Diseño para impresión 3D de resina SLA

Hola, me llamo Luis, un apasionado de la impresión 3d y aquí os dejo un post que espero que os sea entretenido 🙂.

La estereolitografía, también conocida como impresión SLA, es el proceso de fabricación de piezas o modelos tridimensionales (3D) curando resina líquida fotosensible con luz ultravioleta (UV). Tradicionalmente, la fuente de luz ultravioleta era un láser, pero las fuentes de luz ultravioleta de hoy en día incluyen proyectores de luz ultravioleta, proyectores de procesamiento de luz digital (DLP) y luz LED de estado sólido enfocada a través de una pantalla de cristal líquido (LCD). Independientemente de la fuente de luz ultravioleta, la resina líquida se endurecerá o curará capa por capa hasta que se produzca un componente plástico 3D sólido.

Las diferencias entre la impresión SLA y FFF / FDM (fabricación de filamentos fundidos / modelado de deposición fundida) a menudo dictan el caso de uso de cada tecnología. SLA es una excelente opción al imprimir formas orgánicas, modelos muy detallados y estructuras de celosía. El nivel de detalle que puede producir una impresora SLA depende de la integridad del punto del láser / integridad de la proyección de la imagen UV y de las propiedades de la resina. Este detalle es muy superior a los resultados tradicionales de FFF / FDM, especialmente en el rango de menos de 100 micrones. El propósito de este artículo es comunicar las mejores prácticas y técnicas de diseño que facilitarán el éxito en la impresión SLA. Para obtener más información sobre la impresión 3D SLA, consulte el Capítulo 12 de El manual de impresión 3D.

Diseñar para imprimir

Las paredes soportadas son paredes que están conectadas a otras estructuras en al menos dos lados. Esto mitiga la posibilidad de deformaciones. Las paredes de esta naturaleza deben diseñarse con un espesor mínimo de 0,5 mm (ver Figura 1).

Figura 1: Pared apoyada

Figura 1: Pared apoyada

Las paredes sin soporte son paredes conectadas al resto del modelo en menos de dos lados. Estas paredes tienen una alta probabilidad de deformarse o desprenderse, especialmente si la altura en la dirección z es grande. Estas paredes deben tener al menos 1.0 mm de espesor y estar diseñadas con bases fileteadas (donde la pared se conecta con el resto de la impresión) para reducir la tensión a lo largo de la junta (ver Figura 2).

Figura 2: Muro sin soporte

Figura 2: Muro sin soporte

Los voladizos son la pesadilla de la impresión FFF / FDM, pero plantean pocos problemas con la impresión SLA, siempre que el modelo se imprima con estructuras de soporte internas y externas adecuadas. La impresión sin soportes a menudo conduce a deformaciones de la impresión, pero si es necesario imprimir sin soportes, cualquier voladizo sin soporte debe mantenerse a menos de 1,0 mm de longitud y al menos a 19 grados de la horizontal (consulte la Figura 3).

Figura 3: Voladizos

Figura 3: Voladizos

Los detalles en relieve para incluir texto son características del modelo que se elevan por encima de la superficie. Deben tener al menos 0,1 mm de altura por encima de la superficie de la impresión para garantizar que los detalles sean visibles.

Los detalles grabados para incluir texto son características que están empotradas en la superficie del modelo. Estos detalles corren el riesgo de fusionarse con el resto del modelo si son demasiado pequeños. Como resultado, estos detalles deben tener al menos 0.4 mm de ancho y al menos 0.4 mm desde la superficie del modelo hasta el detalle empotrado (ver Figura 4).

Figura 4: Grabado y relieve

Figura 4: Grabado y relieve

Los puentes horizontales entre dos puntos en un modelo se pueden imprimir correctamente, pero cuanto más ancho sea el puente, más corto será el tramo (menos de 21 mm). Los puentes anchos tienen un área de contacto mayor en el eje z, lo que aumenta la posibilidad de fallas de impresión durante el pelado (consulte la Figura 5).

Figura 5: Puente

Figura 5: Puente

Los orificios con un diámetro inferior a 0,5 mm en los ejes x, y y z pueden cerrarse durante la impresión. Es mejor mantener diámetros de orificio superiores a 1,0 mm y mejor si es superior a 2,00 mm (consulte la Figura 6).

