Begrepet stereolitografi, SLA, kom til i 1986 av oppfinneren Chuck Hull. Han patenterte samme år en metode og en tilvirkningsteknikk for å produsere solide objekter ved å bygge det opp lag for lag i et materiale som herder når det utsettes for UV-lys.
Hulls patent beskriver en konsentrert stråle fra en UV-lampe som fokuserer mot overflaten på en flytende polymer. Denne polymer fylles opp i en tank. UV-lyset markerer det objekt som skal produseres på overflaten, som stivner i et lag. Når ett lag er klart senkes det ned et hakk i beholderen. Deretter legges et nytt lag flytende polymer over det foregående. Nå kan neste lag eksponeres. Når dette stivner hefter det fast i foregående lag. Typisk tykkelse for ett lag er mellom 0,015–0,15 millimeter. Den ferdige modellen vaskes deretter med kjemikalier for å fjerne polymervæske. Deretter herdes geometrien i en UV-ovn.
En av fordelene med SLA-teknikken er produksjonshastigheten. Funksjonelle deler kan lages på et par timer opp til en dag, avhengig av kompleksitet og størrelse. Den gjennomsnittelige byggoverflaten ligger på 50 x 50 x 60 centimeter. Det finnes større modeller, som Mammoth, med en byggoverflate på 210 x 70 x 80 centimeter. Flytende polymer koster cirka 1000–2500 kroner per liter og maskinene fra 700 000 opp til 9 millioner kroner. Det finnes også et par mindre modeller med liknende teknikk utviklet for hjemmebruk – Ilios HD fra OS-RC og Form 1 fra Formlabs. Det ska dog poengteres at disse ikke er SLA-maskiner ettersom begrepet SLA er et registrert varemerke for 3D Systems.
Slik benytter Prototal SLA-teknikken
Tjenesteleverandøren Prototal er en av pionerene i Sverige med SLA. Foretaket ble grunnlagt av personalet gjennom et utkjøp fra Electrolux i 1999 og da var SLA-teknikken foretakets basis.
Allerede i 1989 hadde avdelingen sin første SLA-maskin, det var den tredje i verden (den første i Europa). Deretter har foretaket fulgt utviklingen og investert i nye maskiner og materialer for å ligge i forkant teknologimessig.
Kundene finnes i de fleste bransjer, som kjøretøy, medisin, fly, militær, husholdningsprodukter, industri, elektronikk. Kundene er hovedsakelig innen Norden og alle har forskjellige krav, hvilket påvirker utviklingen av detaljene. Brorparten av det man produserer er ikke sluttkundeprodukter.
– I dag er hoveddelen av de detaljer som vi lager i våre additive maskiner rene prototyper, sier Jonas Sandwall, markedsansvarlig hos Prototal. Likevel har vi et antall produkter som vi serieproduserer i maskinene. Det kan dels være detaljer med en slik konstruksjon og antall at andre metoder er ulønnsom eller umulig. Det kan også være individtilpassede produkter der hver modell er helt unik selv om de inngår i et visst konsept.
Prototal har i dag et bredt utvalg av produksjonsteknikker innen additiv tilvirkning, med fire SLA-maskiner, seks SLS-maskiner og en ZPrinter for additiv tilvirkning. Disse befinner seg hos foretaket i Jönköping, i Bromma og hos datterselskapet Prototal PDS i Vinninga utenfor Lidköping.
– Det som styrer metodevalg er helt og holdent hva våre kunder skal anvende dem til og hvilke slags beslutninger de skal ta ut fra modellene.
– Om det bare er en visuell modell for å få en følelse om størrelse og form og uten krav på holdbarhet så anbefaler vi ofte en modell via Zprinteren. Om kunden vil ha høy detaljrikhet, fine toleranser og glatte overflater så anbefaler vi en SLA-modell. Om man i stedet har høyere krav på holdbarhet og vil gjøre tøffere funksjonsprøver så anbefaler vi en SLS-modell. Til tross for dette så kan unike krav gjøre at man avviker fra ovenstående.
I både SLA og SLS-maskinene er det mulig å bytte materiale for å fremstille prototyper og seriedetaljer i materialer med ulike egenskaper.
– Vi har i dag to hovedmaterialer innen SLA som vi selv benytter oss av. Det ene er fargeløst og heter ClearVue, hvilket er ideelt for transparente prototyper, og det andre er hvitt og heter NeXt. Begge materialene er fleksible, hvilket gjør at klikk-funksjoner kan prøves. NeXt er litt seigere, noe som kan være bra i visse applikasjoner. Det fargeløse materialet er mer lettflytende, hvilket gjør at detaljrikheten er høyere.
– Det finnes også materialer med enda mer unike egenskaper, f.eks. lav e-modul hvilket gjør dem meget fleksible, det finnes også materialer med iblandet kompositt, hvilket gir dem veldig høy vri-stivhet. Dette anvendes blant annet innen Formel 1 industrien. Det finnes også materialer med høy temperaturtoleranse. Etterspørselen på slike materialer er imidlertid ganske lav i dag, noe som gjør det vanskeligere å motivere innledende fyll av de væskene som alltid behøves i SLA-maskinene.
Prototal ser flere fordeler med SLA-teknikken. Blant de fremste er det den høye oppløsningen, de fine toleransene, de fine overflatene og den korte leveransetiden.
SLA-TEKNIKKEN, TRINN FOR TRINN
• Utgangpunkt er alltid en solidmodell eller tett overflatemodell i 3D CAD.
• Forenkling og konvertering gjøres til en .stl-fil. Filen beskriver modellen som en fasettert tredimensjonal kropp, ved å erstatta indre og ytre overflater med nettverk av triangler.
• Avvikelsen mellom triangelsidene og den nominelle modelloverflaten kan styres med hjelp av parametre, såkalt cord height eller maximum facet deviation. Denne stilles vanligvis inn til 0,01 millimeter. Jo større verdi, desto grovere triangulering.
• Orientering av filen og sjiktning i høydeledd med 0,025 – 0,15 millimeters lagtykkelse. Resultatet blir en mengde polygoner med ett sjikts tykkelse stablet på hverandre og samlet i en såkalt byggfil. Det er denne filen som deretter tolkes av SLA-maskinen.
• SLA-maskinen styrer en UV-laser etter informasjonen i byggfilen og gjør en selektiv herding av fotopolymervæske etter lag-på-lag-prinsippet.
• Den ferdige modellen vaskes ren fra uherdet væske, etterbehandles i UV-ovn for å sikre gjennomherding og kan deretter etterbearbeides til ønsket finish.
