Postupak kojim je 1987. sve počelo i koji je i danas mjerilo za fini detalj. Ultraljubičasta zraka vodi se po tekućoj smoli i skrućuje je točku po točku, sloj po sloj. Ova jedinica prolazi načelo rada, obje izvedbe stroja, sve dijelove pisača, vrste smola te tijek posla od modela do opranoga i naknadno osvijetljenoga dijela.
Stereolitografija je postupak iz kategorije fotopolimerizacije u kadi: tekuća smola skrućuje se djelovanjem ultraljubičastoga svjetla, i to samo ondje gdje svjetlo padne. Naziv je složen od grčkih riječi za „čvrsto" i „pisanje kamenom" — pisanje čvrstoga oblika u tekućini. Kraticu SLA uveo je Chuck Hull, koji je postupak patentirao 1986. i godinu dana kasnije prodao prvi stroj.
Po čemu se postupak prepoznaje u praksi? Po površini. Dio izrađen stereolitografijom gladak je na dodir, oštrih bridova i s detaljem koji se vidi tek pod povećalom. Slojevi se ne naziru kao kod istiskivanja, a sitne značajke — navoji promjera nekoliko milimetara, tekst visine dva milimetra, kanali promjera pola milimetra — izlaze čitljive.
| Veličina | Uobičajeno | Napomena |
|---|---|---|
| Debljina sloja | 0,025 – 0,1 mm | tanji sloj traje razmjerno dulje |
| Točnost | ±0,05 mm ili ±0,1 % mjere | vrijedi za manje dijelove i svježu smolu |
| Promjer zrake | 0,07 – 0,15 mm | određuje najmanju značajku koja se može izraditi |
| Najtanja stijenka | oko 0,4 mm | tanje se savija pri pranju i uklanjanju potpora |
| Radni prostor | od 130 × 80 × 160 mm do 1500 × 750 × 550 mm | stolni uređaji i industrijski strojevi |
| Hrapavost | Ra 1 – 5 µm | najniža među svim aditivnim postupcima |
Stereolitografija se bira ondje gdje su presudni detalj, glatka ploha i točnost, a ne nosivost. Najveća područja primjene su:
Gdje se ne bira? Ondje gdje dio nosi opterećenje, stoji na suncu ili se koristi dulje vrijeme. Skrućena smola starenjem postaje krhka, a ultraljubičasto svjetlo taj proces ubrzava. Za nosive i trajne dijelove postoje srašćivanje praha i istiskivanje materijala; stereolitografija ostaje postupak za oblik, a ne za funkciju — uz iznimku novijih žilavih i tehničkih smola, koje tu granicu pomiču.
Karakteristični proizvodi postupka: model čeljusti s vodilicom, izgorivi model prstena i prozirno kućište s kanalima, uz mjerilo radi usporedbe veličine.
U kadi se nalazi fotopolimerna smola — smjesa monomera, oligomera i fotoinicijatora. Fotoinicijator je tvar koja pod svjetlom određene valne duljine raspada svoje veze i pokreće lančanu reakciju povezivanja molekula. Reakcija se zove fotopolimerizacija i traje dok ima svjetla; kad svjetlo prestane, prestaje i ona.
Izvor svjetla je ultraljubičasti laser, najčešće valne duljine 355 ili 405 nm. Zraka se ne pomiče mehanički nego se skreće dvama galvanometarskim zrcalima — jedno vodi zraku po osi X, drugo po osi Y. Zrcala se zakreću u tisućinkama sekunde, pa zraka može prijeći presjek brzinom od nekoliko metara u sekundi.
Skrućivanje jednoga sloja teče u dva koraka. Zraka najprije obiđe obris presjeka, čime nastaje oštar i gladak rub, a zatim ispuni unutrašnjost nizom usporednih poteza — to se zove šrafiranje. Razmak među potezima i brzina gibanja određuju koliko će energije pasti na smolu, a time i koliko duboko će skrutnuti.
Svjetlo u smolu ne prodire jednako duboko: što dublje, to slabije, jer ga smola upija. Dubina do koje smola skrutne ovisi o energiji koju zraka preda i o samoj smoli. Ta se dubina namjerno bira nešto većom od debljine sloja, da bi se novi sloj čvrsto spojio s prethodnim. Ako je premala, slojevi se razdvajaju; ako je prevelika, svjetlo skrutne i ono što je ispod, pa se zatvaraju otvori i gube sitni detalji.
