Кои материјали можат да ги користат индустриските SLA 3D печатачи?

Кога ќе ги погледнете материјалите со кои може да работи индустрискиот SLA 3D печатач , ќе видите комплексна група фотополимерни смоли кои се направени за да ги исполнат строгите стандарди за производство. Овие системи за индустриска стереолитографија (SLA) користат UV ласерска фотополимеризација за селективно стврднување на течните смоли во цврсти делови со висока димензионална точност и одлична завршна обработка на површината. Достапните материјали вклучуваат стандардни смоли за прототипирање, посилни формулации за функционални делови, флексибилни материјали, пластика отпорна на топлина, проѕирни опции и леани смоли за инвестициско леење. Секоја е дизајнирана за специфична индустриска употреба која бара прецизни мерења до микронско ниво и конзистентни механички својства.

Разбирање на индустриските SLA материјали за 3D печатење

Индустриската SLA технологија користи фотополимеризација базирана на ласер за да изработи многу детални делови, еден слој одеднаш. Различна е од десктоп SLA печатачите бидејќи може да изработува повеќе делови, користи ласерски системи од индустриски квалитет и го одржува квалитетот на излезот ист во текот на илјадници производствени циклуси. Главната разлика не е само големината на машината, туку и калибрираната точност на системите за скенирање со галванометар, контролата на температурата во затворена јамка и сложеноста на материјалите што се користат во индустрискиот SLA 3D печатач.

При избор на материјал, важно е да се земат предвид неговите оптички својства, кои се важни за тоа колку добро се стврднува, како и неговата механичка цврстина, термичка отпорност и квалитет на површината, кои се потребни за да се задоволат специфичните функционални потреби. Како смолата реагира на ласерската енергија зависи од количината на фотоиницијатор, реактивните разредувачи и структурата на олигомерниот ‘рбет. Ако смолата има висока оптичка апсорпција или расејување, пенетрацијата на ласерската енергија е намалена, што може да бара зголемена експозиција или помали брзини на скенирање, што го забавува процесот. Ако вискозитетот е погрешен, слоевите нема да се залепат на високите вертикални карактеристики.

Со разбирање на овие основни прашања, професионалците ќе можат да ги усогласат материјалите со целите за перформанси што се специфични за секоја апликација. Длабочината на стврднување, која е позната и како длабочина на пенетрација, треба да одговара на поставките за дебелина на слојот. Во индустриски услови, дебелината на слојот обично се поставува помеѓу 25 и 150 микрони, во зависност од барањата за резолуција и конфигурацијата на машината. Ако овој параметар не е правилно поставен, ќе имате или нецелосно лепење на слојот или превисоко стврднување, што ќе ги направи димензиите помалку точни. Индексот на прекршување ја менува точноста на ласерскиот фокус. Ова е особено важно при печатење на микро-решеткасти структури или внатрешни канали со многу мали детали, кои се вообичаени кај медицинските импланти и воздухопловните разменувачи на топлина.

Видови материјали што се користат во индустриско SLA 3D печатење

Индустриското SLA печатење може да користи широк спектар на фотополимерни смоли, секоја прилагодена за специфична индустриска примена. Од почетокот на технологијата, материјалниот екосистем многу се промени. Порано беа само основни смоли за прототипирање, но сега постојат специјализирани формулации кои ги исполнуваат строгите индустриски сертификати.

Стандардни смоли за општо прототипирање

Стандардните смоли се најчестиот вид материјал што се користи за изработка на прототипови бидејќи имаат привлечен изглед, добра резолуција на детали и ниска цена. Обично, овие смеси се сушат до светло кремаста или сива боја. Тие имаат затегнувачка цврстина помеѓу 40 и 60 MPa и издолжување при кинење од 10 до 15 проценти. Стандардните смоли ви даваат површина слична на калап за вбризгување без шестнеделно време за алати кога вашиот дизајнерски тим треба да направи брзи промени на куќиштата за потрошувачки производи или концепт модели за презентации на клиенти.

