтерах используются светочувствительные отверждаемые материалы, называемые «полимерами». Когда стереолитографические полимеры подвергаются воздействию световых волн определенной длины, короткие молекулярные цепочки соединяются, в результате чего мономеры и олигомеры полимеризуются, образуя жесткие или гибкие модели.

Графическое представление основных механизмов стереолитографической 3D-печати.

Модели, напечатанные на принтерах SLA, имеют самое высокое разрешение и точность, самую четкую детализацию и самую гладкую поверхность по сравнению с другими технологиями 3D-печати, но главное преимущество этого метода заключается в его универсальности.

Производители материалов разработали инновационные формулы для стереолитографических полимеров с широким спектром оптических, механических и термических свойств, аналогичных свойствам стандартных, инженерных и промышленных термопластических смол.

Сравнение стереолитографической 3D-печати с двумя другими распространенными технологиями производства пластмассовых моделей: моделирование методом наплавления (FDM) и селективное лазерное спекание (SLS).


Образец

Запросить бесплатный образец печати

Оцените качество стереолитографической 3D-печати на собственном опыте. Мы отправим бесплатный образец напечатанной модели прямо в ваш офис.


Рабочий процесс стереолитографической 3D-печати

Узнайте, как перейти от проектирования к 3D-печати на стереолитографическом принтере Form 3. Посмотрите этот 5-минутный видеоролик, чтобы ознакомиться с основными принципами работы с принтером Form 3: от программного обеспечения и материалов до процессов печати и пост-обработки.

1. Проектирование

 

Используйте любое программное обеспечение САПР или данные 3D-сканирования, чтобы спроектировать модель, и экспортируйте ее в формат файла 3D-печати (STL или OBJ). Все принтеры на основе технологии SLA работают с программным обеспечением, позволяющим задать параметры печати и разделить цифровую модель на слои. После завершения настроек программное обеспечение для подготовки моделей отправляет инструкции на принтер через беспроводное или кабельное соединение.

Более опытные пользователи могут проектировать непосредственно для технологии SLA или, например, печатать модели с пустотами для экономии материалов.

 

2. Печать

 

После быстрой проверки настроек начинается процесс печати. Принтер может работать без присмотра, пока печать не будет завершена. В принтерах с системой картриджей материал пополняется автоматически.

Онлайн-панель Dashboard от компании Formlabs позволяет дистанционно управлять принтерами, полимерами и доступом сотрудников.

 

 

3. Пост-обработка

 

После завершения печати, модели необходимо промыть изопропиловым спиртом, чтобы удалить с их поверхности остатки полимера. После того, как промытые модели высохли, для некоторых материалов требуется финальная полимеризация — процесс, который обеспечивает максимально возможную прочность и стабильность деталей. Наконец, снимите с моделей поддерживающие структуры и отшлифуйте оставшиеся следы опор для получения чистой отделки. Модели, произведенные с помощью технологии SLA, можно обрабатывать на станке, грунтовать, окрашивать или собирать в зависимости от цели применения.

Финальная полимеризация особенно важна для функциональных полимерных смол, которые используются в инженерных целях и применяются в стоматологии и ювелирном деле.

 

Краткая история стереолитографии

Процесс 3D-печати на основе технологии SLA появился в начале 1970-х годов, когда японский исследователь доктор Хидео Кодама изобрел современный многослойный подход к стереолитографии, в котором для отверждения светочувствительных полимеров используется ультрафиолетовое излучение. Термин «стереолитография» был придуман Чарльзом (Чаком) У. Халлом, который запатентовал эту технологию в 1986 году и основал компанию 3D Systems, чтобы организовать ее серийное производство. Халл описал этот метод как создание 3D-объектов с помощью последовательной «печати» тонких слоев материала, который становится твердым под воздействием ультрафиолетового излучения.

Но стереолитография не была первой технологией 3D-печати, получившей широкую популярность. В конце 2000-х годов начал истекать срок действия патентов, и появление малогабаритных настольных 3D-принтеров сделало аддитивное производство более доступным. Кроме того, технология моделирования методом наплавления (FDM) впервые стала использоваться в настольных принтерах.

