Stéréolithographie (SLA) :un guide complet sur la technologie, les matériaux et les avantages de l'impression 3D

La SLA (stéréolithographie) a été l’une des premières technologies d’impression 3D à être commercialisée. Il utilise de l'acrylique ou d'autres résines qui doivent être durcies à l'aide d'un laser ultraviolet (UV). La technologie a été réinterprétée de diverses manières. Sa sélection de matériaux s'est également considérablement élargie :vous pouvez désormais trouver des options de résine rigides, flexibles, résistantes à la chaleur, résistantes aux produits chimiques, biocompatibles et autres. Xometry cite instantanément ce processus, et ce depuis 2018. C'est l'un de nos processus d'impression 3D les plus populaires.

Le processus SLA prend un modèle 3D d'un composant et le transforme en plastique solide. Le modèle informatique est d’abord « découpé » numériquement en couches afin que l’imprimante puisse méthodiquement relier chaque tranche à celle qui la précède. Les machines SLA impriment des pièces prototypes, des composants de test, des aides médicales, des outils, des éprouvettes cosmétiques et bien plus encore.

Cet article fournit une compréhension générale des avantages, des matériaux, des applications et bien plus encore de la technologie SLA.

Qu'est-ce que l'impression 3D SLA ?

SLA est un processus d'impression 3D qui utilise un laser UV à balayage pour durcir la couche superficielle de résine photosensible. La résine est fournie dans un bain et, dans la grande majorité des machines SLA, la pièce est construite à l'envers. À chaque couche, la plaque de construction se déplace vers le haut, donnant l'impression que la pièce sort du polymère liquide. La machine doit également imprimer les structures de support nécessaires pour supporter les surplombs au sein de la conception. 

Les photopolymères sensibles aux UV utilisés dans le processus sont collectivement appelés « résines ». Ce sont des monomères acryliques photocatalysés qui se réticulent lorsqu'ils sont exposés à la lumière laser UV. Ce principe permet à la machine de créer des détails aussi petits que la largeur du faisceau laser. 

Les modèles SLA sont parfois imprimés dans un état partiellement durci. Ces modèles nécessitent un post-traitement sous forme d'exposition supplémentaire aux UV pour terminer le processus de réticulation. Cette étape supplémentaire du processus permet d’éliminer la résine partiellement solidifiée qui n’a pas complètement durci en raison de la rétrodiffusion et de la diffraction du faisceau UV. Que le post-durcissement soit effectué ou non, toutes les pièces doivent être lavées une fois l'impression terminée pour éliminer la résine de surface. Le lavage se fait généralement dans un bain d'alcool isopropylique. Le retrait de l'échafaudage du support imprimé a lieu ensuite.

Pour plus d'informations, consultez notre article sur tout ce qui concerne l'impression 3D.

Étiquettes imprimées SLA

Qu'est-ce que la source de lumière pour l'impression 3D SLA ?

La source lumineuse d’impression 3D SLA est un laser UV qui agit comme mécanisme de durcissement de la machine de stéréolithographie. Cette source de lumière est précisément adaptée au catalyseur utilisé dans la résine. Cependant, différents fabricants utilisent des longueurs d'onde différentes. Le laser SLA le plus courant est un système de diode laser d'une longueur d'onde de 395 µm. Il produit 300 à 500 mW de puissance dans le faisceau collimaté sur un diamètre d’environ 300 µm. Une variété d'autres sources de lumière laser peuvent être trouvées dans certains équipements, avec des catalyseurs adaptés à leur gamme de fréquences. D'autres types de sources de lumière UV sont utilisés en stéréolithographie couche entière. Ces lampes utilisent soit un projecteur constitué de miroirs microscopiques (dans le cas du traitement numérique de la lumière ou des imprimantes DLP), soit un masque LCD (généralement appelé stéréolithographie masquée ou MSLA).

Où l'impression 3D SLA est-elle utilisée ?

L'impression 3D SLA est utilisée pour des applications telles que :

• Prototypage : Puisqu'elles peuvent inclure des détails fins, les pièces imprimées en SLA peuvent être utilisées comme modèles de tests techniques.
• Fabrication : SLA crée des éléments fonctionnels pour les situations qui n'exigent pas beaucoup de résilience au stress.
• Ingénierie et conception de produits : Les pièces SLA peuvent être finies et peintes à la main pour créer des prototypes de pré-outillage de qualité.
• Bijoux : Les machines SLA peuvent créer des articles de test cosmétique pour les bijoutiers.
• Travaux dentaires : SLA peut créer divers produits dentaires, notamment des tissus mous, des dents, des implants osseux et des cavités de moulage pour le moulage en polyuréthane et en silicone.
• Soins de santé : Les processus SLA permettent de fabriquer des implants médicaux à l'aide de matériaux spécialisés.