Рапавоста на површината е помала од 1 микрометар веднаш по платформата за градење. Ова значи дека деловите обично не бараат многу пост-обработка откако ќе се изработат, освен отстранување на потпората и стврднување во УВ светлина. Овој тип материјал е многу корисен рано во процесот на дизајнирање, кога треба да ги проверите чекорите за облик, вклопување и склопување пред да потрошите многу пари на материјали или алатки за производство од инженерски квалитет.

Инженерски смоли

Инженерските смоли се посилни и можат да издржат повисоки температури. Тие се користат за производство на делови што можат да издржат хемиска изложеност, механички стрес или промени во температурата. Овие напредни мешавини имаат модифицирани акрилатни или метакрилатни 'рбети и вклучуваат зајакнувачки адитиви што ја зголемуваат температурата на која се деформираат над 100°C, што ги прави отпорни на удари како ABS или полипропилен.

Смолите што изгледаат како ABS може да се користат за изработка на склопови што се прицврстуваат, делови што се ставаат под хаубата на автомобилите за време на термичка валидација и прицврстувачи или тела што се користат на производствените линии. Хемиска отпорност е потребна за делови што доаѓаат во контакт со масла, слаби киселини или растворувачи за чистење во производствените услови. Материјалите слични на PP го нудат тоа. Смолите на висока температура ја задржуваат својата форма кога се ставаат во автоклав или кога се изложени на услови во моторниот простор. Затоа се неопходни за тестирање на термички шок на куќиштата на конектори за воздухопловство и држачите на сензори за автомобили.

Механичките својства остануваат конзистентни низ сите три оски, што е значајна предност во споредба со технологиите базирани на филаменти, каде што јачината на Z-оската е често точка на дефект. Бидејќи јачината е рамномерно распределена, инженерите можат да ги распоредат деловите врз основа на тоа како треба да изгледаат однадвор, наместо како ќе влијаат на структурата.

Флексибилни и еластомерни материјали

Еластомерни и флексибилни материјали се користат за работи што треба да можат да се растегнуваат, како што се ергономски рачки, делови што апсорбираат удари и заптивки и дихтунзи. Кога овие специјални смоли се сушат, тие достигнуваат нивоа на тврдост Shore A помеѓу 40A (што е флексибилно како гумена лента) и 90A (што е цврсто како ѓон на чевли). Тие обезбедуваат отпорност на компресија и отпорност на кинење што се погодни за функционално тестирање.

Сега е можно да се направат прототипови на средни ѓонови за чевли или заптивки за пневматски системи без да се користат процеси на лиење со силикон, кои траат со недели подолго од планираното. Материјалот често има издолжување при кинење кое е поголемо од 100%. Ова значи дека деловите можат да се виткаат одново и одново без да се напукнат, што е важно за да се осигура дека гумените делови што се притискаат правилно се вклопуваат или за да се тестираат ергономските дизајни на рачките со нивно фаќање одново и одново.

Транспарентни смоли со оптички квалитет

Кога се правилно обработени дополнително, транспарентните смоли можат да достигнат оптичка бистрина слична на поликарбонат или акрил. Ова ги прави корисни за дифузери за осветлување, микрофлуидни уреди и модели за визуелна демонстрација. Кога овие материјали прво се стврднуваат, тие пропуштаат многу светлина. Овој квалитет станува уште подобар по влажно шмирглање и полирање.

Формулациите со оптички квалитет го задржуваат нискиот индекс на жолтило и се отпорни на УВ деградација подобро од обичните проѕирни смоли. Ова значи дека можат да се користат надворешно или во производи кои треба да изгледаат проѕирно долго време. Инженерите за медицински помагала ги користат овие материјали за да направат прототипови на хируршки водичи низ кои хирурзите можат да гледаат за да видат како се обликува коската додека ја планираат процедурата.

Лејни смоли

Лиените смоли овозможуваат прецизно леење во области како што се производството на накит, стоматологија и воздухопловни компоненти без да остават никакви остатоци. Овие специјални смеси имаат многу малку пепел во нив - обично помалку од 0.01% по циклусот на согорување - така што не ги контаминираат одлеаноците од скапоцени метали ниту предизвикуваат пукање на керамичките обвивки за време на фазата на согорување.

