Stéréolithographie (SLA) : guide complet de la technologie d'impression 3D, matériaux et avantages

La SLA (Stéréolithographie) fut parmi les premières technologies d'impression 3D à être commercialisées. Elle emploie des résines acryliques ou autres qui doivent être durcies à l'aide d'un laser ultraviolet (UV). La technologie a été réinterprétée de diverses manières. Sa sélection de matériaux a aussi significativement augmenté — vous pouvez maintenant trouver des options de résines rigides, flexibles, résistantes à la chaleur, résistantes aux produits chimiques, biocompatibles, et autres. Xometry propose des devis instantanés pour ce procédé depuis 2018. C'est l'un de nos procédés d'impression 3D les plus populaires.

Le processus SLA prend un modèle 3D d'un composant et le rend en plastique solide. Le modèle informatique est d'abord numériquement « tranché » en couches pour que l'imprimante puisse méthodiquement lier chaque tranche à celle d'avant. Les machines SLA impriment des pièces prototypes, composants de test, aides médicales, outils, pièces de test cosmétique, et bien plus.

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

Qu'est-ce que l'impression 3D SLA ?

La SLA est un processus d'impression 3D qui utilise un laser UV balayeur pour durcir la couche de surface de résine photosensible. La résine est fournie dans une cuve, et, dans la grande majorité des machines SLA, la pièce est construite à l'envers. À chaque couche, le plateau de construction monte, donnant l'impression que la pièce pousse hors du polymère liquide. La machine doit aussi imprimer les structures de support nécessaires pour soutenir les porte-à-faux dans le design.

Les photopolymères sensibles aux UV utilisés dans le processus sont collectivement appelés « résines ». Ce sont des monomères acryliques photo-catalysés qui deviennent réticulés 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 requièrent un post-traitement sous forme d'exposition UV supplémentaire pour compléter le processus de réticulation. Cette étape de processus additionnelle aide à éliminer la résine partiellement solidifiée qui n'a pas complètement durci à cause de la diffusion arrière et de la diffraction du faisceau UV. Que le post-durcissement soit effectué ou non, toutes les pièces doivent être lavées après la fin de l'impression pour enlever la résine de surface. Le lavage est généralement fait dans un bain d'alcool isopropylique. Le retrait de l'échafaudage de support imprimé a lieu après.

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

Étiquettes imprimées en SLA

Quelle est la source lumineuse de l'impression 3D SLA ?

La source lumineuse de l'impression 3D SLA est un laser UV qui agit comme mécanisme de durcissement de la machine de stéréolithographie. Cette source lumineuse est précisément accordée au catalyseur utilisé dans la résine. Cependant, différents fabricants utilisent différentes longueurs d'onde. Le laser SLA le plus courant est un système laser à diode de longueur d'onde 395 µm. Il produit 300-500 mW de puissance dans le faisceau qui est collimaté à un diamètre d'environ 300 µm. Une variété d'autres sources lumineuses laser peuvent être trouvées dans certains équipements, avec catalyseurs pour convenir à leur gamme de fréquence. D'autres types de sources de lumière UV sont utilisés en stéréolithographie par couche entière. Ces lampes emploient soit un projecteur fait de miroirs microscopiques (dans le cas des imprimantes à traitement numérique de lumière ou 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 de fins détails, les pièces imprimées en SLA peuvent être utilisées comme modèles de test d'ingénierie.
• Fabrication : La SLA crée des pièces fonctionnelles pour des situations qui n'exigent pas beaucoup de résilience au stress.
• Ingénierie et conception de produits : Les pièces SLA peuvent être finies à la main et peintes pour créer des prototypes de pré-outillage de qualité.
• Joaillerie : Les machines SLA peuvent construire des articles de test cosmétiques pour joailliers.
• Travaux dentaires : La SLA peut créer divers produits dentaires, y compris tissus mous, dents, matériaux d'implant osseux, et cavités de coulée pour moulage polyuréthane et silicone.
• Santé : Les processus SLA peuvent fabriquer des implants médicaux en utilisant des matériaux spécialisés.

La SLA — ainsi que le Carbon DLS et l'impression 3D PolyJet — utilise des résines liquides photodurcissables au lieu de poudres ou filaments. Une couche très fine, très uniforme, 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 ou couches de surface poudreuses.

Christian Tsu-Raun

Responsable 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 diverses duretés et transparences.
2. Élastomères polyuréthane flexibles : Utilisés pour des pièces flexibles.
3. Polyuréthanes rigides : Ceux-ci ont une bonne valeur cosmétique, sont plus durables que les matériaux à usage général, et sont bien adaptés pour pièces d'essai produit ou prototypes.
4. Résines rigides : Celles-ci sont chimiquement et thermiquement stables et adaptées aux pièces de test d'ingénierie.
5. Résines dentaires et médicales : Ces résines sont médicalement sûres et permettent des constructions plus rapides, finitions de qualité, et articles transparents comme gouttières, attelles, etc.
6. Résines ESD : Ces résines sont adaptées à la fabrication de gabarits électrostatiquement sûrs pour la fabrication.

Logo Xometry SLA fait avec le matériau Accura Xtreme Gray

Quand l'impression 3D SLA a-t-elle été utilisée pour la première fois ?

