Tìm hiểu công nghệ in 3D SLA là gì?

In 3D SLA là một công nghệ in 3D được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Công nghệ in tiên tiến này giúp tạo ra nhiều sản phẩm có bề mặt mịn với độ chính xác cao. Trong bài viết này, AIE sẽ cùng các bạn tìm hiểu về công nghệ in 3D “nổi đình nổi đám” này.

Công nghệ in 3D SLA là gì?

SLA là từ viết tắt của Stereolithography, đây là một quy trình sản xuất bồi đắp thuộc dòng Photopolymer hóa. SLA xử lý một cách chọn lọc từng lớp nhựa Polymer thông qua việc chiếu chùm tia UV, từ đó vật thể được tạo ra. Những vật liệu được lựa chọn trong SLA đều thuộc polymer ở dạng lỏng, nhạy nhiệt.

Trong công nghệ in 3D, SLA được biết đến là công nghệ in 3D được phát minh đầu tiên vào năm 1980 bởi Dr Kodama. Cho đến thời điểm hiện tại, công nghệ in 3D này nằm trong Top hiệu quả nhất với độ chính xác gần như tuyệt đối.

SLA có nhiều điểm chung với DLP (xử lý ánh sáng trực tiếp) hay công nghệ in 3D Photopolymerization, đây là 2 công nghệ gần giống nhau.

Quy trình hoạt động của SLA

Quy trình hoạt động SLA được thực hiện như sau:

• Trong bể chứa chất lỏng photolymer, khay in sẽ chìm trong một bồn dung dịch nhựa lỏng, cách một khoảng rất mỏng so với bề mặt chất lỏng (Khay được phủ một lớp nhựa lỏng)
• Tia UV chiếu trực tiếp qua các gương phản chiếu tia cực tím trên khay đỡ, xử lý lớp chất lỏng thành thể rắn, hình thành chính xác một mặt cắt ngang của chi tiết.
• Sau khi mỗi lớp in được xử lý (hóa rắn), khay in sẽ dịch chuyển một bước, bằng độ dày lớp in trong dung dịch lỏng, và lưỡi quét lại phân phối nhựa lên trên, chuẩn bị hình thành một lớp in mới.
• Kết thúc quá trình in, chi tiết sẽ được đưa ra khỏi bể chứa. Trong trường hợp chi tiết in cần chịu nhiệt và có yêu cầu về tính chất cơ học, chúng sẽ được xử lý sau dưới ánh sáng tia cực tím.

Qua quá trình photopolymerization này, nhựa lỏng sẽ rắn lại, dưới ánh sáng của tia UV chúng sẽ kích hoạt các chuỗi carbon monome để hóa cứng nhựa lỏng. Từ đó chi tiết được tăng cường cơ tính, đồng thời hình thành một mối liên kết không thể phá vỡ.

Khi áp dụng quy trình photopolymerization, không có cách nào có thể đảo ngược và di chuyển từng chi tiết của SLA trở thành trạng thái lỏng như ban đầu. Bởi khi chúng được nung dưới nhiệt độ cao, thay vì tan chảy chúng sẽ cháy. Nguyên nhân là do các vật liệu được làm từ polymer nhạy với nhiệt, hoàn toàn trái ngược với FDM sử dụng nhựa nhiệt dẻo.

Đặc điểm của công nghệ in 3D SLA 

Thông số quan trọng

Hệ thống SLA được nhà sản xuất xác định tham số kỹ thuật. Trong đó, thông số cần quan tâm nhất chính là độ dày của lớp in và hướng in. Với SLA, độ dày lớp in được dao động trong khoảng từ 25 – 100 micro. Độ dày lớp in càng thấp, thì việc chế tạo các bề mặt cong càng chính xác. Tuy nhiên với lớp in mỏng sẽ có thời gian chế tạo lâu, chi phí cao, xác suất in ít hỏng cao hơn. Những ứng dụng phổ biến thường có độ dày lớp in là 100 micron.

Đối với người sử dụng, kích thước bàn in là một trong những tham số cực kỳ quan trọng. Tùy thuộc vào từng công nghệ in 3D SLA, kích thước bản in sẽ được thay đổi. Hiện nay có 2 chế độ thiết lập máy SLA đó chính là hướng từ trên xuống và hướng từ dưới lên. Cụ thể:

Máy in 3D SLA  hướng từ trên xuống

Dòng máy này có nguồn laser được đặt tại vị trí phía trên bể, cùng các chi tiết được tạo hình theo chiều từ dưới lên trên..

Xem thêm về dòng máy in SLA trong công nghiệp của UnionTech: https://aie.com.vn/may-in-3d/uniontech/

Máy in 3D SLA hướng từ dưới lên

Máy in 3D SLA hướng từ dưới lên có vị trí nguồn sáng được đặt dưới bể nhựa, các chi tiết sẽ được nhà sản xuất tạo theo hình đảo ngược. Bể nhựa sẽ có lớp đáy trong suốt để ánh sáng chiếu qua. Bể được phủ một lớp silicon, để dễ dàng tách lớp in. Thiết kế của máy sẽ đảm bảo sau mỗi lớp in, nhựa hóa cứng có thể tách rời đáy bể khi bàn in di chuyển hướng lên trên.

Hướng từ dưới lên thường được áp dụng cho các dòng máy in để bàn. Dòng máy in SLA theo hướng từ dưới lên trên dễ vận hành và sản xuất hơn, tuy nhiên lại hạn chế về kích thước bàn in. Nguyên nhân là do lực tác dụng vào lớp in trong công đoạn bóc tách khỏi mặt silicone làm cho bản in dễ bị lỗi. 