Профилот на термичка експанзија е ист како и кај обичните модели на восок, така што леарниците можат да ги користат своите тековни распореди за горење без да мора да го менуваат процесот. Кога стоматолошките лаборатории прават преклопувања за коронки или мостови, финалното лиење на метал е точно до неколку микрони. Ова е можно затоа што печатениот модел останува верен на големината и за време на фазите на печатење и за време на фазата на горење. Дизајнерите на накит прават модели со многу комплицирани филигрански дизајни кои би било невозможно да се резбаат во восок. Овие модели потоа се леат во злато или платина користејќи ги истите методи на леење со инвестициски средства што се користат со векови.

Овие типови материјали им овозможуваат на производителите да ги менуваат својствата на деловите за да одговараат на точните потреби на проектот. Кога вистинските смоли се ставаат во индустриски SLA 3D печатач , тој може да премине од алатка за прототипирање во систем што може да произведува работи во големи количини. Може да прави сè, од функционално тестирање до производство со мал обем.

Како да го изберете вистинскиот материјал за вашиот индустриски SLA проект?

За да ја изберете најдобрата SLA смола, треба внимателно да ги разгледате потребите на вашата апликација, како што се механичките оптоварувања, термичката стабилност и барањата за завршна обработка на површината. Некои проекти не успеваат не поради лоша технологија на печатење, туку поради невнимателен избор на материјал.

Анализирање на барањата за апликација

Прво, опишете ја вистинската работна средина во која ќе работи вашиот дел. Дали ќе биде оптоварен цело време или ќе се заморува во циклуси? Дали температурата се движи од многу ниска до многу висока при работа? Дали има хемикалии од горива, мазива или средства за чистење кои би можеле да бидат штетни? Прототип на контролна табла за аеродинамично тестирање бара сосема различен сет на материјали од функционален вшмукувачки колектор кој се тестира за притисок и температура.

Во зависност од видот на механичко оптоварување, ќе ви треба или цврста инженерска смола или флексибилен еластомер. Барањата за завршна обработка на површината влијаат и на нејзиниот изглед и на тоа колку добро функционира. На пример, микрофлуидниот канал бара оптички јасни и мазни ѕидови за да се обезбеди правилна видливост на протокот на флуид. Од друга страна, моделот на леење става димензионална точност пред текстурата на површината бидејќи текстурата ќе биде уништена за време на изгорувањето.

Усогласување на материјалите со обемот на производство

Обемот на производство и работните процеси на процесот влијаат на компатибилноста на материјалите. Ова е особено точно кога се балансира производството во серии со брзо прототипирање. Технологијата на индустриски SLA 3D печатачи е често поекономична за мали производствени серии од 10 до 500 делови отколку лиењето со вбризгување, кое бара инвестиции во алатки од повеќе од 15,000 долари за комплицирани форми.

Како што ја подобрувате густината на пакување на платформата за градење и ги користите повторно потпорните структури како темели за подоцнежни градби, цената на материјалите по дел се намалува. При производство на забни алајнери или ортопедски влошки по нарачка, може да се предвиди цената на материјалот по единица. Ова овозможува точни понуди за медицински помагала прилагодени на секој пациент. Пред да преминете од мали количини што се користат во прототипови на големи количини што се користат во производство, важно е да се осигурате дека својствата на материјалот остануваат исти во различни серии и услови на складирање.

Проценка на трошоци и придобивки

За да се добие најдобар поврат на инвестицијата (ROI) и да се осигури дека производствените стратегии траат, потребна е темелна анализа на трошоците и придобивките што ги зема предвид цената на материјалите, потребата од пост-обработка и долгорочните трошоци за водење на бизнисот. Стандардните смоли можат да чинат помеѓу 150 и 250 долари за литар, додека инженерските или биокомпатибилните сорти можат да чинат помеѓу 350 и 600 долари за литар. Разликата во цените можеби на прв поглед не изгледа значајна, но кога ќе се земат предвид вкупните трошоци за производство на делот, што ги опфаќа работната сила, абењето на опремата и стапките на отфрлање, станува поочигледна.