В то время, как эта доступная технология, основанная на экструзии, вызвала первую волну интереса к 3D-печати и ее широкого внедрения, FDM-системы не удовлетворяли профессиональные потребности. Для профессионального применения очень важны воспроизводимые и точные результаты, в стоматологии можно использовать только биосовместимые материалы, а в ювелирном деле и микрогидродинамике важную роль играют размеры деталей.

Прототипы Form 1, первого настольного стереолитографического 3D-принтера.

Настольные стереолитографические принтеры взбудоражили рынок

Вскоре после появления настольных принтеров на основе технологии FDM, компания Formlabs адаптировала для такого формата и стереолитографию. Это произошло в 2011 году. Компактные настольные SLA-принтеры позволили печатать 3D-модели в высоком разрешении, которое раньше было доступно только в монолитных промышленных системах. К тому же, это новое решение было гораздо доступнее и позволяло работать с широким спектром расходных материалов. Эти возможности расширили доступ к 3D-печати для создания различных специфических и высокоточных моделей в таких дисциплинах, как инженерное дело, проектирование и производство, а также стоматология, ювелирное дело и другие отрасли промышленности.

В 2015 году компания Formlabs выпустила 3D-принтер на основе технологии SLA нового поколения под названием Form 2. Он стал ведущим в отрасли настольным 3D-принтером, способным печатать самые разнообразные модели — от изготовляемого под заказа протеза по доступной цене до линии ручек для бритвенных станков.

Принтер Form 2 установил новые стандарты стереолитографической 3D-печати, популяризировав модель «распределенного» производства, при которой компании могут постепенно масштабировать выпуск продукции, добавляя новые компактные принтеры по мере роста спроса. При этом на каждом принтере можно печатать модели из разных материалов. Со временем развитие материалов только увеличило популярность этой модели, так как новые полимеры можно было применять не только в создании прототипов, но также и в производстве и создании готовых деталей для различных отраслей промышленности.

В 2019 году компания Formlabs сделала еще один шаг к трансформации отрасли, выпустив Form 3 и Form 3L — два новых принтера, задающих новые стандарты для стереолитографических систем, в которых используются новые процессы печати.

В принтерах Form 3 и Form 3L применяется технология стереолитографии низкой силы отрыва (Low Force Stereolithography, LFS). Это новый шаг в технологии SLA, предполагающий использование гибкого резервуара и линейного освещения для превращения жидкого полимера в безупречную модель.

Новое слово в технологии SLA: 3D-печать на основе стереолитографии низкой силы отрыва

 

Технология стереолитографии низкой силы отрыва (LFS) — это новый этап в развитии стереолитографической 3D-печати. Она отвечает современным требованиям к масштабированию, надежности и промышленному качеству 3D-печати.

Эта усовершенствованная форма 3D-печати SLA значительно снижает усилия, прилагаемые к деталям во время процесса печати, используя гибкий резервуар и линейное освещение для обеспечения невероятного качества поверхности и точности печати. Более низкое усилие печати позволяет создавать легкие опорные конструкции, которые легко отделять, а сам метод открывает широкие возможности для дальнейшего развития прогрессивных материалов, готовых к производству.

Инвертированная стереолитографическая печать предполагает воздействие отслаивающих усилий на модель при отделении от поверхности резервуара, из-за чего объем печати ограничен, и требуются прочные опорные конструкции. Принтер Formlabs Form 2 тщательно откалиброван с учетом отслаивающих сил и позволяет изготавливать высококачественные детали. Узнайте больше о различиях между принтерами Form 2 и Form 3, в котором используется технология LFS.

3D-печать на основе технологии LFS значительно снижает усилия, прилагаемые к деталям во время процесса печати, используя гибкий резервуар и линейное освещение для обеспечения невероятного качества поверхности и точности печати. Узнайте больше о стереолитографии низкой силы отрыва в этом подробном видеоролике.


Вебинар: Знакомство с Form 3

Посмотрите нашу пошаговую презентацию 3D-печати с демонстрацией работы  Form 3 и технологии LFS от специалиста компании Formlabs.


Почему стоит остановить свой выбор на 3D-печати методом SLA?

Инженеры, конструкторы, производители и другие специалисты выбирают стереолитографическую 3D-печать, потому что она обеспечивает отличную детализацию, гладкую поверхность, высочайшую точность моделей, а также такие качества, как изотропность, водонепроницаемость. Кроме того, она позволяет работать с различными материалами.

