SLA/SL - StereoLithography Apparatus

Technologia SLA - Stereolitografia (ang. StereoLithography Apparatus) polega na selektywnym utrwalaniu nanoszonej warstwowo żywicy promieniami lasera UV.

Konfiguracja kinematyczna systemu SLA składa się z platformy poruszającej się w osi Z i zanurzanej do zbiornika z żywicą, z recoatera czyli systemu do rozprowadzania żywicy i wyrównywania jej powierzchni, oraz z systemu dwóch zwierciadeł umieszczonych na precyzyjnych galwomotorach, które kierują promieniem lasera po powierzchni żywicy utwardzając ją. Istniej też „odwrócona” technologia SLA gdzie światło lasera jest eksponowane poprzez kwarcową płytkę na stolik osi Z który w trakcie przyrostu warstw podnosi się do góry. W ten sposób budowane elementy zwisają ze stołu i żywica ma dużo czasu na zcieknięcie do kwarcowej kuwety. Sposób ten gwarantuje również możliwość budowania części z mniejszych warstw rzędu setnych milimetra.

Historia

Termin „stereolitografia” został przedstawiony przez Charlsa W. Hull Skrót SLA oznacza StereoLithography Apparatus. Technologia ta została opatentowana w USA w 1986r. W tym samym roku Hull założył firmę 3D Systems, która zaczęła oferować pierwszy komercyjny system SLA-1 do szybkiego prototypowania w 1987/88.

Początki samej koncepcji budowania elementów za pomocą selektywnego utrwalania żywicy światłem lasera sięgają dużo wcześniej do roku 1967 kiedy to Wyn K. Swainson z Danii zaprezentował metodę utrwalania żywicy lub jej degradacji za pomocą przecinających się promieni lasera. Równoległe prace nad tym samym pomysłem były prowadzone w laboratorium Batelle Memorial w Ohio USA przez dr Roberta Schwertzel. Praca nad stworzeniem systemu były prowadzone od 1970r. przy udziale funduszy DARPA przez połączone siły Formigraphic Engine Co. I Laboratorium Bettele. Duży wkład w rozwój tej metody miał również dr Vincent McGinniss. W przeciwieństwie do pomysłu na SLA metoda Swainson’a, Schwertcel’a i McGinniss’a nie została skomercjalizowana mimo iż Swainson pracował aż do 1994r nad stworzeniem komercyjnie użytecznego systemu. Fundamentalny wkład w opracowanie metody stereolitografi należy przyznać również Hideo Kodama z instytutu Nagoya Municipal Industrial Research. W maju 1980r. zgłosił on patent w Japońskim urzędzie patentowym na system do trójwymiarowego budowy elementów z warstwowo nakładanej i selektywnie utrwalanej żywicy fotopolimerowej. W swojej pracy przedstawił on 3 fundamentalne metody utrwalania selektywnego warstw żywicy. Patent ten nie został jednak przedłużony ze względu na brak funduszu do sprawdzenia koncepcji. Część z tych koncepcji została później zastosowana do budowy pierwszych Japońskich maszyn SLA produkowanych przez konsorcjum CMET w skład, którego wchodziły firmy Mitsubishi Heavy Industries, NTT Data Communications, Asahi Denka Kogyo, Toyo Denki Seizo i YAC. W 1984r bazując na pracach Kodamy Yoji Marutani z Osaka Prefecture Industrial Research Institute (OPIRI) jak i prawdopodobnie pracach Herberta z 1982r opracował i zademonstrował proces stereolitografi.

Prace nad systemem SL były również prowadzone przez Alana Herbert’a z firmy 3M Graphic Technologies Sector Laboratory. W 1982r przedstawił on pracę pod tytułem Solid Object Generation w czasopiśmie Journal of Applied Phoytographic Engineering. W dokumencie tym opisał on maszynę wykorzystującą laser Argonowy UV, który kieruje swój promień za pomocą zwierciadeł umieszczonych na systemie osi X-Y na powierzchnię żywicy fotopolimerowej z zanużonym ruchomym stołem. Za pomocą tego urządzenia Herb ert był w stanie stworzyć kilka prostych kształtów. Niestety firma 3M nie chciał skomercjalizować pomysłu Herberta.

We francji w 1984r Jean-Claude Andre pracując dla Franch Cilas Alcatel Industrial Company złożył wniosek patentowy na aparat do fabrykacji części przemysłowych z wykorzystaniem pojedynczego promienia lasera. Był to pierwszy patent dotyczący systemu SL w Europie. System miał być skomercjalizowany do poziomu oferowania usług bez dodatkowych planów sprzedaży urządzeń. Osiągnięcie to było podparte wcześniejszymi badaniami Andre nad systemem dwulaserowym podobnym do koncepcji Swainsona.

Rozwój sterolitografi byłby niemożliwy gdyby nie opracowanie w latach 1950 przez firmę DuPont żywicy akrylowej polimeryzującej pod wpływem promieniowaniem UV. W 1989 DuPont ogłosił wyprodukowanie swojego systemu SLA Somos 1000. Technologia zastosowana w tym urządzeniu była „bardzo” podobna do 3D Systems i z tego powodu DuPont wystąpiło do biura patentowego USA o zrewidowanie patentu Hull’a z 1986r i późniejszych przedstawiając jednocześnie wcześniejsze prace Kodamy i innych o których urząd nie miał wiedzy. Kilka miesięcy później urząd patentowy odrzucił prawa 3D Systems do patentów na SLA aby po późniejszym przedstawieniu przez 3D Systems mocnych dowodów podpierających ich roszczenia przywrócić je z powrotem z jednoczesnym zastrzeżeniem zawężenia zakresu patentowego. Na skutek tych wydarzeń DuPont sprzedał swoją technologię wraz z planami urządzenia do Japońskiego Teijin Seiki w 1991r za kwotę blisko 700 mln Jenów. W marcu 1992r. Teijin Seiki przedstawił swój system Soliform 300 i Soliform 500, które były oferowany z dużym sukcesem w Japonii i Azji bazując jednocześnie na żywicach dostarczanych przez DuPont.

Do naszych czasów przetrwało jedynie kilka firm produkujących systemy SLA a część z nich wycofała się z tej technologii.

Producenci

  • 3D Systems*
  • CMET*
  • DWS*
  • Denken
  • DMEC – SONY*
  • EOS Meiko
  • Mitsui
  • Teijin
  • Seiki
  • Ushio
  • Shanghai Union Technology*
  • NJRP*

* firmy nadal oferujące systemy SLA

Zalety

  • wysoka rozdzielczość szczegółów
  • wysoka dokładność wymiarowa - szeroka gama materiałów

Wady

  • niska szybkość procesu
  • konieczność naświetlania po wydruku (postcuring)
  • podpory budowane z materiału rodzimego często niemożliwe do usunięcia z zamkniętych przestrzeni
  • konieczność ochrony skóry podczas pracy przed nieutwardzoną żywicą
  • niska żywotność laserów helowo kadmowych w starych maszynach SLA. Większość współczesnych systemów SLA używa laserów na ciało stałe neodymowych o wyższej żywotności lub półprzewodnikowych typu LED.

Aplikacje

  • ogólne prototypowanie
  • prototypy części AGD/RTV
  • produkty medyczne: wkładki do aparatów słuchowych, modele ortodontyczne, modele anatomiczne, zindywidualizowane narzędzia operacyjne
  • produkcja dzieł sztuki i wyrobów artystycznych