La stéréolithographie (SLA) est une technologie d'impression 3D courante en prototypage rapide. Elle utilise une résine photosensible comme matière première. Cet article explique le principe de base de l'impression 3D par stéréolithographie, décrit son fonctionnement, présente le déroulement complet du processus étape par étape et indique les matériaux adaptés.
Aperçu de la stéréolithographie (SLA)
La stéréolithographie (SLA) fut l'une des premières technologies de prototypage rapide développées. Elle est également l'une des technologies de prototypage rapide les plus étudiées, les plus abouties et les plus utilisées aujourd'hui.
La stéréolithographie utilise une résine photosensible comme matière première. Elle projette un laser (lumière ultraviolette) d'une longueur d'onde et d'une intensité spécifiques sur la surface de la résine. Celle-ci se solidifie alors progressivement, point par point, puis ligne par ligne, dessinant ainsi une section de couche. Ensuite, la plateforme de construction est déplacée verticalement d'une épaisseur de couche, et la couche suivante est exposée et solidifiée. Ce cycle de polymérisation et de déplacement est répété, et les couches s'empilent pour former une pièce tridimensionnelle.
Principe de la stéréolithographie
La stéréolithographie (SLA) a été développée avec succès pour la première fois par Charles Hull au Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis en 1986. Brevetée en 1987, elle est la première technologie d'impression 3D à avoir vu le jour et demeure la plus aboutie et la plus répandue. Elle utilise principalement une résine photosensible comme matière première, solidifiée couche par couche sous contrôle informatique grâce à un laser ultraviolet. Le procédé SLA permet d'imprimer des prototypes d'une grande qualité de surface et d'une précision dimensionnelle remarquable, même avec des formes géométriques complexes, de manière simple, rapide et entièrement automatisée.
La qualité d'impression en stéréolithographie dépend non seulement du matériel d'impression, mais aussi des performances de la résine photosensible. Le matériau d'impression utilisé doit présenter une viscosité adaptée. Après polymérisation, il doit conserver une certaine résistance, et les retraits et déformations pendant et après polymérisation doivent être minimes. Plus important encore, pour obtenir une impression rapide et précise, la résine photosensible doit posséder des propriétés photosensibles appropriées. Elle doit polymériser complètement sous un rayonnement d'énergie relativement faible, et sa profondeur de polymérisation doit également être adéquate.
Le principe de fonctionnement de la stéréolithographie (SLA) est illustré sur la figure. Sous contrôle informatique, le laser ultraviolet balaie et irradie point par point la surface de la résine photosensible liquide, selon les données des différentes couches du modèle. Cette irradiation provoque la polymérisation et la solidification de la fine couche de résine, formant ainsi une couche imprimée durcie. Une fois la polymérisation d'une couche terminée, la plateforme d'impression descend le long de l'axe Z d'une épaisseur de couche. Grâce à la fluidité du liquide, une nouvelle couche de résine liquide se forme automatiquement à la surface de la résine précédemment polymérisée. Le laser peut alors procéder directement à la polymérisation de la couche suivante. La nouvelle couche polymérisée adhère fermement à la précédente. Ce cycle d'irradiation et de descente se répète jusqu'à l'impression complète de la pièce. Après impression, le prototype doit être extrait de la résine et subir un traitement de post-polymérisation. Le produit final est obtenu par des traitements tels que l'exposition à la lumière, la galvanoplastie, la peinture ou la coloration.
Il convient de noter que, du fait de la viscosité élevée de certaines résines photosensibles, il est difficile pour la surface liquide de s'égaliser rapidement après l'irradiation et la polymérisation de chaque couche. Ceci affecte la précision du modèle imprimé. C'est pourquoi la plupart des imprimantes SLA sont équipées d'une raclette. Après chaque descente du plateau, la raclette effectue un raclage, permettant ainsi une application très uniforme de la résine sur la couche suivante. Après polymérisation, une précision accrue est obtenue et la surface du produit imprimé final est plus lisse et plus plane.
La technologie SLA se caractérise par une haute précision, une excellente qualité de surface et un taux d'utilisation des matières premières proche de 100 %. Elle permet d'imprimer des pièces aux formes particulièrement complexes et aux détails très fins. Elle est parfaitement adaptée au prototypage rapide de petites pièces. Son principal inconvénient réside dans le coût relativement élevé des équipements et des consommables d'impression.
Actuellement, la technologie SLA est principalement utilisée pour la fabrication de moules et de modèles. Elle peut également servir, par l'ajout de composants à la matière première, à remplacer les modèles en cire dans la fonderie à cire perdue. Bien que la technologie SLA offre une vitesse d'impression rapide et une grande précision, son principal obstacle au développement de cette technologie réside dans le besoin urgent de matériaux photosensibles à faible retrait, à polymérisation rapide et à haute résistance.
Procédé de stéréolithographie
Le processus de la technologie de stéréolithographie (SLA) peut généralement être divisé en quatre étapes : prétraitement, fabrication de prototypes, nettoyage et traitement de durcissement.
- L'étape de prétraitement consiste principalement à préparer les données pour le modèle d'impression. Elle comprend notamment la conversion des données du modèle de conception CAO, la détermination de l'orientation de placement, l'ajout de supports et le découpage en couches.
- Le procédé de stéréolithographie correspond à l'impression proprement dite réalisée par l'équipement SLA. Avant l'impression proprement dite, l'équipement SLA doit généralement être mis en marche au préalable afin que la température de la résine photosensible atteigne la valeur prédéfinie. Le démarrage du laser ultraviolet nécessite également un certain temps.