Изотропность

Поскольку 3D-печать создает модели слой за слоем, прочность готовых деталей может отличаться в зависимости от ориентации детали относительно процесса печати: для осей X, Y и Z будут характерны различные свойства.

 Процессы 3D-печати на основе экструзии, например моделирование методом наплавления нити (FDM), анизотропны за счет специального подхода к созданию различных слоев в процессе изготовления. Эта анизотропия ограничивает возможности применения технологии FDM или требует внесения дополнительных изменений в конструкцию модели для ее компенсации.

 

Ознакомьтесь с нашим подробным руководством, где сравниваются 3D-принтеры на основе технологий FDM и SLA, чтобы узнать их различия с точки зрения качества печати, материалов, применения, рабочего процесса, скорости, затрат и т. д.

 Стереолитографические 3D-принтеры, напротив, позволяют изготавливать высокоизотропные модели. Достижение изотропии деталей основано на ряде факторов, которые можно строго контролировать за счет интеграции химического состава материалов с процессом печати. Во время печати компоненты полимеров образуют ковалентные связи, но при создании последующих слоев модель остается в «незрелом» состоянии частичной реакции.

В незрелом состоянии смола сохраняет полимеризуемые группы, которые могут образовывать связи между слоями, придавая модели изотропические и водонепроницаемые свойства после окончательного отверждения. На молекулярном уровне между плоскостями X, Y и Z нет различий. Это позволяет получить модели с предсказуемыми механическими характеристиками, критически важными для таких целей, как производство кондукторов и крепежных приспособлений и готовых деталей, а также функциональное прототипирование.

Модели, напечатанные с помощью технологии SLA высокоизотропичны по сравнению с деталями, полученными методом наплавления нити (FDM).

Because they are isotropic, SLA printed parts like this jig from Pankl Racing Systems can withstand the variety of directional forces they undergo during high stress manufacturing operations.

Watertightness

SLA printed objects are continuous, whether producing geometries with solid features or internal channels. This watertightness is important for engineering and manufacturing applications where air or fluid flow must be controlled and predictable. Engineers and designers use the watertightness of SLA printers to solve air and fluid flow challenges for automotive uses, biomedical research, and to validate part designs for consumer products like kitchen appliances.

OXO relies on the watertightness of SLA printing to create robust functional prototypes for products with air or fluid flow, like this coffee maker.

Accuracy and Precision

Industries from dental to manufacturing depend on SLA 3D printing to repeatedly create accurate, precise components. For a print process to produce accurate and precise parts, multiple factors must be tightly controlled.

Compared to machined accuracy, SLA 3D printing is somewhere between standard machining and fine machining. SLA has the highest tolerance of commercially available 3D printing technologies. Learn more about understanding tolerance, accuracy, and precision in 3D printing.

The combination of the heated resin tank and the closed build environment provides almost identical conditions for each print. Better accuracy is also a function of lower printing temperature compared to thermoplastic-based technologies that melt the raw material. Because stereolithography uses light instead of heat, the printing process takes place at close to room temperature, and printed parts don't suffer from thermal expansion and contraction artifacts.

An example from the dental industry comparing a scanned component with the original CAD geometry, demonstrating the ability to maintain tight tolerances across an SLA printed part.

Low Force Stereolithography (LFS) 3D printing houses the optics inside a Light Processing Unit (LPU) that moves in the X direction. One galvanometer positions the laser beam in the Y direction, then directs it along across a fold mirror and parabolic mirror to deliver a beam that is always perpendicular to the build plane, so it is always moving in a straight line to provide even greater precision and accuracy, and allows for uniformity as hardware scales up to larger sizes, like Formlabs larger format SLA printer Form 3L. The LPU also uses a spatial filter to create a crisp, clean laser spot for greater precision.

The characteristics of individual materials are also important for ensuring a reliable, repeatable print process.

Formlabs Rigid Resin has a high green modulus, or modulus before post-curing, which means it’s possible to print very thin parts with precision and a lower chance of failure.

Fine Features and Smooth Surface Finish

SLA printers are considered the gold standard for smooth surface finish, with appearances comparable to traditional manufacturing methods like machining, injection molding, and extrusion.

