Stampa 3D: Stereolitografia SLA – Parte 1: Tecnica

Rubrica: Prototipazione rapida

Titolo o argomento: Stampa 3D di tipo Liquid-Based

Tecnica

La Stereolitografia SLA (StereoLitographic Apparatus) è una tecnica di stampa 3D introdotta da 3D Systems nel 1988, essa permette di realizzare oggetti in plastica direttamente dai dati forniti dal file CAD e convertiti in un formato denominato STL (Stereolithographic file). Il processo inizia in una vasca nella quale viene immessa una resina liquida fotosensibile. All’interno della vasca è immerso un elevatore che, inizialmente, è  posto appena sotto il livello della resina fotosensibile ed è dotato di supporti atti a sostenere il pezzo che verrà realizzato.

L’operatore carica un file CAD che un sistema di traduzione converte in automatico in STL dopodiché l’unità centrale provvede a tagliare il modello 3D in sezioni (operazione di slicing) da 0,025mm fino ad un massimo di 0,5mm di spessore. Il computer controlla un sistema ottico basato su laser che va a polimerizzare, solidificando, uno strato di resina per volta; ogni strato corrisponde alla relativa sezione 2D in cui è stato suddiviso il modello. L’elevatore si abbassa di uno strato, ogni volta che una sezione 2D è stata ultimata, fino ad immergere l’intero prototipo al suo completamento. In questo modo c’è sempre uno strato di resina liquida pronta a polimerizzare nella parte superiore esposta al raggio laser.

Una lama, posta sulla superficie della resina, pulisce e riprepara lo strato successivo di resina in modo omogeneo per la polimerizzazione seguente (un po’ come se stendeste con una spatola il miele o una crema all’interno di una formina metallica per torte). Ora il laser può disegnare il nuovo strato. Al termine del processo il modello 3D fisico ottenuto viene estratto dalla vasca e sottoposto a pulizia dall’eccesso di polimeri.

I componenti principali dell’impianto sono: il computer (con il relativo software a corredo), l’unità centrale (controller), il pannello di controllo, il sistema laser (con la relativa ottica), la vasca, il sostegno elevatore (con i relativi supporti) e la lama di ripristino e omogeneizzazione dello strato superficiale.

Continua…

Video

Trovate un interessante video sulla stampa SLA professionale al seguente link:
https://www.youtube.com/watch?v=Gs5R3PHavSI

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Stampa 3D: Stereolitografia SLA – Parte 4: Esempi ed applicazioni

Passaggio laser su resina fotopolimerica

Osservando il bagno di resina fotopolimerica si notano i rapidi movimenti
del laser intento a polimerizzare il nuovo strato.
Image’s copyright: 3dsystems.com

Estrazione pezzo da fotopolimerizzazione resina - Stampa 3d SLA Stereolitografica

Il sollevatore estrae il pezzo fotopolimerizzato dal bagno di resina.
Image’s copyright: 3dsystems.com

Prototipazione per addizione di materiale

Rubrica: Prototipazione rapida
Titolo o argomento: Panoramica della logica di prototipazione per addizione di materiale

La prototipazione rapida mediante stampa 3D consiste in un insieme di processi volti a realizzare modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale che viene suddiviso digitalmente in strati. Diversamente dalle tradizionali macchine per asportazione di truciolo, che operano una sottrazione successiva di materiale da un blocco nel quale è contenuta la forma che si vuole ricavare, i sistemi di prototipazione rapida fabbricano strati successivi di materiali  che possono essere costituiti di volta in volta da liquidi, polveri, fili o laminati. Strato dopo strato, queste macchine ricostruiscono l’oggetto che rappresenta il modello matematico di partenza. Per questa ragione tale tecnologia produttiva è anche nota come Layer Manufacturing.

Il prototipo viene disegnato tramite sistemi CAd 3D e poi convertito in un formato compatibile con il tipo di macchinario che si va ad utilizzare. Lo standard grafico attuale è il “Solid to layer” o STL. Questo formato prevede la tassellizzazione (o mesh) delle superfici interna ed esterna del pezzo attraverso poligoni triangolari. L’approssimazione di superfici curve attraverso facce triangolari introduce inevitabilmente un errore, valutato misurando la distanza tra il baricentro del triangolo e la superficie originaria. E’ possibile aumentare la densità dei triangoli in presenza di una superficie curva del modello per raggiungere l’approssimazione richiesta (immagine in basso).

Si tratta di un formato molto semplice nel quale sono indicati per ogni triangolo le tre coordinate spaziali dei tre vertici ed i tre coseni direttori della normale esterna alla superficie così definita. Una volta ottenuto il file STL si opera su di esso con tre fondamentali passaggi: orientamento del pezzo, genrazione dei supporti, slicing.

Orientamento del pezzo

Permette di scegliere la direzione ottimale di crescita del prodotto. Questo influenzerà la precisione dimensionale, la finitura superficiale, i tempi ed i costi di produzione.

Generazione dei supporti

Fase necessaria quando si devono ad esempio sostenere eventuali parti a sbalzo. Il file inoltre deve essere sezionato con una serie di piani ortogonali alla direzione di crescita del modello in modo tale da ottenere le coordinate del contorno di ogni sezione (o layer).

Slicing

Operazione piuttosto critica che può essere uniforme o adattativa. Nel primo caso gli strati (o layer) vengono creati con spessore costante, mentre nel secondo caso lo spessore viene scelto layer per layer in funzione della curvatura superficiale. Nel secondo caso si ha indubbiamente una maggiore precisione ed un minore aspetto a gradini. Gli spessori possono variare da 0,05mm a 0,5mm a seconda della tecnologia che si andrà ad utilizzare. Viene infine generato il prototipo dalla macchina e rifinito eliminando i supporti atti a reggerlo, levigandolo e, se necessario, trattandolo per migliorarne le caratteristiche di robustezza.

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