光造形 (SLA):3D プリンティング技術、材料、利点に関する包括的なガイド

SLA (光造形) は、商業化された最初の 3D プリンティング技術の 1 つです。アクリルまたはその他の樹脂が使用されており、紫外線 (UV) レーザーを使用して硬化する必要があります。このテクノロジーはさまざまな方法で再解釈されてきました。材料の選択肢も大幅に増えており、剛性、柔軟性、耐熱性、耐薬品性、生体適合性、その他の樹脂のオプションを見つけることができます。 Xometry はこのプロセスをすぐに引用し、2018 年からそうしています。これは、当社で最も人気のある 3D プリント プロセスの 1 つです。

SLA プロセスでは、コンポーネントの 3D モデルを取得し、それを固体のプラスチックにレンダリングします。コンピューターモデルはまずデジタル的にレイヤーに「スライス」され、プリンターが各スライスをその前のスライスに系統的に結合できるようになります。 SLA マシンは、プロトタイプ部品、テストコンポーネント、医療補助具、ツール、化粧品テストピースなどを印刷します。

この記事では、SLA テクノロジーの利点、素材、用途などについて背景を理解します。

SLA 3D プリントとは何ですか?

SLA は、走査 UV レーザーを使用して感光性樹脂の表面層を硬化する 3D 印刷プロセスです。樹脂は槽内で供給され、大部分の SLA マシンでは、部品は上下逆さまに組み立てられます。各層でビルド プレートが上方に移動し、あたかも液体ポリマーからパーツが成長しているように見えます。機械は、デザイン内のオーバーハングをサポートするために必要なサポート構造も印刷する必要があります。 

このプロセスで使用される UV 感受性フォトポリマーは、総称して「樹脂」と呼ばれます。これらは、UV レーザー光にさらされると架橋される光触媒作用のあるアクリルモノマーです。この原理により、機械はレーザービームの幅と同じくらい小さな細部を作成することができます。 

SLA モデルは部分的に硬化した状態で印刷される場合があります。これらのモデルでは、架橋プロセスを完了するために追加の UV 露光という形で後処理が必要です。この追加のプロセスステップは、UV ビームの後方散乱や回折により完全に硬化しなかった部分的に固化した樹脂を除去するのに役立ちます。ポストキュアの有無にかかわらず、印刷終了後は表面の樹脂を除去するためにすべての部品を洗浄する必要があります。洗浄は通常、イソプロピルアルコール浴で行われます。印刷されたサポート足場の除去はその後に行われます。

詳細については、3D プリントに関するすべての記事をご覧ください。

SLA 印刷タグ

SLA 3D プリンティング光源とは何ですか?

SLA 3D 印刷光源は、ステレオリソグラフィー装置の硬化メカニズムとして機能する UV レーザーです。この光源は、樹脂に使用される触媒に合わせて正確に調整されています。ただし、メーカーが異なれば使用する波長も異なります。最も一般的な SLA レーザーは、波長 395 μm のレーザー ダイオード システムです。約 300 µm の直径にコリメートされたビームで 300 ～ 500 mW のパワーを生成します。一部の機器では、周波数範囲に適した触媒を備えた他のさまざまなレーザー光源が使用されています。全層ステレオリソグラフィーでは、他のタイプの UV 光源が使用されます。これらのランプは、微細なミラーで作られたプロジェクター (デジタル光処理または DLP プリンターの場合) または LCD マスク (通常、マスク ステレオリソグラフィーまたは MSLA と呼ばれます) を使用します。

SLA 3D プリントはどこで使用されますか?

SLA 3D プリントは、次のようなアプリケーションに使用されます。

• プロトタイピング: SLA で印刷された部品は細かい詳細を含めることができるため、エンジニアリング テスト モデルとして使用できます。
• 製造: SLA は、ストレス耐性をあまり必要としない状況向けの機能部品を作成します。
• エンジニアリングと製品設計: SLA パーツは手作業で仕上げたり塗装したりして、高品質なプレツーリング プロトタイプを作成できます。
• ジュエリー: SLA マシンは、宝石商向けの化粧品テスト記事を作成できます。
• 歯科治療: SLA は、軟組織、歯、骨インプラント材料、ポリウレタンやシリコン成形用のキャビティなど、さまざまな歯科製品を作成できます。
• ヘルスケア: SLA プロセスでは、特殊な材料を使用して医療用インプラントを製造できます。

SLA は、カーボン DLS や PolyJet 3D プリンティングと同様に、粉末やフィラメントの代わりに光硬化液体樹脂を使用します。非常に薄く、非常に均一で、完全に緻密な液体樹脂の層が各層に広げられます。そのため、同じ層の厚さであっても、SLA プリントの表面は、押し出し跡や粉状の表面層がなく、より滑らかな仕上がりになります。

クリスチャン・ツ・ラウン

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SLA 3D プリントではどのような素材が使用されますか?