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

Le laser UV de la machine est instrumental pour faire des détails précis avec des résolutions serrées. Il balaye la surface du bassin de résine, induisant des réticulations dans le matériau. La SLA représentait le premier procédé de fabrication additive réussi à utiliser des tranches en couches. La technologie a été mise sur le marché au milieu ou fin des années 80 sous la compagnie, 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 les catalyseurs dans le monomère liquide de résine. Le plateau d'impression commence à la surface du bassin de résine, et les régions où le laser frappe à la fois la résine et la surface solide du plateau sont alors polymérisées et fixées au plateau de construction. Avec cette « couche » complète, le plateau de construction monte, permettant à la prochaine couche de s'attacher à la précédente. En répétant ce processus, la pièce apparaîtra pousser hors du bassin 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 enlever toute résine non durcie. Tous les éléments d'échafaudage de support peuvent alors être coupés.

Quels sont les paramètres d'impression SLA ?

Les paramètres d'impression d'une machine SLA sont généralement fixés par les fabricants. Seule l'orientation de la pièce et la hauteur de couche peuvent être changées. Le tableau 1 ci-dessous montre une comparaison des deux orientations courantes d'imprimante SLA :

Paramètre	Imprimantes SLA Bottom-up (Bureau)	Imprimantes SLA Top-down (Industrielles)
Hauteur de couche typique	25 à 100 µm	25 à 150 µm
Précision dimensionnelle	± 0,5 % (limite basse : ± 0,010 à 0,250 mm)	± 0,15 % (limite basse : ± 0,010 à 0,030 mm)
Taille de construction	Jusqu'à 145 x 145 x 175 mm	Jusqu'à 1500 x 750 x 500 mm

Tableau 1. Caractéristiques des imprimantes SLA

Ce qui distingue l'impression 3D SLA

La SLA se distingue des autres systèmes et processus d'impression 3D par sa large gamme de matériaux aux propriétés et qualités cosmétiques très diverses. Les matériaux SLA se sont améliorés et diversifiés significativement depuis leur apparition sur le marché. Un autre facteur distinctif pour la SLA est sa finition de surface — l'une des plus hautes normes de l'industrie. Les plus grandes machines SLA étaient conçues pour l'industrie automobile et peuvent construire des panneaux de carrosserie entiers, tableaux de bord, etc.

Quelles sont les options pour le post-traitement SLA ?

Le post-traitement SLA commence par l'enlèvement de la résine « humide » non durcie. Les imprimantes bottom-up doivent être vidangées avant le post-traitement tandis que l'équipement top-down ne requiert pas un tel délai. Dans les deux cas, cependant, les pièces doivent être lavées pour enlever tout liquide restant. Bien que le lavage manuel en cabine de pulvérisation soit encore courant, des solutions automatiques sont commercialisées pour cette étape de lavage. Certaines résines requièrent un post-durcissement supplémentaire sous radiation UV. Une fois terminé, les échafaudages de support sont ensuite enlevés soit manuellement, soit par équipement automatisé. À ce stade, les modèles sont généralement considérés comme complets. Tout traitement supplémentaire comme 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 une large gamme d'avantages. Ceux-ci sont montrés dans le Tableau 2 :

Avantages
Propriétés des matériaux
La SLA a une large gamme de propriétés de matériaux, selon le fournisseur.
Flexibilité
Peu de procédés d'impression 3D peuvent offrir des matériaux pseudo-élastomères, mais la SLA est une bonne option pour de tels matériaux.
Finition de surface des pièces
La SLA produit des pièces avec d'excellentes finitions de surface. Elles sont adaptées aux finitions haute spécification et acceptent aussi facilement la peinture.
Fins détails des pièces
La SLA est bonne pour les fins détails tant que le bon équipement, résine et fournisseur de service sont choisis. Des caractéristiques jusqu'à 0,1 mm sont faciles à réaliser.
Uniformité de la résolution
La SLA a une haute résolution sur l'axe Z mais moins en X-Y. Le soin dans la sélection du processus et l'orientation de construction sont importants.
Production de pièces complexes
La SLA peut reproduire fidèlement des pièces complexes.
Surfaces courbes
Les marches en Z sur les surfaces courbes sont à peine détectables.
Processus d'impression
Le processus d'impression peut être rapide, en supposant que la pièce dans l'ensemble n'est pas trop grande sur 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 montrés dans le Tableau 3 :

Inconvénients	Description
Coût élevé des pièces	La résine d'impression coûte 200 $ le litre.
Résistance à l'usure	La plupart des matériaux SLA performent mal dans les situations d'abrasion ou d'adhérence, donc ils ne devraient pas être utilisés dans des assemblages mobiles. Les matériaux SLA haute résistance sont meilleurs mais coûtent plus cher.
Coût élevé de l'équipement	Les machines SLA industrielles coûtent 200 000 $ tandis que les machines de bureau moins capables commencent à 3 750 $.
Système basé sur laser	Les systèmes basés sur laser requièrent une surveillance de sécurité et une formation très attentives.
Maintenance de machine exigeante	Les lasers et la résine liquide rendent la maintenance de machine exigeante ou difficile à effectuer.
Résolution différente	Parce que la résolution dans le plan X-Y est différente de celle sur l'axe Z, certains fins détails peuvent ne pas sortir correctement.
Propriétés de matériaux sélectives	Les pièces faites de résines plus simples et plus communes ont tendance à être fragiles et peuvent fluer sous 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 convient à une énorme variété de projets. Les opérateurs doivent simplement choisir les bons matériaux pour le travail. Mais la tâche de sélectionner une technologie d'impression 3D est un processus difficile ; de nombreux styles ont des exigences et capacités qui se chevauchent. La SLA est idéale pour les pièces qui requièrent des surfaces lisses, des fins détails et une haute résolution.

Résumé

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

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Dean McClements

Dean McClements est diplômé B.Eng Honors en Génie Mécanique avec plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel inclut des rôles significatifs dans des entreprises leaders telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus et innovations d'ingénierie.

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