SLA — ainsi que l'impression 3D carbone DLS et PolyJet — utilise des résines liquides photodurcissantes au lieu de poudres ou de filaments. Une couche très fine, très uniforme et entièrement dense de résine liquide est étalée pour chaque couche. Ainsi, même avec la même épaisseur de couche, les impressions SLA auront une finition de surface beaucoup plus lisse, sans marques d'extrusion ni couches de surface poudreuses.

Christian Tsu-Raun

Chef d'équipe, devis manuels

Quels matériaux sont utilisés dans l'impression 3D SLA ?

Les imprimantes 3D SLA peuvent imprimer en utilisant ces matériaux :

1. Résines acryliques à usage général : Ces matériaux sont disponibles dans différentes duretés et transparences.
2. Élastomères de polyuréthane flexibles : Utilisé pour les pièces flexibles.
3. Polyuréthanes rigides : Ceux-ci ont une bonne valeur esthétique, sont plus durables que les matériaux à usage général et conviennent bien aux essais de produits ou aux prototypes.
4. Résines rigides  : Ils sont chimiquement et thermiquement stables et adaptés aux pièces de test technique.
5. Résines dentaires et médicales : Ces résines sont médicalement sûres et permettent des constructions plus rapides, des finitions de qualité et des objets transparents comme des protège-dents, des attelles, etc.
6. Résines ESD : Ces résines conviennent à la fabrication de gabarits de fabrication à sécurité électrostatique.

Un logo SLA Xometry réalisé avec le matériau Accura Xtreme Grey

Quand la première impression 3D SLA a-t-elle été utilisée ?

L'impression 3D SLA a été créée dans les années 1980 par Hideo Kodama. Il a été le premier à utiliser des polymères durcis aux UV pour « imprimer » de fines tranches de plastique à partir d’un bain de résine non durcie. En 1984, Chuck Hull a baptisé le procédé stéréolithographie et a obtenu un brevet. Ce brevet protégeait une « méthode de création d'objets 3D » en superposant des « tranches » séquentielles et mutuellement liées de l'objet.

Le laser UV de la machine joue un rôle déterminant dans la création de détails précis avec des résolutions serrées. Il balaie la surface du pool de résine, induisant des réticulations au sein du matériau. SLA a représenté le premier processus de fabrication additive réussi à utiliser des tranches en couches. La technologie a été commercialisée entre le milieu et la fin des années 80 sous la société 3D Systems.

Comment fonctionne l'impression 3D SLA

L'impression 3D SLA fonctionne en déplaçant un laser UV dans le plan X-Y. La lumière UV déclenche des catalyseurs dans la résine monomère liquide. La plaque d'impression commence à la surface du pool de résine, et les régions où le laser frappe à la fois la résine et la surface de la plaque solide sont ensuite polymérisées et fixées à la plaque de construction. Une fois cette « couche » terminée, la plaque de construction monte, permettant à la couche suivante de se fixer à la précédente. En répétant ce processus, la pièce semblera sortir du pool liquide. Les impressions commencent généralement par le bas de la pièce et la pièce est imprimée à l’envers. 

Une fois retirée, la pièce doit être lavée pour éliminer toute résine non durcie. Les éventuels éléments d'échafaudage de support peuvent alors être découpés. 

Quels sont les paramètres d'impression de SLA Printing ?

Les paramètres d’impression d’une machine SLA sont généralement fixés par les fabricants. Seules l'orientation de la pièce et la hauteur des couches peuvent être modifiées. Le tableau 1 ci-dessous présente une comparaison des deux orientations courantes des imprimantes SLA :

Paramètre Imprimantes SLA ascendantes (ordinateur de bureau) Imprimantes SLA descendantes (industrielles)

Paramètre

Hauteur de couche typique

Imprimantes SLA ascendantes (ordinateur de bureau)

25 à 100 µm

Imprimantes SLA descendantes (industrielles)

25 à 150 µm

Paramètre

Précision dimensionnelle

Imprimantes SLA ascendantes (ordinateur de bureau)

± 0,5 % (limite inférieure :± 0,010 à 0,250 mm)

Imprimantes SLA descendantes (industrielles)

± 0,15 % (limite inférieure :± 0,010 à 0,030 mm)

Paramètre

Taille de construction

Imprimantes SLA ascendantes (ordinateur de bureau)

Jusqu'à 145 x 145 x 175 mm

Imprimantes SLA descendantes (industrielles)

Jusqu'à 1 500 x 750 x 500 mm

Tableau 1. Caractéristiques de l'imprimante SLA

Qu'est-ce qui distingue l'impression 3D SLA ?

SLA se distingue des autres systèmes et procédés d’impression 3D par sa large gamme de matériaux aux propriétés et qualités cosmétiques très diverses. Les matériaux SLA se sont considérablement améliorés et diversifiés depuis leur première apparition sur le marché. Un autre facteur distinctif du SLA est sa finition de surface, l'une des normes les plus élevées du secteur. Les plus grandes machines SLA ont été conçues pour l'industrie automobile et peuvent construire des panneaux de carrosserie entiers, des tableaux de bord, etc.

