Begreppet stereolitografi, SLA, myntades 1986 av uppfinnaren Chuck Hull. Han patenterade samma år en metod och en tillverkningsteknik för att producera solida objekt genom att bygga det lager för lager i ett material som härdar när det utsätts för UV-ljus.
Hulls patent beskriver en koncentrerad stråle från en UV-lampa som fokuserar mot ytan på en flytande polymer. Denna polymer fylls upp i en tank. UV-ljuset markerar det objekt som ska produceras på ytan, som stelnar i ett lager. När ett lager är klart sänks det ned ett snäpp i behållaren. Därefter läggs ett nytt lager flytande polymer över det föregående. Nu kan nästa lager exponeras. När detta stelnar häftar det fast i föregående lager. Typisk tjocklek för ett lager är mellan 0,015–0,15 millimeter. Den färdiga modellen tvättas sedan med kemikalier för att bli av med polymervätska. Därefter härdas geometrin i en UV-ugn.
En av fördelarna med SLA-tekniken är produktionshastigheten. Funktionella delar kan tillverkas på ett par timmar upp till en dag beroende på komplexitet och storlek. Den genomsnittliga byggytan ligger på 50 x 50 x 60 centimeter. Det finns större modeller, som Mammoth, med en byggyta på 210 x 70 x 80 centimeter. Flytande polymer kostar cirka 1000–2500 kronor per liter och maskinerna från 700 000 upp till 9 miljoner kronor. Dock finns det ett par mindre modeller med liknande teknik framtagna för hemmabruk – Ilios HD från OS-RC och Form 1 från Formlabs. Det ska dock poängteras att dessa inte är SLA-maskiner eftersom begreppet SLA är ett registrerat varumärke för 3D Systems.
Så använder Prototal SLA-tekniken
Tjänsteleverantören Prototal är en av pionjärerna i Sverige med SLA. Företaget grundades av personalen genom ett utköp från Electrolux 1999 och då var SLA-tekniken företagets bas.
Redan 1989 hade avdelningen sin första SLA-maskin, det var den tredje i världen (den första i Europa). Därefter har företaget följt utvecklingen och investerat i nya maskiner och material för att ligga i framkant teknikmässigt.
Kunderna återfinns i de flesta branscher, som fordon, medicin, flyg, militär, hushållsprodukter, industri, elektronik. Kunderna finns i huvudsak inom Norden och alla har olika krav, vilket påverkar framtagningen av detaljerna. Lejonparten av det man producerar är inte slutkundsprodukter.
– Idag är huvuddelen av de detaljer som vi tillverkar i våra additiva maskiner rena prototyper, säger Jonas Sandwall, marknadsansvarig på Prototal. Dock har vi ett antal produkter som vi serieproducerar i maskinerna. Det kan dels vara detaljer med sådan konstruktion och antal att annan metod är olönsam eller omöjlig. Det kan också vara individanpassade produkter där varje modell är helt unik fast de ryms inom ett visst koncept.
Prototal har idag ett brett utbud av produktionsteknik inom additiv tillverkning, med fyra SLA-maskiner, sex SLS-maskiner och en ZPrinter för additiv tillverkning. Dessa finns hos företaget i Jönköping, i Bromma och hos dotterbolaget Prototal PDS i Vinninga utanför Lidköping.
– Det som styr metodval är helt och hållet vad våra kunder ska använda dem till och vilka slags beslut de ska ta utifrån modellerna.
– Om det enbart är en visuell modell för att få en känsla kring storlek och form och utan krav på hållfasthet så rekommenderar vi ofta en modell via Zprintern. Om kund vill ha hög detaljrikedom, fina toleranser och släta ytor så rekommenderar vi en SLA-modell. Om man istället har högre krav på hållfasthet och vill göra tuffare funktionsprover så rekommenderar vi en SLS-modell. Dock kan unika krav göra att man frångår ovan.
I både SLA och SLS-maskinerna går det att byta material för att tillverka prototyper och seriedetaljer i material med olika egenskaper.
– Vi har idag två huvudmaterial inom SLA som vi själva använder oss av. Det ena är färglöst och heter ClearVue, vilket är idealiskt för transparenta prototyper, och det andra är vitt och heter NeXt. Båda material är flexibla vilket gör att även snäppfunktioner kan provas. NeXt är dock lite segare vilket kan vara bra i vissa applikationer. Det färglösa materialet är mer lättflytande vilket gör att detaljrikedomen är högre.
– Det finns också material med än mer unika egenskaper, t ex låg e-modul vilket gör dem mycket flexibla, det finns också material med iblandad komposit vilket ger dem väldigt hög vridstyvhet. Detta används bland annat inom Formel 1 industrin. Det finns också material med hög temperaturtålighet. Efterfrågan på sådana material är dock i dagsläget ganska låg vilket gör det svårare att motivera ett initialfyll av det vätskekar som alltid behövs i SLA-maskinerna.
Prototal ser flera fördelar med SLA-tekniken. Bland de främsta är det den höga upplösningen, de fina toleranserna, de fina ytorna och den korta leveranstiden.
SLA-TEKNIKEN, STEG FÖR STEG
• Utgångpunkt är alltid en solidmodell eller tät ytmodell i 3D CAD.
• Förenkling och översättning görs till en .stl-fil. Filen beskriver modellen som en facetterad tredimensionell kropp, genom att ersätta inre och yttre ytor med nätverk av trianglar.
• Avvikelsen mellan triangelsidorna och den nominella modellytan kan styras med hjälp av parametrar, så kallad cord height eller maximum facet deviation. Denna ställs vanligen ställs in till 0,01 millimeter. Ju större värde, desto grövre triangulering.
• Orientering av filen och skiktning i höjdled med 0,025 – 0,15 millimeters lagertjocklek. Resultatet blir en mängd polygoner med ett skikts tjocklek staplade på varandra och samlade i en så kallad byggfil. Det är denna fil som sedan tolkas av SLA-maskinen.
• SLA-maskinen styr en UV-laser efter informationen i byggfilen och gör en selektiv härdning av fotopolymervätska enligt lager på lager-principen.
• Den färdiga modellen tvättas ren från ohärdad vätska, efterbehandlas i UV-ugn för att säkerställa genomhärdning och kan sedan efterbearbetas till önskad finish.
