Na rynku istnieje wiele procesów drukowania 3D . Zapoznanie się z niuansami każdego z nich pomaga wyjaśnić, czego można oczekiwać od ostatecznych wydruków, aby ostatecznie zdecydować, która technologia jest odpowiednia dla konkretnego zastosowania.
Stereolitografia (SLA) i cyfrowe przetwarzanie światła (DLP), to dwa najczęstsze procesy drukowania żywicy 3D. Żywiczne drukarki 3D są popularne w produkcji precyzyjnych, izotropowych i wodoszczelnych prototypów i części z szeregu zaawansowanych materiałów o doskonałych właściwościach i gładkim wykończeniu powierzchni.
Podczas gdy technologie te były kiedyś skomplikowane i nie pozwalały na obniżenie kosztów, dzisiejsze małoformatowe stacjonarne drukarki SLA i DLP 3D produkują części przemysłowe o przystępnej cenie i niezrównanej wszechstronności dzięki szerokiej gamie materiałów.
Oba procesy działają poprzez selektywne wystawianie ciekłej żywicy na źródło światła – SLA laser, DLP projektor – w celu utworzenia bardzo cienkich stałych warstw tworzywa sztucznego, które układają się w stos, tworząc stały obiekt. Choć zasadniczo bardzo podobne, obie technologie mogą wytwarzać znacznie różne wyniki.
W tym przewodniku omawiamy szczegóły każdej technologii i badamy ich porównanie pod względem rozdzielczości, dokładności, objętości kompilacji, prędkości, przepływu pracy i innych.
Jak działają drukarki 3D SLA?
Desktopowe drukarki 3D SLA zawierają zbiornik z żywicą z przezroczystą, podstawą i nieprzywierającą powierzchnią, która służy jako podłoże dla ciekłej żywicy do utwardzenia, umożliwiając delikatne odrywanie nowo utworzonych warstw.
Proces drukowania rozpoczyna się, gdy platforma robocza opada do zbiornika żywicy, pozostawiając przestrzeń równą wysokości warstwy między platformą roboczą lub ostatnią ukończoną warstwą a dnem zbiornika. Laser wskazuje na dwa galwanometry zwierciadlane, które kierują światło do prawidłowych współrzędnych na szereg zwierciadeł, skupiając światło w górę przez dno zbiornika i utwardzając warstwę żywicy.
Utwardzona warstwa zostaje następnie oddzielona od dna zbiornika, a platforma robocza przesuwa się w górę, umożliwiając przepływ świeżej żywicy. Proces powtarza się do momentu zakończenia drukowania.
Technologia Low Force Stereolithography (LFS), stosowana w Form 3 i Form 3L , to kolejny etap drukowania 3D SLA.
W drukarkach 3D LFS optyka jest zamknięta w jednostce przetwarzania światła (LPU). W LPU galwanometr ustawia wiązkę lasera o wysokiej gęstości w kierunku Y, przepuszcza ją przez filtr przestrzenny i kieruje do lusterka składanego i lustra parabolicznego, aby konsekwentnie dostarczać wiązkę prostopadle do płaszczyzny konstrukcyjnej i zapewniać dokładne, powtarzalne odciski.
Gdy LPU porusza się w kierunku X, drukowana część jest delikatnie odrywana od elastycznego dna zbiornika, co drastycznie zmniejsza siły wywierane na części podczas procesu drukowania.
Druk 3D LFS drastycznie zmniejsza siły wywierane na części podczas procesu drukowania, wykorzystując elastyczny zbiornik i liniowe oświetlenie, aby zapewnić niesamowitą jakość powierzchni i dokładność drukowania.
Ta zaawansowana forma stereolitografii zapewnia znacznie lepszą jakość powierzchni i dokładność drukowania. Niższe siły drukowania pozwalają również na lekkie struktury dotykowe, które łatwo się odrywają, a proces ten otwiera szerokie możliwości przyszłego rozwoju zaawansowanych, gotowych do produkcji materiałów.
Jak działają drukarki 3D DLP?
Podobnie jak ich odpowiedniki SLA, budowa desktopowych drukarek DLP 3D, oparta jest o zbiornik żywicy z przezroczystym dnem i platformą montażową, która schodzi do zbiornika żywicy, aby tworzyć części do góry nogami, warstwa po warstwie.
Różnica polega na źródle światła. Drukarki 3D DLP używają ekranu projektora cyfrowego do flashowania obrazu warstwy na całej platformie, jednocześnie utwardzając wszystkie punkty.