This surface quality is ideal for applications that require a flawless finish and also helps reduce post-processing time, since parts can easily be sanded, polished, and painted. For example, leading companies like Gillette use SLA 3D printing to create end-use consumer products, like 3D printed razor handles in their Razor Maker platform.

Leading companies like Gillette use SLA 3D printing to create end-use consumer products, like the 3D printed razor handles in their Razor Maker platform.

Z-axis layer height is commonly used to define the resolution of a 3D printer. This can be adjusted in between 25 and 300 microns on Formlabs SLA 3D printers, with a trade-off between speed and quality.

In comparison, FDM and SLS printers typically print Z-axis layers at 100 to 300 microns. However, a part printed at 100 microns on an FDM or SLS printer looks different from a part printed at 100 microns on an SLA printer. SLA prints have a smoother surface finish right out of the printer, because the outermost perimeter walls are straight, and the newly printed layer interacts with the previous layer, smoothing out the staircase effect. FDM prints tend to have clearly visible layers, whereas SLS has a grainy surface from the sintered powder.

The smallest possible detail is also much finer on SLA, given 85 micron laser spot size on the Form 3, in comparison with 350 microns on industrial SLS printers, and 250–800 micron nozzles on FDM machines.

While FDM 3D printed parts tend to have visible layer lines and might show inaccuracies around complex features, parts printed on SLA machines have sharp edges, a smooth surface finish, and minimal visible layer lines.

Material Versatility

SLA resins have the benefit of a wide range of formulation configurations: materials can be soft or hard, heavily filled with secondary materials like glass and ceramic, or imbued with mechanical properties like high heat deflection temperature or impact resistance. Material range from industry-specific, like dentures, to those that closely match final materials for prototyping, formulated to withstand extensive testing and perform under stress.

Using Ceramic Resin, you can 3D print parts with a stone-like finish and fire them to create a fully ceramic piece.

In some cases, its this combination of versatility and functionality that leads to companies to initially bring resin 3D printing in-house. After finding one application solved by a specific functional material, it’s usually not long before more possibilities are uncovered, and the printer becomes a tool for leveraging the diverse capabilities of various materials.

For example, hundreds of engineers in the Design and Prototyping Group at the University of Sheffield Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) rely on open access to a fleet of 12 SLA 3D printers and a variety of engineering materials to support highly diverse research projects with industrial partners like Boeing, Rolls-Royce, BAE Systems, and Airbus. The team used High Temp Resin to 3D print washers, brackets, and a sensor mounting system that needed to withstand the elevated, and leveraged Durable Resin to create intricate custom springy components for a pick and place robot that automates composites manufacturing.

Engineers at the AMRC use a fleet of 12 SLA 3D printers and a variety of engineering materials to print custom parts for diverse research projects, like brackets for a pick and place robot (top), and mounts for sensors in a high-temperature environment (bottom).


Interactive

Find the Right Material for Your Application

Need some help figuring out which 3D printing material you should choose? Our new interactive material wizard helps you make the right material decisions based on your application and the properties you care the most about from our growing library of resins.


SLA 3D Printing Applications

SLA 3D printing accelerates innovation and supports businesses across a wide range of industries, including engineering, manufacturing, dentistry, healthcare, education, entertainment, jewelry, audiology, and more.
 

Manufacturing

Rapid prototyping with 3D printing empowers engineers and product designers to turn ideas into realistic proofs of concept, advance these concepts to high-fidelity prototypes that look and work like final products, and guide products through a series of validation stages toward mass production.

Engineering and Product Design

Manufacturers automate production processes and streamline workflows by prototyping tooling and directly 3D printing custom tools, molds, and manufacturing aids at far lower costs and lead times than with traditional manufacturing. This reduces manufacturing costs and defects, increases quality, speeds up assembly, and maximizes labor effectiveness.

Dental

Digital dentistry reduces the risks and uncertainties introduced by human factors, providing higher consistency, accuracy, and precision at every stage of the workflow to improve patient care. 3D printers can produce a range of high-quality custom products and appliances at low unit costs with superior fit and repeatable results.

Education

3D printers are multifunctional tools for immersive learning and advanced research. They can encourage creativity and expose students to professional-level technology while supporting STEAM curricula across science, engineering, art, and design.