Upravo je to razlog zbog kojega se za svaku smolu i svaku debljinu sloja koriste vlastiti parametri, koje propisuje proizvođač smole. Zamjena smole bez promjene parametara redovit je uzrok neuspjelih ispisa.
Klikni korak da vidiš što se u njemu događa.
Dio koji izađe iz stroja nije do kraja umrežen — u struci se kaže da je u zelenome stanju. Mekši je nego što će biti, savitljiv i ljepljiv od zaostale smole. Tek pranje i naknadno osvjetljavanje dovode ga do konačnih svojstava. Zato se mjere i čvrstoća nikada ne provjeravaju na neopranome dijelu.
Shema prikazuje uređaj u izvedbi s izvorom svjetla ispod kade, kakva je danas najčešća kod stolnih uređaja. Klikni broj da vidiš što koji dio radi.
Uz nabrojene dijelove idu i oni koji se ne vide na shemi, a bez kojih uređaj ne radi pouzdano: grijač smole, koji je drži na stalnoj temperaturi jer viskoznost jako ovisi o njoj; osjetnik razine ili doziranje smole kod većih strojeva; filtar zraka s aktivnim ugljenom zbog hlapivih tvari; te upravljačka jedinica s međuspremnikom za datoteku i sučeljem za nadzor ispisa.
Fotografija otvorenoga stolnog uređaja s označenim dijelovima prema shemi, i uz nju snimka industrijskoga stroja s kadom velikoga obujma.
Postupak je isti, ali se strojevi razlikuju po tome odakle dolazi svjetlo. Ta jedna razlika povlači za sobom drukčiju kadu, drukčije potpore, drukčiju najveću veličinu dijela i drukčiji način održavanja.
Odaberi izvedbu.
Uz stereolitografiju idu i dva srodna postupka koja se od nje razlikuju samo po izvoru svjetla: DLP, gdje presjek osvijetli projektor, i MSLA, gdje kao maska služi zaslon LCD. Kod njih trajanje sloja ne ovisi o površini presjeka nego samo o vremenu osvjetljavanja, pa su pri punoj ploči brži. Oba se obrađuju u jedinici 2.3.
Materijal je u ovome postupku uvijek tekuća fotopolimerna smola, ali razlike među smolama veće su nego što se čini. Ista geometrija izrađena dvjema smolama daje dijelove koji se različito ponašaju pod opterećenjem, različito stare i različito se obrađuju.
Klikni vrstu smole.
Nepolimerizirana smola nadražuje kožu i oči, a kod dijela ljudi izaziva preosjetljivost koja se s vremenom pogoršava. Radi se u nitrilnim rukavicama i uz provjetravanje; smola se ne izlijeva u odvod nego se ostatak izloži svjetlu da skrutne i zbrine kao kruti otpad. Isto vrijedi i za alkohol iz pranja, koji nakon nekoliko upotreba sadrži otopljenu smolu.
Kod stereolitografije posao ne završava vađenjem dijela iz stroja — završava nakon pranja i naknadnoga osvjetljavanja. Tko taj dio izostavi, dobiva ljepljiv i mekan komad koji za nekoliko tjedana promijeni mjeru.
Klikni korak.
Dio se gotovo nikada ne postavlja ravno na platformu. Nagib od petnaest do trideset stupnjeva postiže tri stvari odjednom: smanjuje površinu presjeka koja se u svakome sloju odvaja od folije, omogućuje smoli da otječe iz šupljina i pomiče trag potpora na plohu koja nije vidljiva.
Potpore su kod ovoga postupka tanke i završavaju točkom promjera nekoliko desetinki milimetra. Nose malu masu, ali moraju izdržati silu odvajanja, koja kod velikih presjeka nije zanemariva. Postavljaju se ispod svih odvojenih otoka u sloju i ispod svih previsa, a izbjegavaju se na plohama koje ostaju vidljive.
Stereolitografija daje najfiniji detalj i najglađu plohu od svih aditivnih postupaka, a plaća se krhkošću dijela, obveznim pranjem i naknadnim osvjetljavanjem te rukovanjem smolom uz zaštitu. Kad je zadatak model, vodilica, izgorivi uzorak ili sitna geometrija, teško joj je naći zamjenu; kad je zadatak nosivi dio, treba pogledati u sljedeće jedinice ovoga modula.
Odgovor se zaključava nakon prvoga klika, uz objašnjenje zašto je točan.