- Le nettoyage du modèle consiste principalement à essuyer l'excédent de résine liquide, à retirer et à découper les supports du prototype, et à poncer les textures en escalier formées par le durcissement couche par couche.
- Pour différentes méthodes de stéréolithographie, un traitement de post-cuisson est généralement nécessaire, tel qu'un traitement de post-cuisson global à l'aide d'un four à ultraviolets.
Caractéristiques de la stéréolithographie
L'avantage de la stéréolithographie réside dans sa rapidité de production et la grande précision des prototypes. Elle est particulièrement adaptée à la fabrication de pièces de petite taille exigeant une grande précision et des structures complexes.
Cependant, la stéréolithographie, technologie de prototypage rapide, présente deux inconvénients majeurs. Premièrement, les résines photosensibles utilisées comme matières premières sont toxiques, ce qui impose aux opérateurs de prendre des mesures de protection lors de leur manipulation. Deuxièmement, bien que les produits finis par stéréolithographie présentent une excellente qualité d'aspect, leur résistance mécanique reste inférieure à celle des produits industriels. Ceci limite considérablement le développement de cette technologie et restreint son application principalement à la validation de prototypes. Une série d'étapes de traitement supplémentaires est nécessaire pour obtenir des produits de qualité industrielle.
Le coût des équipements, des coûts de maintenance et des matériaux de la technologie SLA est beaucoup plus élevé que celui de Modèle de dépôt fondu (FDM) et d'autres technologies. Par conséquent, les imprimantes 3D basées sur la stéréolithographie sont actuellement principalement utilisées dans les secteurs professionnels. Les applications grand public n'en sont qu'à leurs débuts.
Plus précisément, les avantages de la technologie d'impression SLA sont les suivants :
- La technologie SLA est apparue tôt et a atteint un haut niveau de maturité technique après de nombreuses années de développement.
- La vitesse d'impression est rapide, le processus de réaction photosensible est pratique, le cycle de production du produit est court et aucun outil de découpe ni moule n'est nécessaire.
- La précision d'impression est élevée. Elle permet d'imprimer des prototypes et des moules aux structures ou formes complexes, difficiles à réaliser avec les technologies traditionnelles.
- Le logiciel offre des fonctionnalités complètes. Il prend en charge le fonctionnement en ligne et le contrôle à distance, ce qui est avantageux pour l'automatisation de la production.
Comparativement aux autres technologies d'impression, les inconvénients de la technologie SLA sont les suivants :
- Les équipements SLA sont généralement coûteux, et leurs coûts d'utilisation et de maintenance sont très élevés.
- Elle nécessite une manipulation précise des liquides toxiques et impose des exigences strictes en matière d'environnement de travail.
- En raison des limitations des matériaux, les matériaux disponibles sont principalement des résines. De ce fait, la résistance, la rigidité et la résistance à la chaleur des produits imprimés sont très limitées, et ils ne conviennent pas au stockage à long terme.
Matériaux pour l'impression SLA
La stéréolithographie (SLA) est compatible avec diverses résines. Le choix des matériaux dépend de l'utilisation finale de la pièce, notamment en termes de résistance à la chaleur, de finition de surface lisse ou de résistance à l'usure. Le prix des résines est très variable. Les résines standard coûtent environ 70 RMB le litre, tandis que les résines spéciales, comme les résines coulables ou les résines dentaires, coûtent environ 500 RMB le litre.
| Types | Caractéristiques |
| Résine standard | finition de surface mate lisse |
| Résine claire | Transparent, peut être poli jusqu'à une transparence quasi optique. |
| Résine ignifuge | Ignifugé, résistant à la chaleur, rigide et insensible au fluage, il peut être utilisé en intérieur et en milieu industriel, notamment en présence de températures élevées ou de sources d'inflammation. |
| Résine rigide et durable | Matériau robuste adapté aux pièces mobiles. Il résiste à la compression, à la tension, à la flexion et aux chocs sans se rompre. |
| Résine flexible | Sa flexibilité est comparable à celle du caoutchouc, du polyuréthane thermoplastique ou du silicone. Il résiste aux flexions, torsions et compressions répétées et peut être utilisé à maintes reprises sans se déchirer. |
Tolérances et capacités
Chez Getzshape, notre Services d'impression 3D Nous proposons quatre technologies principales : SLA, SLS, SLM et FDM. Nos tolérances et capacités d’impression 3D SLA sont indiquées ci-dessous.
| Articles | Caractéristiques |
| Tolérance | L < 100 mm, ± 0.2 mm L > 100 mm, ± 0.2 % |
| Dimensions | Dimensions maximales : 780 mm x 780 mm x 530 mm Dimensions minimales : 5 mm x 5 mm x 5 mm |
| Épaisseur minimale de paroi | 0.8 mm |
Finitions pour composants imprimés SLA
- PonçageÉtape de finition de surface essentielle pour les pièces imprimées. Elle consiste à utiliser du papier de verre de différents grains pour éliminer les lignes de couches visibles et lisser la surface.
- PeintureTout d'abord, la surface est poncée pour la lisser. Ensuite, une sous-couche est appliquée pour favoriser l'adhérence de la peinture. Puis, la peinture de couleur est appliquée au pistolet ou au pinceau. La peinture permet de masquer complètement les lignes de couches, de donner à la pièce une belle couleur et de lui conférer un aspect lisse. Elle est largement utilisée pour les maquettes, les prototypes et les produits finis.
- PolissageLe polissage consiste à rendre la surface des pièces lisse et brillante. Après un ponçage initial, des produits ou outils de polissage spécifiques sont utilisés pour lisser la surface. Ce procédé élimine les micro-rayures et confère à la pièce un aspect lustré.
