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La prototipazione rapida mediante stereolitografia

Stampa 3D con SLA

La stereolitografia, SLA, è stata introdotta verso la metà degli anni '80 per poi affermarsi, entro il decennio successivo, come una delle tecniche portanti della fabbricazione additiva (Additive Manufacturing, AM). Dal quel momento, la capacità della SLA di realizzare prototipi complessi in maniera rapida e precisa ha contribuito a cambiare radicalmente il settore della progettazione.

Illustrazione del processo SL
La stereolitografia si serve di un fascio laser UV per consentire la polimerizzazione di migliaia di strati individuali fino alla creazione del pezzo completo.

Così come avviene con altri processi di fabbricazione additiva, come la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), la SLA dipende ampiamente dall'impiego di sistemi laser per la realizzazione delle parti. I pezzi sono realizzati attraverso la polimerizzazione di strati sottilissimi di resina liquida termoindurente con l'ausilio di un fascio laser ultravioletto (UV), proiettato sulla superficie della resina per consentirne il passaggio allo stato solido. Il processo si ripete per ciascuno strato di resina non polimerizzata fino alla completa realizzazione del pezzo. I pezzi fabbricati mediante stereolitografia dovranno poi essere sottoposti a post-trattamento, il quale prevede un ciclo di polimerizzazione UV per consentire la completa solidificazione della superficie esterna e far fronte a eventuali requisiti di finitura aggiuntivi.

Proprietà simili ai materiali termoplastici

A differenza delle generazioni di SLA precedenti, i macchinari odierni mettono a disposizione un'ampia scelta di materiali in grado di riprodurre fedelmente le caratteristiche di polipropilene, ABS e policarbonati con rinforzo in fibra di vetro. Proto Labs offre numerosi varianti di questi materiali:

  • Accura Extreme White: Una resina flessibile e resistente che simula le proprietà di un polipropilene rigido o ABS per uso generale. In grado di resistere anche a trattamenti meccanici impegnativi e particolarmente indicato per dettagli fini (angoli vivi, pareti sottili, fori di piccole dimensioni ecc.).
  • Renshape 7820: Una plastica nera opaca che blocca quasi totalmente la luce visibile e offre proprietà di materiale simili a una plastica ABS.
  • Accura Clearvue: Anche il Clearvue riproduce le proprietà di una plastica ABS per uso generale, ma è però caratterizzato da un aspetto traslucido-trasparente che si presta all'introduzione di finiture dall'elevata limpidezza ottica; ciò lo rende particolarmente adatto a modelli che rivestono una funzione estetica significativa.

Attenzione: le proprietà meccaniche dei materiali impiegati per la SLA si limitano solo a riprodurre quelle dei materiali termoplastici utilizzati nei processi di stampaggio convenzionali. I pezzi fabbricati con SLA non offrono le stesse caratteristiche di robustezza e resistenza delle parti realizzate mediante sinterizzazione, fusione, stampaggio o lavorazione con macchine. Se avete quindi la necessità di colpire il prototipo con un martello o lasciarlo al sole per alcuni mesi, è consigliabile affidarsi a tecniche alternative. La stereolitografia risulta l'opzione più logica per i prototipi per cui la valutazione della forma e dell'adattamento (ma non necessariamente il collaudo funzionale) costituisce il fattore più importante. I tecnici del servizio clienti Proto Labs possono assistervi nella selezione del materiale e del processo di fabbricazione, qualora necessario.

Eccellente risoluzione

Nonostante le differenze nelle proprietà dei materiali, la stereolitografia vince nettamente sulla sinterizzazione laser selettiva sul fronte della precisione e della finitura di superficie. Proto Labs supporta la fabbricazione di parti con risoluzione standard o alta, con layer di spessore compreso tra 0,1 e 0,025 mm e dettagli di dimensioni fino a 0,05 mm. Ciò significa che la stereolitografia rende possibile la riproduzione di dettagli estremamente complessi e superfici in grado di far fronte a vari requisiti estetici, con finiture quasi del tutto prive della "scalinatura" tipica di processi quali la modellazione a deposizione fusa (FDM).

La SLA offre anche vantaggi in termini di dimensioni del pezzo; dovete fabbricare il prototipo di un nuovo telaio per valigie o tagliaerba? È probabile che la stereolitografia faccia al caso vostro. Le dimensioni massime dei pezzi offerte da Proto Labs sono pari a 736 mm x 635 mm x 533 mm.