Потребите за пост-обработка имаат огромен ефект врз вкупните трошоци. На леаните смоли им е потребно само отстранување на потпората и кратко UV пост-стврднување пред да можат да влезат во печката за согорување. Од друга страна, проѕирните делови треба да се изшмирглаат со влажно шмирглање, полирање и премачкување во неколку чекори, што одзема многу дополнително време и работа. Рокот на траење на материјалот, исто така, влијае на вкупните трошоци за сопственост; некои високо-перформансни смоли одржуваат оптимални својства само 6 до 12 месеци по отворањето, создавајќи отпад ако вашите нивоа на производство не ги искористат залихите брзо.

Компатибилноста на опремата претставува уште еден скриен фактор на трошоци. Некои производители ги заклучуваат своите печатачи на сопствени смоли преку RFID системи на кертриџи или софтверски ограничувања. Нашите индустриски SLA 3D системи за печатачи во Magforms поддржуваат компатибилност на материјали со отворена архитектура, што им овозможува на тимовите за набавки да тестираат смоли од трети страни или да менуваат добавувачи без да мора да ја менуваат опремата. Ова им дава голема флексибилност, што е корисно кога има проблеми во синџирот на снабдување или кога излегуваат нови специјализирани материјали.

Споредба на индустриски SLA материјали со други технологии за 3D печатење

Во споредба со селективното ласерско синтерување (SLS) и моделирањето со фузирано депонирање (FDM), SLA материјалите нудат подобра резолуција, помазна површина и поточни мерења, што ги прави совршени за задачи што треба да бидат многу прецизни. При донесување одлука за купување, споредувањето на технологиите е особено корисно бидејќи различните адитивни процеси можат да ја произведат геометријата на делот што ви е потребна.

SLS технологијата обработува прашкасти материјали, обично термопластични базирани на најлон. Ова создава функционални делови со одлични механички својства, но природно груба текстура на површината. Големината на честичките во прав и однесувањето при ласерско синтерување обично ја ограничуваат резолуцијата на карактеристиките на околу 150-400 микрони, во зависност од системот и материјалот. Од друга страна, индустрискиот SLA 3D печатач може да добие резолуција на карактеристиките толку ниска колку дијаметарот на ласерската точка, кој обично е 80-140 микрони. Оваа разлика во резолуцијата станува клучна при печатење на ситен текст, остри внатрешни агли или микро-решеткасти структури.

Технологијата FDM ги истиснува термопластичните филаменти еден по еден, создавајќи линии на слоеви што можат да се видат и механички својства што не се исти насекаде. Најслабата алка е по должината на Z-оската. Адхезијата на слоевите зависи од термичкото поврзување помеѓу слоевите, што создава рамнини на дефект што не се во иста насока како и градењето. SLA материјалите се стврднуваат преку реакции на вкрстено поврзување на фотополимери, кои создаваат посилно меѓуслојно поврзување во споредба со термопластичните процеси на екструдирање, што резултира со близу изотропни механички својства во споредба со FDM.

Сепак, SLA смоли се чувствителни на UV зрачење и може да претрпат пост-стврднување или деградација со текот на времето доколку не се правилно складирани, што бара контролирани услови за ракување и складирање. За да ги задржи своите најдобри својства за печатење, нестврдната смола треба да се чува подалеку од светлина и на контролирана температура. Хемијата на фотополимеризација што овозможува прецизни делови, исто така значи дека материјалите продолжуваат да се стврднуваат бавно кога се изложени на сончева светлина или флуоресцентно осветлување, што потенцијално предизвикува димензионално поместување кај готовите делови што се складирани неправилно. Разновидноста на материјалите варира во зависност од технологиите, но SLA материјалите ефикасно ја комбинираат естетиката на прототипирање со функционални инженерски својства, обезбедувајќи квалитет на површината споредлив со лиењето со вбризгување за бројни апликации за крајна употреба.

Идни трендови во индустриските SLA материјали

Новите случувања во хемијата на фотополимерите ги прават индустриските SLA материјали покорисни преку зголемување на нивната механичка разновидност и ги прават поеколошки преку подобрување на одржливоста преку биоформулации и делумно рециклирање, иако повеќето индустриски фотополимери не се целосно биоразградливи. Следната генерација на развој на смоли ќе се фокусира на затворање на јазот во перформансите помеѓу печатените делови и деловите што традиционално се произведуваат, како и на земање предвид на еколошките проблеми што стануваат сè поважни за напорите на компаниите за одржливост.