Còn dòng máy in theo hướng từ trên xuống có thể mở rộng quy mô bàn in mà không làm ảnh hưởng đến độ chính xác. Chi phí cho dòng máy có các tính năng hiện đại sẽ cao hơn các dòng máy khác.

Về hệ thống hỗ trợ (support)

Máy in 3D SLA theo hướng từ trên xuống hay từ dưới lên có hệ thống support khác nhau. 

• Máy in SLA từ trên xuống: Dòng máy này có hệ thống hỗ trợ giống với FDM. Hệ thống hỗ trợ cần dùng tới khi in những chi tiết nhô ra hoặc hốc rỗng, góc cần vật liệu đỡ thường là 30 độ với các góc nhô quan trọng. Để giảm tổng số lớp in, trong quá trình cài đặt, sản phẩm in thường được in phẳng theo phương nằm ngang.
• 
• Máy in SLA từ dưới lên: Hệ thống hỗ trợ của dòng máy này khá phức tạp. Vẫn cần hỗ trợ để in các góc, phần nhô ra, tuy nhiên mối quan tâm lớn hơn lại là giảm thiểu tối đa diện tích mặt cắt ngang tại mỗi lớp in, để tránh việc sai lệch khi bóc tách một lớp in khỏi silicone. Do đó, khi in SLA từ dưới lên, chi tiết thường sẽ được đặt nằm nghiêng, việc phải tăng cường thêm các phần hỗ trợ (support) không quá ảnh hưởng.

Trạng thái cong vênh

Vấn đề hay gặp phải trong quá trình in 3D SLA là bị cong vênh. Việc này ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của chi tiết. Khi nhựa đóng rắn sẽ co lại trong quá trình tiếp xúc với nguồn ánh sáng của máy in. Nếu như việc co rút là quá nhiều, sẽ ảnh hưởng tới lớp in sau khi chồng lên lớp trước, gây ra ứng suất trong phát triển qua lớp mới, làm cho chi tiết in bị cong vênh.

Độ kết dính giữa các lớp in

Nhìn lại quy trình in 3D SLA, có thể thấy tia UV chỉ xử lý một hướng theo chiều XY của vật thể, để lớp in sau hóa cứng và bám dính vào lớp in trước. Vì thế vật thể sau khi in chỉ có cơ tính đẳng hướng theo một mặt phẳng. Chi tiết sau khi in 3D vẫn cần một quá trình xử lý tiếp bằng tia cực tím, các tia laser trong quá trình hậu xử lý giúp các lớp hóa rắn trước đó hợp nhất với nhau ở mức độ rất cao

Chi tiết sau khi in bằng máy in 3D SLA sẽ phải xử lý bằng cách đưa chúng vào hộp ở nhiệt độ cao hoặc dưới nguồn sáng cực mạnh của tia cực tím. Từ đó, khả năng chịu nhiệt và độ cứng của chi tiết được cải thiện một cách đáng kể, tuy nhiên nó sẽ bị giòn hơn.

Vật liệu SLA

Vật liệu in 3D SLA có dạng nhựa lỏng, mỗi lít nhựa sẽ có mức giá khác nhau khoảng từ 50 – 400 đô la. So với dòng máy in SLA để bàn, những hệ thống công nghiệp có nhiều loại vật liệu in 3D hơn. Nhờ vậy mà các nhà thiết kế có thể kiểm soát được những tính chất cơ học trong chi tiết in được chặt chẽ hơn.

Xử lý sau quá trình in 3D

Các chi tiết của công nghệ tạo mẫu nhanh SLA sẽ được hoàn thiện qua nhiều tiêu chuẩn khắt khe bằng việc áp dụng nhiều cách xử lý khác nhau. Ví dụ như: phun sơn, đánh bóng, chà nhám…

Xem thêm: Máy in 3D Resin (nhựa lỏng)

Ưu và nhược điểm của công nghệ in SLA

Ưu điểm của máy in 3D SLA:

• Công nghệ in SLA có thể sản xuất ra sản phẩm in có độ chính xác cực kỳ cao, đặc biệt là những sản phẩm có biên dạng phức tạp.
• Những chi tiết được sản xuất từ SLA có bề mặt bóng mịn, là giải pháp in 3D lý tưởng đối với những nguyên mẫu trực quan.
• Vật liệu SLA thường có sẵn.

Nhược điểm của máy in 3D SLA:

• Đối với những nguyên mẫu kiểm tra chức năng, công nghệ in SLA thường không phù hợp, bởi chúng có độ giòn.
• Khi từng bộ phận SLA được tiếp xúc trực tiếp với nguồn ánh sáng mặt trời thì các tính chất cơ học, cũng như bề mặt hình học của chúng sẽ bị suy giảm.
• Để có thể cải thiện được tính chất bề mặt của chi tiết SLA, sẽ cần in thêm các cấu trúc hỗ trợ, xử lý sau khi in.

Kinh nghiệm sử dụng máy in SLA

• Máy in 3D SLA rất phù hợp trong việc ứng dụng sản xuất những nguyên mẫu trực quan có bề mặt mịn, cần yêu cầu cao về tính thẩm mĩ
• Trong lĩnh vực sản xuất những bộ phận có kích thước nhỏ (dưới 100mm), sự lựa chọn phù hợp đó chính là máy tính để bàn SLA, chúng có mức giá rất cạnh tranh.
• Dòng máy in SLA công nghiệp thường được sử dụng cho việc sản xuất nhiều chi tiết, hoặc chi tiết có kích thước lớn.

Như vậy chúng tôi đã chia sẻ cho quý bạn đọc “tất tần tật” các thông tin quan trọng về máy in 3D SLA. Qua bài viết này, AIE hi vọng đã hỗ trợ bổ sung được nhiều kiến thức bổ ích để quý khách hàng có thể ứng dụng hiệu quả vào công việc.