Światło odbija się w cyfrowym urządzeniu mikromirorowym (DMD), dynamicznej masce składającej się z zwierciadeł mikroskopijnych rozmieszczonych w matrycy na chipie półprzewodnikowym. Szybkie przełączanie maleńkich luster między soczewkami, które kierują światło w stronę dna zbiornika lub radiatora, określa współrzędne, w których ciekła żywica utwardza się w danej warstwie.
Ponieważ projektor jest ekranem cyfrowym, obraz każdej warstwy składa się z kwadratowych pikseli, w wyniku czego powstaje trójwymiarowa warstwa utworzona z małych prostokątnych kostek zwanych wokselami.
SLA vs. DLP: porównanie obok siebie
Rozdzielczość
Rozdzielczość pojawia się częściej niż jakakolwiek inna wartość w arkuszach specyfikacji drukarek 3D, ale jest też częstym powodem zamieszania. Podstawowe jednostki procesów SLA i DLP mają różne kształty, co utrudnia porównywanie różnych maszyn według samych specyfikacji numerycznych.
W druku 3D należy wziąć pod uwagę trzy wymiary: dwa płaskie wymiary 2D (X i Y) i trzeci pionowy wymiar Z, który powoduje drukowanie 3D.
Rozdzielczość Z jest określona przez grubość warstwy, którą może wytworzyć drukarka 3D. Zarówno SLA, jak i DLP oferują jedne z najlepszych rozdzielczości Z – najcieńsze warstwy – spośród wszystkich procesów drukowania 3D, a użytkownicy zwykle mogą wybierać z zakresu wysokości warstw od 25 do 300 mikronów, co pozwala projektantom zachować równowagę między szczegółowością a prędkością.
W druku 3D DLP rozdzielczość XY jest określana przez rozmiar w pikselach, najmniejszą cechę, jaką projektor może odtworzyć w obrębie jednej warstwy. Zależy to od rozdzielczości projektora, najczęściej jest to Full HD (1080p) i jego odległości od okna optycznego. W rezultacie większość stacjonarnych drukarek 3D DLP ma stałą rozdzielczość XY, zwykle od 35 do 100 mikronów.
W przypadku drukarek 3D SLA rozdzielczość XY jest kombinacją wielkości plamki lasera i przyrostów, za pomocą których można sterować wiązką lasera. Na przykład drukarka 3D Form 3 LFS jest wyposażona w laser o rozmiarze plamki 85 mikronów, ale ze względu na ciągły proces skanowania linii laser może poruszać się w mniejszych przyrostach, a drukarka może konsekwentnie dostarczać części o rozdzielczości XY 25 mikronów.
Jednak sama rozdzielczość jest często tylko mało przydatną wartością. Oferuje pewne wskazówki, ale niekoniecznie koreluje bezpośrednio z dokładnością, precyzją i jakością druku.
Dowiedz się więcej o rozdzielczości w druku 3D w naszym szczegółowym przewodniku .
Dokładność i precyzja
Ponieważ drukowanie 3D jest procesem addytywnym, każda warstwa wprowadza możliwość niedokładności, a proces, w którym warstwy są tworzone, wpływa na poziom precyzji, zdefiniowany jako powtarzalność dokładności każdej warstwy. Dokładność i precyzja zależą od wielu różnych czynników: procesu drukowania 3D, materiałów, ustawień oprogramowania, przetwarzania końcowego i innych.
Ogólnie rzecz biorąc, zarówno żywiczne drukarki 3D SLA, jak i DLP należą do najdokładniejszych i najbardziej precyzyjnych procesów drukowania 3D. Różnice w dokładności i precyzji często lepiej tłumaczy się różnicami między maszynami różnych producentów niż różnicami między samymi technologiami.
Na przykład podstawowe drukarki SLA lub DLP mogą korzystać z gotowych projektorów, laserów lub galwanometrów, a ich producenci będą starali się uzyskać najlepszą możliwą wydajność z tych części. Profesjonalne drukarki SLA i DLP 3D, takie jak Formlabs Form 3 , mają niestandardowy układ optyczny dostosowany do specyfikacji wymaganych przez profesjonalne aplikacje klienckie.
Dokładność i precyzja są kluczowe dla części takich jak szyny zębowe (po lewej) i prowadnice chirurgiczne (po prawej).