Quelles sont les options disponibles pour le post-traitement SLA ?

Le post-traitement SLA commence par l’élimination de la résine « humide » non durcie. Les imprimantes ascendantes doivent être vidangées avant le post-traitement, tandis que les équipements descendants ne nécessitent pas un tel délai. Dans les deux cas, les pièces doivent toutefois être lavées pour éliminer tout liquide restant. Bien que le lavage manuel en cabine de peinture soit encore courant, des solutions automatiques sont commercialisées pour cette étape de lavage. Certaines résines nécessitent un post-durcissement supplémentaire sous rayonnement UV. Une fois terminés, les échafaudages de support sont ensuite retirés manuellement ou par un équipement automatisé. À ce stade, les modèles sont généralement considérés comme complets. Tout traitement ultérieur tel que le ponçage ou la peinture vise généralement à améliorer l'apparence cosmétique de la pièce.

Quels sont certains des avantages de l'impression 3D SLA ?

L’impression 3D SLA offre de nombreux avantages. Ceux-ci sont présentés dans le tableau 2 :

Avantages

Avantages

Propriétés des matériaux

Le SLA possède une large gamme de propriétés matérielles, en fonction du fournisseur.

Avantages

Flexibilité

Peu de procédés d’impression 3D peuvent proposer des matériaux pseudo-élastomères, mais le SLA est une bonne option pour cela. 

Avantages

Finitions de surface des pièces

SLA produit des pièces avec d'excellentes finitions de surface. Ils conviennent aux finitions haut de gamme et acceptent également facilement la peinture.

Avantages

Détails fins des pièces

Le SLA est bon pour les détails fins à condition que le bon équipement, la bonne résine et le bon fournisseur de services soient choisis. Des fonctionnalités jusqu'à 0,1 mm sont faciles à réaliser.

Avantages

Uniformité de résolution

Le SLA a une haute résolution le long de l’axe Z, mais moins en X-Y. Le soin apporté à la sélection du processus et à l'orientation de la construction est important.

Avantages

Production de pièces complexes

SLA peut reproduire avec précision des pièces complexes.

Avantages

Surfaces courbes

Les marches en Z sur les surfaces courbes sont à peine détectables.

Avantages

Processus d'impression

Le processus d'impression peut être rapide, à condition que la pièce dans son ensemble ne soit pas trop haute le long de l'axe Z de l'imprimante.

Tableau 2. Avantages de l'impression 3D SLA

Quels sont certains des inconvénients de l'impression 3D SLA ?

Les inconvénients des machines SLA sont présentés dans le tableau 3 :

Inconvénients Description

Inconvénients

Coût élevé des pièces

Description

La résine d'impression coûte 200 $ le litre.

Inconvénients

Résistance à l'usure

Description

La plupart des matériaux SLA fonctionnent mal dans des situations d'abrasion ou de frottement, ils ne doivent donc pas être utilisés dans des assemblages mobiles. Les matériaux SLA à haute résistance sont meilleurs mais coûtent plus cher.

Inconvénients

Coût élevé de l'équipement

Description

Les machines industrielles SLA coûtent 200 000 $, tandis que les machines de bureau moins performantes commencent à 3 750 $.

Inconvénients

Système basé sur le laser

Description

Les systèmes basés sur le laser nécessitent une surveillance et une formation de sécurité très minutieuses.

Inconvénients

Maintenance exigeante des machines

Description

Les lasers et la résine liquide rendent la maintenance des machines exigeante ou difficile à réaliser.

Inconvénients

Résolution différente

Description

Étant donné que la résolution dans le plan X-Y est différente de celle le long de l'axe Z, certains détails fins peuvent ne pas ressortir correctement.

Inconvénients

Propriétés sélectives des matériaux

Description

Les pièces fabriquées à partir de résines plus simples et plus courantes ont tendance à être fragiles et peuvent glisser sous une charge constante.

Tableau 3. Inconvénients de l'impression 3D SLA

L'impression 3D SLA est-elle adaptée à votre composant ou projet ?

Dans la plupart des cas, la réponse est oui. L'impression 3D SLA s'adapte à une grande variété de projets. Les opérateurs doivent simplement choisir les bons matériaux pour le travail. Mais la tâche de sélection d’une technologie d’impression 3D est un processus difficile; de nombreux styles ont des exigences et des capacités qui se chevauchent. Le SLA est idéal pour les pièces nécessitant des surfaces lisses, des détails fins et une haute résolution.

Résumé

Xometry offre une large gamme de capacités de fabrication, notamment un service d'impression 3D par stéréolithographie (SLA) et des services à valeur ajoutée pour tous vos besoins de prototypage et de production. Demandez un devis instantané dès aujourd'hui.

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Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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