Healthcare

Affordable, professional-grade desktop 3D printing helps doctors deliver treatments and devices customized to better serve each unique individual, opening the door to high-impact medical applications while saving organizations significant time and costs from the lab to the operating room.

Entertainment

High definition physical models are widely used in sculpting, character modeling, and prop making. 3D printed parts have starred in stop-motion films, video games, bespoke costumes, and even special effects for blockbuster movies.

Jewelry

Jewelry professionals use CAD and 3D printing to rapidly prototype designs, fit clients, and produce large batches of ready-to-cast pieces. Digital tools allow for the creation of consistent, sharply detailed pieces without the tediousness and variability of wax carving.

Audiology

Hearing specialists and ear mold labs use digital workflows and 3D printing to manufacture higher quality custom ear products more consistently, and at higher volumes for applications like behind-the-ear hearing aids, hearing protection, and custom earplugs and earbuds.

Bringing SLA 3D Printing In-House

Many companies start using 3D printing via outsourcing to service bureaus or labs. Outsourcing production can be a great solution when teams require 3D printing only occasionally, or for one-offs that require unique material properties or applications. Service bureaus can also provide advice on various materials and offer value-added services such as design or advanced finishing.

The main downsides of outsourcing are cost and lead time. Often, outsourcing is a gateway to bringing production in-house as needs ramp up. One of the greatest benefits of 3D printing is its speed compared to traditional manufacturing methods, which quickly diminishes when an outsourced part takes multiple days or even weeks to arrive. With growing demand and production, outsourcing also rapidly becomes expensive.

Because of the rise of affordable industrial-quality 3D printing, today, more and more companies choose to bring 3D printing in-house right away, vertically integrating into existing shops or labs, or in the workspaces of engineers, designers, and others who could benefit from translating digital designs into physical parts or who are involved in small batch production.

Small format, desktop SLA 3D printers are great when you need parts quickly. Depending on the number of parts and printing volume, investment into a small format 3D printer can break even within months. Plus, with small format machines, it’s possible to pay for just as much capacity as a business needs and scale production by adding extra units as demand grows. Using multiple 3D printers also creates the flexibility to print parts in different materials simultaneously. Service bureaus can still supplement this flexible workflow for larger parts or unconventional materials.

Fast Turnaround Time and Quick Design Changes

Fast turnaround time is a huge advantage to owning a desktop 3D printer. When working with a printing bureau, lead times, communication, and shipping all create delays. With a desktop 3D printer like the Form 3, parts are in-hand within hours, allowing designers and engineers to print multiple parts in one day, helping to iterate faster and drastically reduce product development time and quickly test mechanisms and assemblies avoid costly tool changes.

Cost Savings

Owning a desktop 3D printer results in significant savings over 3D printing service bureaus and traditional machining, as these alternatives rapidly becomes expensive with growing demand and production.

For example, to fulfill tight production deadlines, a process engineer and team at Pankl Racing Systems introduced SLA 3D printing to produce custom jigs and other low-volume parts directly for their manufacturing line. While in-house SLA was initially met with skepticism, it turned out to be an ideal substitute to machining a variety of tools. In one case, it reduced lead time for jigs by 90 percent—from two to three weeks to less than a day—and decreased costs by 80-90 percent.

Cost Comparison: Custom Jig at Pankl Racing Systems

CostLead Time
In-House SLA 3D Printing$9–$285–9 hours
CNC Machining$45–$3402–3 weeks
Outsourced 3D Printing $51–$1371–3 weeks

 

Pankl Racing Systems significantly reduced lead times and costs by 3D printing custom jigs in-house.

Scale as You Grow

With small format machines, it’s possible to pay for just as much capacity as a business needs and scale production by adding extra units as demand grows. Using multiple 3D printers also creates the flexibility to print parts in different materials simultaneously.

The Design and Prototyping Group at the University of Sheffield Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) runs an open-access additive manufacturing station with a fleet of 12 Form 2 stereolithography (SLA) 3D printers for hundreds of engineers working on diverse projects across the site.

Get Started With SLA 3D Printing

Formlabs offers two high precision SLA 3D printing systems, a growing library of specialized materials, intuitive print preparation and management software, and professional services—all in one package.

To continue exploring SLA 3D printing, start with feeling the quality of SLA for yourself: Request a free sample 3D printed part in your choice of material to be mailed straight to your door.