Kalibracja jest również kluczowa. W przypadku projektorów DLP producenci muszą radzić sobie z nierównomiernym rozkładem światła na płaszczyźnie konstrukcyjnej i zniekształceniem optycznym soczewek – co oznacza, że piksele na środku nie mają tego samego rozmiaru lub kształtu co piksele na krawędziach. Drukarki SLA 3D używają tego samego źródła światła dla każdej części wydruku, co oznacza, że jest on z definicji jednolity, ale nadal wymagają obszernej kalibracji, aby uwzględnić zniekształcenia.
Nawet drukarka 3D z najwyższej jakości, ze względu na komponenty i stopień kalibracji może dawać bardzo różne wyniki w zależności od materiału. Różne żywice wymagają zoptymalizowanych ustawień materiałów, aby działały zgodnie z przeznaczeniem, co może nie być dostępne w przypadku gotowych materiałów lub żywic, które nie zostały dokładnie przetestowane przy użyciu konkretnego modelu drukarki 3D.
Dokładność i precyzja są prawie niemożliwe do zrozumienia na podstawie samych specyfikacji technicznych. Ostatecznie najlepszym sposobem oceny drukarki 3D jest sprawdzenie rzeczywistych części lub poproszenie producenta o wykonanie wydruku testowego jednego z własnych projektów.
Obszar roboczy
W przypadku drukarek 3D DLP istnieje bezpośredni kompromis między rozdzielczością a ilością kompilacji. Rozdzielczość zależy od projektora, który określa liczbę dostępnych pikseli / wokseli. Jeśli przesuniesz projektor bliżej okna optycznego, piksele stają się mniejsze, co zwiększa rozdzielczość, ale ogranicza dostępny obszar roboczy.
Niektórzy producenci ustawiają obok siebie wiele projektorów lub wykorzystują projektor 4K o wysokiej rozdzielczości, aby zwiększyć wielkość wydruku, ale prowadzi to do znacznie wyższych kosztów, które często eliminują te drukarki z rynku urządzeń desktopowych.
W rezultacie drukarki 3D DLP są ogólnie zoptymalizowane pod kątem konkretnych zastosowań. Niektóre mają mniejszą pojemność i oferują wysoką rozdzielczość do produkcji małych, szczegółowych elementów, takich jak biżuteria, podczas gdy inne mogą wytwarzać większe części, ale w niższej rozdzielczości.
Systemy SLA są z natury bardziej skalowalne, ponieważ objętość kompilacji drukarki 3D SLA jest całkowicie niezależna od rozdzielczości wydruku. Pojedynczy wydruk może mieć dowolny rozmiar i dowolną rozdzielczość w dowolnym miejscu w obszarze kompilacji. Umożliwia to drukowanie w 3D dużych części w wysokiej rozdzielczości lub dużej partii szczegółowych małych części w celu zwiększenia przepustowości na tej samej maszynie.
Inną główną barierą dla zwiększenia objętości kompilacji zarówno w drukarkach SLA, jak i DLP 3D jest siła odrywania. Podczas drukowania większych części siły wywierane na części rosną wykładniczo, gdy utwardzona warstwa oddziela się od zbiornika.
W druku 3D LFS elastyczna folia u podstawy zbiornika z żywicą delikatnie odkleja się, gdy platforma robocza podnosi część do góry, znacznie zmniejszając obciążenie części. Ta unikalna funkcja umożliwiła znaczne zwiększenie objętości kompilacji dla pierwszej dostępnej wielkoformatowej drukarki SLA 3D, Form 3L .
Form 3L to pierwsza niedroga wielkoformatowa drukarka 3D SLA o pojemności 30 cm x 33,5 cm x 20 cm.
Wykończenie powierzchni
Drukarki 3D z żywicą SLA i DLP znane są z tworzenia części o najbardziej gładkim wykończeniu powierzchni we wszystkich procesach drukowania 3D. Kiedy opisujemy różnice, w większości przypadków są one widoczne tylko na małych częściach lub bardzo szczegółowych modelach.
Ponieważ obiekty są drukowane w warstwach podczas drukowania 3D, wydruki 3D często mają widoczne poziome linie warstw. Ponieważ jednak DLP renderuje obrazy przy użyciu prostokątnych wokseli, istnieje również efekt pionowych linii wokseli.
Drukarki 3D DLP renderują obrazy przy użyciu prostokątnych wokseli, co powoduje efekt pionowych linii wokseli. Na tym zdjęciu zobacz pionowe linie wokseli, które pojawiają się naturalnie po lewej stronie, a następnie obrysowane, aby łatwiej było je zidentyfikować po prawej stronie.