Биолошки смоли направени од обновливи ресурси како соја, пченка или алги сега се достапни во продавниците. Овие смоли користат помалку нафта без да ги намалат своите механички перформанси. Овие мешавини ги задржуваат истите својства за печатење како обичните смоли, а воедно нудат намален потенцијал за влијание врз животната средина, иако повеќето индустриски фотополимери сè уште бараат контролирано отстранување, а не вистинска биоразградливост. Компаниите во автомобилската индустрија и индустријата за потрошувачка електроника сè повеќе бараат модели на кружна економија и ги користат овие материјали за да направат прототипни делови што инаку би завршиле во индустриски отпад.

Биокомпатибилните смоли се користат сè повеќе и повеќе бидејќи медицинските и стоматолошките области ги бараат повеќе. Процесите на регулаторно одобрување сè повеќе вклучуваат 3D печатени материјали за медицински помагала и ограничени долгорочни импланти, во зависност од сертификацијата на материјалите и регулаторната патека, како и медицински помагала од класа II. Овие специјални мешавини поминуваат низ многу тестови за да се осигури дека се безбедни за клетките, дека можат да се стерилизираат и дека ќе останат стабилни со текот на времето. Печатењето со повеќе материјали и хибридните методи на производство би можеле да овозможат деловите да имаат сложени функции и различни нивоа на перформанси што можат да се прилагодат на индустриски SLA 3D печатач.

Механичките својства се приближуваат кон традиционалните инженерски материјали преку употреба на напредни композитни смоли кои вклучуваат керамички честички, метални прашоци или фрагменти од јаглеродни влакна. Овие исполнети смоли бараат различни ласерски поставки и може да бараат продолжено UV стврднување, термичко пост-стврднување или секундарни процеси на завршна обработка, наместо традиционалното синтерување што се користи во технологиите базирани на прашок, но тие нудат топлинска спроводливост, електрични својства или механичка цврстина што чистите фотополимери не можат. Овие случувања се особено корисни за воздухопловните апликации, каде што оптимизираните тежински решеткасти структури со локално различни својства на материјалот би можеле да ги заменат машински обработените алуминиумски делови.

Заклучок

Светот на материјали за индустриска SLA 3D технологија за печатачи прерасна во комплексен екосистем со одговори за речиси секој проблем во индустриското производство што бара точност, добар квалитет на површината и слобода во дизајнот. Со толку многу материјали за избор, вклучувајќи стандардни смоли за прототипирање и специјализирани формулации што ги исполнуваат воздухопловните, медицинските и автомобилските сертификати, стереолитографијата преминува од алатка за визуелизација во процес на производство што може да произведува работи во големи количини.

Успешниот избор на материјал бара балансирање на техничките перформанси наспроти трошоците, обемот на производство и можноста за пост-обработка. Квалитетот на финалниот дел зависи од тоа колку добро хемијата на смолата и параметрите за печатење функционираат заедно. Затоа компатибилноста на материјалот со опремата е толку важна работа што треба да се земе предвид при купување нешто. Бидејќи хемијата на фотополимерите продолжува да напредува кон одржливост, биокомпатибилност и подобрени механички својства, овие системи сè повеќе ќе ги задоволуваат не само потребите за прототипирање, туку и производството на делови за крајна употреба во различни индустрии.

NAJČESTO POSTAVUVANI PRAŠANJA

Кои материјали се најдобри за апликации на високи температури?

Смолите отпорни на високи температури, направени со специјални олигомери и термички стабилизатори, ја задржуваат својата форма на температури над 100°C. Најдобрите класи можат да издржат температури на отклонување на топлината од 200°C или повисоки. Деловите под хаубата на автомобилите, во внатрешноста на авионите и индустриските алатки кои се подложени на загревање за време на употребата или циклусите на стерилизација имаат корист од овие материјали.

Дали индустриските SLA 3D печатачи можат да користат смоли од трети страни?

