این روش نخستین روش ابداع شده در حوزه‌ی پرینت سه بعدی می‌باشد که در سال ۱۹۸۸ میلادی توسط شرکت 3D SYSTEMS امریکا بر اساس اختراع چارلز هال (Charles Hull) معرفی گردید. در پرینت سه بعدی SLA از رزین فوتوپلیمر برای تولید قطعات استفاده می‌شود که آن را به صورت انتخابی توسط لیزری با طول موج خاص سفت می‌کنند. منظور از انتخابی این است تنها بخش‌هایی از رزین که قرار است به شکل قطعه نهایی سفت شوند تحت لیزر قرار می‌گیرند. که شمای کلی این روش در شکل زیر نشان داده شده است.

 

فرآیند کلی و شمای پرینتر سه بعدی SLA

 

فرآیند استریولیتوگرافی یا پرینت سه بعدی SLA

پرینتر SLA یکی از انواع پرینتر سه بعدی است که از یک سکوی ساخت تشکیل شده است که قطعه مورد نظر بر روی آن ساخته می‌شود و در داخل یک مخزن حاوی رزین در جهت عمودی حرکت می‌کند. همچنین یک سیستم لیزر در بالای دستگاه قرار دارد که به همراه یک سیستم اسکن لیزر دو بعدی لکه لیزر را بر روی سطح رزین در قسمت مشخص می‌تاباند و باعث سفت شدن آن و تشکیل قطعه می‌شود. قطعه به صورت لایه لایه بر روی هم ساخته می‌شود و به بالا می‌آید و هر لایه در این روش مابین حدود ۷۰ تا ۵۰۰ میکرون قابل تغییر می‌باشد. در این روش نیاز است تا در زیر قسمت‌هایی از قطعه که دارای زاویه منفی باشند، ساپورت‌گذاری شود که این کار توسط نرم‌افزار‌های مربوطه انجام می‌شود. نیاز به ساپورت‌گذاری در این روش برخی محدودیت‌ها را در قطعات تولیدی ایجاد می‌کند.

مکانیزم کار در پرینتر سه بعدی SLA

پرینت سه‌بعدی SLA (Stereolithography) یک فرآیند پیچیده و دقیق است که بر پایه واکنش‌های فوتوشیمیایی بنا نهاده شده است. در این روش، از یک منبع نور فرابنفش (UV)، معمولاً یک لیزر، برای سخت‌کردن لایه‌های نازکی از رزین فوتوپلیمر حساس به نور UV در یک مخزن استفاده می‌شود. نور UV با دقت و با الگو‌های مشخصی به رزین تابیده می‌شود تا لایه‌های سه‌بعدی شیء مورد نظر را تشکیل دهد.

قدم به قدم فرآیند پرینت سه بعدی SLA

  1. طراحی و برنامه‌ریزی: فرآیند خدمات پرینت سه بعدی با طراحی دیجیتالی شیء مورد نظر در نرم‌افزار‌های CAD آغاز می‌شود. این طراحی سپس به لایه‌های نازک تقسیم می‌شود تا برای پرینت سه بعدی SLA آماده شود.
  2. تابش لیزر: لیزر UV با دقت بر روی سطح رزین در مخزن تمرکز می‌یابد. نور لیزر بر اساس الگوی طراحی شده در نرم‌افزار CAD، رزین را لایه به لایه سخت می‌کند.
  3. ساخت لایه به لایه: پس از سخت شدن هر لایه، پلتفرم ساخت به اندازه ضخامت یک لایه به پایین حرکت می‌کند تا فضایی برای ساخت لایه بعدی فراهم شود. سپس یک لایه جدید از رزین بر روی سطح سخت شده قبلی پخش می‌شود و فرآیند تابش لیزر تکرار می‌شود.
  4. پس‌پردازش: پس از تکمیل پرینت، شیء پرینت شده باید از مخزن خارج و از هرگونه رزین اضافی پاک‌سازی شود.

نکات کلیدی که در پرینتر SLA باید مدنظر قرار بگیرند

  • دقت بالا: از آنجا که لیزر می‌تواند با دقت بسیار بالایی روی رزین تمرکز کند، پرینت با پرینتر سه بعدی SLA قادر به ساخت قطعات با جزئیات بسیار دقیق و پیچیده است.
  • نیاز به ساپورت: برای جلوگیری از تغییر شکل یا سقوط قطعات در حین ساخت، استفاده از ساپورت‌هایی که بعداً باید حذف شوند، ضروری است.
  • محدودیت‌های مواد: انتخاب مواد برای پرینتر SLA به رزین‌های فوتوپلیمری محدود است، که هر کدام خواص مکانیکی و شیمیایی متفاوتی دارند.
  • پاک‌سازی و پس‌پردازش: شیء پرینت شده باید به دقت پاک‌سازی شود و ممکن است نیاز به عملیات پس‌پردازشی مانند پرداخت، رنگ‌آمیزی یا سخت‌کردن بیشتر داشته باشد.

فرآیند SLA با توجه به قیمت پرینترهای سه بعدی SLA و با توجه به دقت بالا و انعطاف‌پذیری در طراحی، انتخاب مطلوبی برای مواردی است که نیاز به جزئیات دقیق و کیفیت سطحی عالی دارند. این تکنیک در صنایع مختلفی از جمله پزشکی، دندانپزشکی، جواهرسازی، و طراحی محصول به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

قطعه تولید شده به روش SLA که ساپورت آن جدا نشده است. در این تصویر مفهوم ساپورت قابل مشاهده می‌باشد.