 

Altre considerazioni

Meglio evitare fori dal diametro estremamente piccolo, poiché la viscosità relativamente elevata della resina fotopolimerizzabile utilizzata nella stereolitografia potrebbe costituire un problema durante la fase di post-trattamento. Se state progettando un colapasta adatto a formati di pasta lunga (tipo "capelli d'angelo"), con fori di dimensioni inferiori a 0,12 mm, è consigliabile pertanto selezionare un processo di fabbricazione differente. Lo stesso vale per le pareti sottili. Il coperchio di un innovativo contenitore per panini, ad esempio, dovrebbe avere pareti di spessore pari ad almeno 0,75 o 1 mm.

Pezzo finale SL
I pezzi SLA definitivi presentano delle strutture di supporto facilmente asportate in fase di post-trattamento. Queste aiutano a impedire la deformazione dei dettagli del pezzo durante la fabbricazione.

Altro aspetto da tenere a mente, è che si potrebbe ricorrere all'impiego di strutture di supporto durante il processo di fabbricazione del pezzo, le quali però vengono asportate prima della consegna lasciando solitamente segni appena visibili. Potremmo anche decidere di orientare il modello in modo tale da consentire una costruzione ottimale del pezzo, il che potrebbe alterare l'aspetto estetico di determinate superfici. Si prega di indicare al momento dell'invio del progetto qualora il pezzo includa dettagli che richiedano finiture superficiali elevate.

File 3D per la SLA

I file .STL costituiscono il formato di file 3D preferito da Proto Labs per progetti di stereolitografia. La maggior parte dei sistemi CAD commerciali è in grado di generare file .STL, il quale rappresenta il formato nativo di qualsiasi macchina di stereolitografia. Qualora il sistema da voi utilizzato non supporti tale funzionalità, consigliamo di utilizzare un formato neutro, quale IGES o STEP. Evitare però di servirsi degli strumenti freeware per la conversione di file .STL che oggi intasano il web. Alcuni di essi tendono infatti a creare file .STL incompleti che necessiteranno poi di modifiche aggiuntive e ritardi nella fabbricazione.

Il formato .STL presenta però una limitazione non indifferente, ovvero l'assenza di dimensioni. Ciò significa che i file non contengono alcuna indicazione sulle unità impiegate per la creazione del modello 3D. Ad esempio, il file potrebbe riferirsi a una scatola di dimensioni pari a 1,0 x 1,0 x 1,0 ma, poiché non è possibile conoscere ulteriori dettagli sulla creazione del file, tali dimensioni potrebbero riferirsi tanto a millimetri quanto a pollici, centimetri o addirittura metri.

Alcuni sistemi CAD utilizzano, per impostazione predefinita, le unità di misura impiegate in fase di modellazione del pezzo, ma altri potrebbero salvare il progetto in un'unità di misura standard che potrebbe anche essere differente. Tutto ciò potrebbe creare confusione sulle dimensioni effettive del pezzo da realizzare. Ad esempio, qualora il sistema CAD sia stato impostato per generare il modello in centimetri ma il pezzo fosse effettivamente modellato in millimetri, la parte additiva risulterebbe dieci volte più piccola.

La maggior parte dei sistemi consente all'utente di verificare le impostazioni al momento del salvataggio del file. Osservare, ad esempio, le caselle selezionate relative alle unità di misura nella schermata sottostante catturata da AutoCAD Inventor. In questo caso, l'utente avrà modo di verificare che le unità di misura selezionate siano corrette prima di inserirle nello strumento di preventivazione istantanea di Proto Labs.

 

Le impostazioni sulla risoluzione definiscono il livello di dettaglio da attribuire al file. Poiché nei file .STL la superficie del pezzo è rappresentata mediante una rete di triangoli, una risoluzione bassa rischia di introdurre triangoli di dimensione eccessiva. Ciò potrebbe generare un file con ampie sfaccettature visibili anche sul prototipo stesso. Nella maggior parte dei sistemi CAD, le impostazioni di risoluzione "Alta" o "Buona" consentono solitamente la creazione di file di qualità elevata.

L'immagine sottostante illustra gli effetti delle varie impostazioni di risoluzione sul modello di output:

La stereolitografia riveste un ruolo di primo piano nel processo di progettazione. Tale tecnica rende più agevole il passaggio dal modello digitale alla fabbricazione del pezzo con macchine o processi di stampaggio, offrendo al cliente la possibilità di disporre entro pochi giorni di un prototipo fisico del pezzo. Ciò permette di correggere errori costosi, ridurre le spese di sviluppo e realizzare modelli di qualità migliore nel lungo termine.

 

Per maggiori informazioni sulla stereolitografia, consultare il sito web protolabs.it unitamente alle nostre linee guida di progettazione per la fabbricazione di pezzi SLA di migliore qualità.