Figura 6: Agujeros

Figura 6: Agujeros

Orientación

Tras la orientación de una pieza para la impresión SLA, la mayor preocupación es el área de la sección transversal del eje Z. Las fuerzas involucradas en adherir una impresión al cabezal de construcción y no despegar o pegar a la superficie del PDMS o FEP están directamente relacionadas con el área de la sección transversal de la impresión. Teniendo esto en cuenta, las piezas normalmente se imprimen en un ángulo (generalmente de 45 grados) con el cabezal de construcción para maximizar la huella y minimizar la densidad en las geometrías a lo largo del eje z. Esto a menudo requiere el uso de más estructuras de soporte en comparación con la impresión FDM / FFF. Como resultado, minimizar el soporte no es el objetivo ni el factor limitante en la impresión SLA, pero debe usarse generosamente durante el proceso de impresión.

Isotropía

Las piezas impresas SLA son uniformes con las mismas propiedades mecánicas en todas las orientaciones. Dado que las capas se unen químicamente entre sí a medida que se imprimen, los resultados son propiedades físicas y mecánicas casi idénticas en todas las direcciones. Ya sea que la pieza se imprima en paralelo o perpendicular al cabezal de construcción, las propiedades del material resultante no se ven afectadas de manera notable.

Resolución

El proceso SLA logra una resolución mucho más alta que el proceso FFF / FDM ya que utiliza una fuente de luz láser / UV para curar la resina. La resolución en el plano horizontal o XY depende del tamaño del punto del láser o de la claridad de la imagen UV y puede oscilar entre 30 y 140 micrones. Contrariamente a las afirmaciones del fabricante, este es un parámetro que no se puede ajustar.

La resolución vertical varía de 25 a 200 micrones. Esto se controla mediante la configuración de la altura de la capa en la cortadora y es una compensación entre la velocidad de impresión y la calidad. Para una pieza que tiene radios mínimos y detalles finos, hay poca diferencia visual entre una impresión de 25 micrones y 100 micrones. Esto contrasta con una máquina FFF / FDM tradicional con alturas de capa típicas de entre 100 y 350 micrones.

Ahuecar y ahuecar

El proceso de SLA da como resultado un modelo sólido y denso. Sin embargo, si la impresión no se va a utilizar como parte funcional, ahuecar el modelo reduce significativamente la cantidad de material necesario, así como el tiempo de impresión. Se recomienda que las paredes de una impresión hueca tengan al menos 2 mm de grosor para reducir el riesgo de fallas durante la impresión.

Al imprimir una pieza hueca, se deben agregar orificios de drenaje para evitar la retención de resina sin curar en la impresión final. La resina sin curar crea desequilibrios de presión dentro de la cámara hueca que resultan en lo que se conoce como ventosas. Con el ahuecamiento, las pequeñas fallas, incluidas las grietas y los agujeros, se propagan por toda la impresión. Si no se corrige, el resultado es una falla de impresión / pieza. Como resultado, los orificios de drenaje de resina deben modelarse en el CAD o el software de corte. Estos orificios deben tener al menos 4.0 mm de diámetro, con un mínimo de un orificio por sección hueca.

Ensambles

Obtener el espacio libre correcto para el ensamblaje de componentes estáticos o móviles es siempre un desafío en la impresión 3D. Para tener la mejor posibilidad de éxito, utilice un espacio libre de 0,5 mm entre las piezas móviles, un espacio libre de 0,2 mm para las conexiones de montaje y un espacio libre de 0,1 mm para las conexiones de empuje a fin de lograr un ajuste perfecto.

Cada método de fabricación tiene sus criterios y limitaciones de diseño, y la impresión 3D SLA no es diferente. Esperamos que con la ayuda de este artículo esté en camino de crear los modelos perfectos de SLA 3D. Si tiene alguna pregunta o siente que hay algo que considera importante para su proceso de diseño que no se ha mencionado aquí, nos encantaría escucharlo en los comentarios a continuación.

¡Feliz diseño!

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