SLA 3D プリンターは、次の素材を使用して印刷できます。

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汎用アクリル樹脂: これらの素材は、さまざまな靭性と透明度で利用できます。

柔軟なポリウレタン エラストマー: 柔軟な部品に使用されます。

硬質ポリウレタン: これらは外観上の価値が高く、汎用素材よりも耐久性があり、製品の試作やプロトタイプに適しています。

硬質樹脂 :これらは化学的および熱的に安定しており、エンジニアリング テスト部品に適しています。

歯科用および医療用樹脂: これらの樹脂は医学的に安全であり、より迅速な構築、高品質な仕上がり、マウスガードや添え木などの透明なアイテムを実現します。

ESD 樹脂: これらの樹脂は、製造用の静電気に対して安全な治具の製造に適しています。

Accura Xtreme Gray 素材で作られた SLA Xometry ロゴ

SLA 3D プリントが初めて使用されたのはいつですか?

SLA 3D プリンティングは、1980 年代に児玉英夫によって初めて作成されました。彼は、UV 硬化ポリマーを使用して、未硬化の樹脂浴からプラスチックの薄いスライスを「印刷」した最初の人物でした。 1984 年、チャック ハルはこのプロセスをステレオリソグラフィーと名付け、特許を取得しました。この特許は、オブジェクトの相互に結合した「スライス」を連続して積層することによって「3D オブジェクトを作成する方法」を保護しました。

この機械の UV レーザーは、高い解像度で正確な細部を作成するのに役立ちます。樹脂プールの表面全体をスキャンして、材料内に架橋を引き起こします。 SLA は、積層スライスを使用して成功した最初の積層造形プロセスを表します。このテクノロジーは、3D Systems という会社の下で 80 年代半ばから後半にかけて市場に投入されました。

SLA 3D プリントの仕組み

SLA 3D プリントは、UV レーザーを X-Y 平面内で移動させることによって機能します。 UV 光は液体モノマー樹脂内の触媒を引き起こします。プリント プレートは樹脂プールの表面から始まり、レーザーが樹脂と固体プレートの両方の表面に当たる領域が重合してビルド プレートに貼り付けられます。その「レイヤー」が完了すると、ビルド プレートが上に移動し、次のレイヤーが前のレイヤーに貼り付けられるようになります。このプロセスを繰り返すと、パーツが液体だまりから成長したように見えます。通常、印刷はパーツの底部から始まり、パーツは上下逆さまに印刷されます。 

パーツを取り外したら、未硬化の樹脂を除去するために洗浄する必要があります。その後、支持足場要素をすべて切り取ることができます。 

SLA 印刷の印刷パラメータとは何ですか?

SLA マシンの印刷パラメータは通常、メーカーによって固定されています。変更できるのはパーツの向きとレイヤーの高さだけです。以下の表 1 は、2 つの一般的な SLA プリンタの向きの比較を示しています。

設定 ボトムアップ SLA プリンタ (デスクトップ) トップダウン SLA プリンタ (産業用)

設定

一般的なレイヤーの高さ

ボトムアップ SLA プリンタ (デスクトップ)

25～100μm

トップダウン SLA プリンタ (産業用)

25 ～ 150 μm

設定

寸法精度

ボトムアップ SLA プリンタ (デスクトップ)

± 0.5% (下限値:± 0.010 ～ 0.250 mm)

トップダウン SLA プリンタ (産業用)

± 0.15% (下限:± 0.010 ～ 0.030 mm)

設定

ビルドサイズ

ボトムアップ SLA プリンタ (デスクトップ)

最大 145 x 145 x 175 mm

トップダウン SLA プリンタ (産業用)

最大 1500 x 750 x 500mm

表 1. SLA プリンタの特性

SLA 3D プリントの違いは何ですか?

