SLA - Stereolitografia

Stereolithography (SLA) was invented by French and American scientists in the early 1980s and patented by American Charles Hull in 1983. SLA is a type of additive manufacturing – also known as 3D printing – applied in fields ranging from manufacturing to biomedicine.

It is predominantly used for professional and industrial applications, though the emergence of low-cost resin 3D printers has made the technology available to consumers and hobbyists.

La stereolitografia è un processo di stampa 3D basato sulla "polimerizzazione in vasca"; una resina liquida e fotosensibile viene versata in una vasca (o tank), dove una luce UV interagisce con la resina per polimerizzarla (ossia indurirla, solidificarla) selettivamente.

La luce UV indurisce la resina strato per strato fino al completamento dell'oggetto finale. Lo spessore di ogni strato è chiamato spessore o altezza dello strato. Nella stereolitografia, l'altezza dello strato di norma è di circa 50 µm – pari circa allo spessore di un capello umano –, ma può essere anche di appena 10 µm. In generale, più sottili sono gli strati, migliore è la qualità e maggiori sono i tempi di stampa.

 

La stampa 3D SLA è estremamente versatile e accurata e produce superfici lisce, risultando ideale per la creazione di impianti dentali e gioielli elaborati, tra le altre applicazioni. Uno svantaggio del processo è che le parti possono deteriorarsi se esposte regolarmente alla luce solare, a causa della fotosensibilità delle resine di stampa 3D.

Un altro fattore da notare è la necessità di aggiungere strutture di supporto durante il processo di costruzione in modo che le sporgenze abbiano qualcosa su cui poggiarsi. La stampa 3D della resina comporta altresì diverse fasi di post-lavorazione, in particolare:

• lavaggio della resina (per rimuovere l'eventuale resina in eccesso che gocciola dalla parte),
• rimozione dei supporti (per staccare le strutture di supporto),
• e post-curing o post-indurimento (occorre esporre la parte ad altra luce UV per un'ulteriore solidificazione).

La stampa 3D SLA è stata inizialmente ideata come metodo di stampa "bottom-up", in cui la sorgente luminosa colpisce la resina dal di sotto della vasca. Il primo strato si trova sul fondo della vasca e il piano di lavoro si alza man mano che ogni strato si solidifica. Gli oggetti emergono capovolti dalla vasca.

La maggior parte delle stampanti 3D per resina funziona in questo modo, ma esistono anche alcuni sistemi "top-down". Nella configurazione top-down, la sorgente luminosa si trova sopra la vasca di resina, indurendo quindi la parte superficiale anziché il fondo. Il piano di lavoro si abbassa per lasciare spazio ai nuovi strati applicati al di sopra di quelli precedenti, fino a quando non viene completato l'oggetto, che appare rivolto verso l'alto.

Il termine "SLA" in generale si riferisce alla stereolitografia laser e, nella soluzione sviluppata inizialmente, la sorgente luminosa usata nella stampa 3D con resina proveniva da laser riflessi su degli specchi. Le stampanti che utilizzano i laser sono molto precise, ma molto costose da acquistare e manutenere. Oggi la stereolitografia comprende altre tecnologie come la DLP (digital light processing, elaborazione digitale della luce) e la MSLA (masked stereolithography, stereolitografia mascherata).

Nella DLP, la sorgente luminosa è un proiettore anziché un laser. Mentre le stampanti SLA a laser tracciano gli strati di stampa punto per punto, le stampanti DLP induriscono ogni strato tutto in una volta con un unico lampo di luce. Per questo motivo, risultano piuttosto veloci rispetto alle stampanti 3D per resina tradizionali a laser. Analogamente alla DLP, la MSLA solidifica strati interi in una volta sola. Tuttavia, anziché un proiettore, le stampanti MSLA utilizzano una serie di LED come sorgente luminosa. Le luci a LED brillano attraverso uno schermo LCD, che maschera selettivamente la luce illuminando o spegnendo specifici pixel. Di conseguenza, la risoluzione di una stampante MSLA dipende dalla risoluzione dello schermo LCD.

Alcune società hanno persino progettato stampanti 3D che utilizzano lo schermo LCD di un telefono cellulare come sorgente luminosa. Questi innovativi progetti sono la prova di quanto stia diventando accessibile la stampa 3D SLA.

 

Le stampanti SLA trasformano la resina liquida, ossia il fotopolimero, in figure di plastica solida. In generale, le parti stampate in resina 3D vantano un'alta risoluzione e ottimi livelli di dettaglio, ma hanno una durata limitata a causa della loro sensibilità alla luce. Ciò premesso, esistono molti diversi fotopolimeri per la stampa 3D, ognuno con specifiche proprietà termiche e meccaniche. 

Le resine standard producono parti in plastica che possono essere estremamente sottili e molto dettagliate, ma molto fragili. Le plastiche quali policarbonato, polipropilene e ABS sono più durature, ma la loro precisione può essere più limitata.

Alcuni materiali meno comuni includono le resine "caricate", ossia resine contenenti particelle metalliche o ceramiche. Le parti che si ottengono in questo modo sono "grezze" e, come la ceramica, devono subire un trattamento termico dopo la stampa. I fotopolimeri possono essere tinta unita o trasparenti come il vetro.

 

La stampa 3D SLA offre applicazioni in qualsiasi situazione che richieda oggetti con superfici lisce e un'alta precisione. Si può spaziare dai modelli architettonici ai sommergibili sonar fino al materiale di marketing, anche se storicamente i suoi settori principali sono l'odontoiatria e la gioielleria.

Nella gioielleria, il caso d'uso principale riguarda la creazione di stampi economici e colabili in cui versare il metallo. Ad esempio, i gioiellieri possono produrre rapidamente prototipi per testare le dimensioni in caso di ordini di anelli personalizzati.

La stampa 3D con resina per un dentista rappresenta un modo semplice e veloce per creare modelli dentali, impronte dentali, otturazioni e altro ancora. Aziende come Formlabs, leader di mercato, hanno persino sviluppato resine speciali per i casi d'uso dentali, come le protesi digitali.

La stereolitografia è disponibile da decine di anni e, anche se già soddisfi numerosi utenti e le loro applicazioni, esiste sempre un margine di miglioramento.

Come indicato in precedenza, le parti stampate in resina 3D tendono ad essere fragili e a rompersi col passare del tempo. Tuttavia, le aziende del settore stanno lavorando per creare materiali più duraturi ed elastici.

Esiste poi il problema della sostenibilità: La stampa 3D SLA genera una grande quantità di nuova plastica, gran parte della quale finisce in discarica, portando a esperimenti nella produzione di resine SLA a partire da materie prime rinnovabili o persino olio da cucina esausto.

Più la stampa 3D SLA diventerà accessibile agli utenti in una vasta gamma di campi, più le innovazioni continueranno. La stampa 3D stereolitografica è utilizzata da quasi 40 anni e non è destinata a scomparire a breve.