Доколку производителот на печатачи користи системи со отворена архитектура или сопственички кертриџи од смола со RFID брави, компатибилноста на материјалите ќе биде различна. Отворените платформи им овозможуваат на техничките тимови да сертифицираат материјали од трети страни преку тестирање на нивните карактеристики на стврднување, механички својства и димензионална точност. Ова им дава повеќе опции за купување работи и ги намалува трошоците.

Како рокот на траење на материјалот влијае врз планирањето на производството?

Кога се чуваат во затворени, непроѕирни садови заштитени од УВ зрачење на контролирани температури помеѓу 15°C и 25°C во период од 12 до 18 месеци, повеќето фотополимерни смоли ги задржуваат своите најдобри својства. При планирањето на производството, важно е да се размисли за тоа како механичките својства на материјалот и брзината на стврднување се менуваат со текот на времето. Ова е особено важно за критични апликации на кои им е потребно деловите да работат на ист начин низ производствените серии.

Трансформирајте ги вашите производствени можности со Magforms Индустриски SLA 3D печатач решенија

Magforms обезбедува унифицирани решенија за материјали и опрема дизајнирани за тешки индустриски услови каде што точноста, сигурноста и можноста за работа со различни материјали се клучни за успех во производството. Нашите индустриски SLA 3D печатачи користат уникатна ласерска технологија која може да ја промени својата големина на точката и паметни патеки за скенирање за печатење повеќе од 30% побрзо од повеќето печатачи во индустријата, а сепак да бидат прецизни до мали мерења наречени микрони. Оваа предност во перформансите директно води до пократко време на испорака за тестирање на прототипови и побрз проток за производствени серии со мали количини.

Мешањето на нашите самостојно развиени смоли со нашиот хардвер за печатење ги елиминира проблемите со компатибилност што се јавуваат кај системите со мешани добавувачи. Ова значи дека повеќе нема димензионални грешки, дефекти во печатењето или непланирани застои предизвикани од несовпаѓања на материјалите и опремата. Нашиот технички тим има долгогодишно искуство во користењето материјали во автомобилската, воздухопловната, медицинската и потрошувачката електроника. Тие можат да ви помогнат да ги пронајдете вистинските својства на материјалите за вашите производствени потреби со тоа што ќе ви дадат совети. Без разлика дали ви се потребни инженерски смоли за функционално тестирање, леани материјали за инвестициско леење или биокомпатибилни формулации за медицински уреди, нашето портфолио опфаќа целиот спектар на индустриски апликации.

Контактирајте го нашиот тим на info@magforms.com за да разговарате за материјалите што ви се потребни и да дознаете како решенијата на производителот на 3D печатачи Magforms Industrial SLA можат да ви помогнат да добиете подобри резултати, да заштедите пари и да ги направите вашите процеси на адитивно производство да течат непречено. Ви нудиме многу различни начини за купување работи, темелни програми за обука и брза техничка поддршка за да бидете сигурни дека вашето производство нема да запре.

Референци

1. Гибсон, И., Розен, Д., Стакер, Б. и Хорасани, М. (2021). Технологии за адитивно производство: 3D печатење, брзо прототипирање и директно дигитално производство (3-то издание). Спрингер.

2. Џејкобс, П.Ф. (1992). Брзо прототипирање и производство: Основи на стереолитографијата . Здружение на производствени инженери.

3. Лигон, СЦ, Лиска, Р., Стампфл, Ј., Гур, М. и Милхаупт, Р. (2017). Полимери за 3Д печатење и адитивно производство по нарачка. Chemical Reviews , 117(15), 10212-10290.

4. Стенсбери, ЏВ и Ајдакаваџ, МЈ (2016). 3Д печатење со полимери: Предизвици меѓу растечките опции и можности. Стоматолошки материјали , 32(1), 54-64.

5. Мелхелс, ФП, Фејен, Ј. и Гријпма, ДВ (2010). Авторите спроведоа преглед на стереолитографијата и нејзините примени во биомедицинскиот инженеринг. Биоматеријали , 31(24), 6121-6130.

6. Куан, Х., Жанг, Т., Сју, Х., Луо, С., Ние, Ј., и Жу, Х. (2020). Техниката на фото-стврднување на 3D печатење и нејзините предизвици. Биоактивни материјали , 5(1), 110-115.