SLA は他の 3D プリンティング システムとは異なり、非常に多様な特性と外観上の品質を備えた幅広い材料を処理します。 SLA 材料は、初めて市場に登場して以来、大幅に改良され、多様化しました。 SLA のもう 1 つの特徴は、業界最高水準の表面仕上げです。最大の SLA マシンは自動車業界向けに設計されており、ボディパネルやダッシュボードなど全体を構築できます。

SLA の後処理にはどのようなオプションがありますか?

SLA の後処理は、未硬化の「ウェット」樹脂を除去することから始まります。ボトムアップ プリンタでは後処理の前に水を排出する必要がありますが、トップダウン装置ではそのような遅延は必要ありません。ただし、どちらの場合も、残った液体を除去するために部品を洗浄する必要があります。手動のスプレーブース洗浄は依然として一般的ですが、この洗浄段階用の自動ソリューションも市販されています。一部の樹脂では、UV 照射による追加の後硬化が必要です。完成したら、支持足場は手動または自動装置によって取り外されます。通常、この時点でモデルは完成したとみなされます。サンディングや塗装などのさらなる処理は通常、パーツの外観を改善することを目的としています。

SLA 3D プリントの利点にはどのようなものがありますか?

SLA 3D プリンティングには幅広い利点があります。これらを表 2 に示します。

特典

利点

材料特性

SLA には、サプライヤーに応じて幅広い材料特性があります。

利点

柔軟性

擬似エラストマー材料を提供できる 3D プリント プロセスはほとんどありませんが、SLA はそのような場合に適した選択肢です。 

利点

部品の表面仕上げ

SLA は、優れた表面仕上げの部品を製造します。ハイスペックな仕上げに適しており、ペイントも容易に受け入れられます。

利点

パーツの細かいディテール

SLA は、適切な機器、樹脂、サービス プロバイダーが選択されている限り、細部の処理に適しています。最小 0.1 mm のフィーチャーを簡単に実現できます。

利点

解像度の均一性

SLA は Z 軸に沿った分解能は高くなりますが、X-Y 軸に沿った分解能はそれほど高くありません。プロセスの選択と構築の方向性には注意が必要です。

利点

複雑な部品の製造

SLA は複雑な部品を正確に再現できます。

利点

曲面

曲面上の Z ステップはほとんど検出できません。

利点

印刷プロセス

パーツ全体がプリンターの Z 軸に沿って高すぎないと仮定すると、印刷プロセスは短時間で完了します。

表 2. SLA 3D プリントの利点

SLA 3D プリントの欠点は何ですか?

SLA マシンの欠点を表 3 に示します。

欠点 説明

欠点

部品コストが高い

説明

プリント樹脂のコストは 1 リットルあたり 200 ドルです。

欠点

耐摩耗性

説明

ほとんどの SLA 材料は摩耗やスティクションの状況ではパフォーマンスが低下するため、移動アセンブリには使用しないでください。高強度 SLA 材料は優れていますが、コストが高くなります。

欠点

機器のコストが高い

説明

産業用 SLA マシンの価格は 200,000 ドルですが、機能が劣るデスクトップ マシンの価格は 3,750 ドルからです。

欠点

レーザーベースのシステム

説明

レーザーベースのシステムには、非常に慎重な安全性の監視とトレーニングが必要です。

欠点

要求の厳しいマシンのメンテナンス

説明

レーザーと液体樹脂により、機械のメンテナンスが困難になるか、実行が困難になります。

欠点

解像度が異なります

説明

X-Y 平面の解像度は Z 軸に沿った解像度と異なるため、細部が正しく表示されない場合があります。

欠点

選択的な材料特性

説明

より単純で一般的な樹脂で作られた部品は脆くなる傾向があり、一定の負荷がかかるとクリープが発生する可能性があります。

表 3. SLA 3D プリントの欠点

SLA 3D プリントはコンポーネントまたはプロジェクトに適していますか?

ほとんどの場合、答えは「はい」です。 SLA 3D プリンティングは、多種多様なプロジェクトに適合します。オペレーターは、作業に適した材料を選択するだけで済みます。しかし、3D プリント技術を選択する作業は難しいプロセスです。多くのスタイルには重複する要件と機能があります。 SLA は、滑らかな表面、細かいディテール、高解像度が必要なパーツに最適です。

概要

Xometry は、光造形 (SLA) 3D プリント サービスや、プロトタイピングと生産のあらゆるニーズに対応する付加価値サービスを含む幅広い製造機能を提供します。今すぐ即時見積もりをリクエストしてください。

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ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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