 

مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی به روش SLA

تکنیک پرینت سه‌بعدی SLA عمدتاً بر پایه استفاده از رزین‌های فوتوپلیمری است که وقتی تحت تابش نور UV قرار می‌گیرند، واکنش نشان داده و سخت می‌شوند. این رزین‌ها دارای خواص و ویژگی‌های متفاوتی هستند که آن‌ها را برای کاربرد‌های گوناگون مناسب می‌سازد:

  • رزین‌های استاندارد: این رزین‌ها برای اهداف عمومی پروتوتایپ‌سازی استفاده می‌شوند و تعادل خوبی بین استحکام و انعطاف‌پذیری ارائه می‌دهند.
  • رزین‌های مهندسی: طراحی شده برای داشتن خواص مکانیکی یا حرارتی خاص، مانند مقاومت بالا در برابر حرارت یا سختی بالا.
  • رزین‌های دندانپزشکی و پزشکی: این رزین‌ها دارای گواهینامه‌های بیولوژیکی برای استفاده در کاربرد‌های دندانپزشکی و پزشکی هستند.
  • رزین‌های قابل ریخته‌گری: این نوع رزین‌ها برای ساخت مدل‌هایی که باید در فرآیند ریخته‌گری استفاده شوند طراحی شده‌اند و پس از سوختن، خاکستری باقی نمی‌گذارند.
  • رزین‌های بیومتریال: ترکیبات خاصی که برای کاربرد‌های پزشکی و تحقیقاتی طراحی شده‌اند و می‌توانند حاوی مواد زیست‌سازگار باشند.

کاربرد‌های اصلی روش SLA

پرینت SLA به دلیل دقت بالا و کیفیت سطحی عالی که ارائه می‌دهد و با توجه به قیمت پرینترهای سه بعدی SLA، برای مجموعه وسیعی از کاربرد‌ها مناسب است:

  1. ساخت مدل‌های پزشکی و دندانپزشکی: استفاده از پرینتر SLA برای ساخت مدل‌های آناتومیک دقیق برای برنامه‌ریزی جراحی‌ها و تولید ایمپلنت‌ها و وسایل ارتودنسی.
  2. تولید پروتوتایپ‌های محصول: پرینت سه بعدی SLA امکان تولید سریع پروتوتایپ‌های دقیق با جزئیات بالا را فراهم می‌آورد، که برای تست طراحی و عملکرد محصول قبل از تولید انبوه مفید است.
  3. ساخت قطعات تولیدی برای صنایع مختلف: استفاده در تولید قطعات نهایی یا ابزار‌های تولیدی مانند قالب‌های ریخته‌گری، قطعات ماشین‌کاری، و اجزای مورد نیاز برای صنایع خودروسازی، هوافضا، و مصرفی.
  4. تحقیقات و توسعه: پرینت SLA به دانشمندان و مهندسین اجازه می‌دهد تا ایده‌های جدید را به سرعت آزمایش کنند و درک بهتری از امکان‌پذیری طراحی‌های پیچیده به دست آورند.

پرینت سه‌بعدی SLA با ارائه توانایی‌های منحصر به فرد خود در زمینه دقت بالا و تنوع مواد، انقلابی در تولید و طراحی ایجاد کرده است. این تکنولوژی نه تنها امکان پروتوتایپ‌سازی سریع را فراهم می‌آورد بلکه در درمان‌های پزشکی پیشرفته و تولید قطعات نهایی با کیفیت بالا نیز کاربرد دارد.

مزیت‌های پرینتر SLA

  1. دقت ابعادی و صافی سطح خوب
  2. از این روش می‌توان در تولید قطعات شفاف استفاده کرد.
  3. معمولاً روش SLA در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و خرید پرینتر سه بعدی از این نوع در صنعت مرسوم تر است و در کنار روش SLS از جمله روش‌های پرینتر سه بعدی صنعتی محسوب می‌شود. از قطعات SLA می‌توان به صورت غیر مستقیم در تولید قطعات صنعتی نیز بهره جست.
  4. سرعت پرینت بالا

محدودیت‌های پرینتر سه بعدی SLA

  1. نیاز به تولید ساپورت برای گرفتن زیر قطعه تولید شده
  2. از قطعات روش SLA نمی‌توان به عنوان قطعات نهایی استفاده کرد.
  3. نیاز است تا قطعه پس از تولید در دستگاهپرینتر سه بعدی برای سفت شدن کامل چند ساعت در معرض اشعه فرابنفش قرار بگیرد.
  4. عدم امکان استفاده از مواد غیر رزینی پلیمری برای تولید قطعات

سخن پایانی

پرینت سه بعدی SLA با وجود هزینه‌های نسبتاً بالا و محدودیت‌های مرتبط با انتخاب مواد، به دلیل دقت بالا و انعطاف‌پذیری در تولید قطعات با جزئیات پیچیده و دقیق و قیمت پرینترهای سه بعدی SLA، همچنان یکی از محبوب‌ترین روش‌ها در صنعت پرینت سه‌بعدی است. این فناوری امکان پیشرفت‌های قابل توجهی را در زمینه‌های مختلف، از جمله پزشکی، صنعتی، و تحقیقاتی فراهم آورده است.