Ponieważ jednostka jest prostokątna, woksele mają również wpływ na zakrzywione krawędzie. Pomyśl o zbudowaniu okrągłego kształtu z klocków LEGO – krawędzie będą wyglądały na stopniowane zarówno na osi Z, jak i na płaszczyźnie XY.
Prostokątny kształt wokseli sprawia, że zakrzywione krawędzie wydają się stopniowane. Usunięcie wyglądu wokseli i linii warstw wymaga dodatkowej obróbki, takiej jak szlifowanie.
W druku 3D LFS linie warstw są prawie niewidoczne. W rezultacie chropowatość powierzchni jest zmniejszona, co ostatecznie prowadzi do gładkiego wykończenia powierzchni, a dla przezroczystych materiałów bardziej półprzezroczystych części.
Szybkość i przepustowość
Myśląc o prędkości w druku 3D, ważne jest, aby wziąć pod uwagę nie tylko zwykła prędkość drukowania, ale także przepustowość.
Zwykła szybkość drukowania dla drukarek 3D z żywicą SLA i DLP jest ogólnie porównywalna. Ponieważ projektor odsłania jednocześnie całą warstwę, szybkość drukowania w druku 3D DLP jest jednolita i zależy tylko od wysokości kompilacji, natomiast drukarki 3D SLA wyciągają każdą część za pomocą lasera. Zasadniczo powoduje to, że drukarki 3D SLA są porównywalne lub szybsze podczas drukowania małych lub średnich pojedynczych części, podczas gdy drukarki 3D DLP szybciej drukują duże, w pełni gęste wydruki lub budują z wieloma częściami, które wypełniają większość platformy.
Ale jeszcze raz warto rozważyć kompromis między rozdzielczością a wolumenem budowy drukarek DLP. Mała drukarka 3D DLP może szybko wydrukować małą część lub (małą) partię mniejszych części w wysokiej rozdzielczości, ale objętość kompilacji ogranicza rozmiar części i przepustowość. Inne urządzenie o większej pojemności może drukować większe części lub partię mniejszych części szybciej, ale w niższej rozdzielczości niż SLA.
Drukarki 3D SLA mogą wytwarzać wszystkie te opcje w jednym urządzeniu i oferować użytkownikowi swobodę decydowania, czy chce zoptymalizować rozdzielczość, szybkość lub przepustowość.
Drukarki 3D SLA oferują większą pojemność, dzięki czemu użytkownicy mogą grupować części i drukować przez noc w celu zwiększenia przepustowości.
Przepływ pracy i materiały
Podobnie jak w przypadku dokładności i precyzji, przepływ pracy i dostępne materiały różnią się bardziej w zależności od maszyny niż technologii.
Większość drukarek SLA i DLP ma funkcję „podłącz i używaj”, z łatwymi do wymiany platformami i zbiornikami z żywicą. Niektóre bardziej zaawansowane modele są również wyposażone w system kartridży do automatycznego napełniania zbiornika płynną żywicą, co wymaga mniej uwagi i ułatwia drukowanie przez noc.
Niektóre drukarki są wyposażone w autorskie oprogramowanie do przygotowywania modeli 3D do drukowania, takie jak PreForm do drukarek 3D Formlabs SLA, podczas gdy inni producenci oferują gotowe rozwiązania. Funkcje różnią się w zależności od oprogramowania, na przykład PreForm oferuje konfigurację drukowania jednym kliknięciem, potężne ręczne elementy sterujące, aby zoptymalizować gęstość i rozmiar podpory, grubość warstwy adaptacyjnej lub funkcje oszczędzające materiał i czas . Na szczęście oprogramowanie można łatwo pobrać i przetestować przed zakupem drukarki 3D.
Żywiczne drukarki 3D oferują różnorodne materiały do szerokiego zakresu zastosowań.
Jedną z najważniejszych zalet drukowania 3D na żywicy jest różnorodność materiałów, które umożliwiają tworzenie części do różnych zastosowań. Żywice mogą mieć szeroki zakres konfiguracji formulacji: materiały mogą być miękkie lub twarde, mocno wypełnione materiałami wtórnymi, takimi jak szkło i ceramika, lub nasycone właściwościami mechanicznymi, takimi jak wysoka temperatura ugięcia pod obciążeniem lub odporność na uderzenia.
Jednak zakres obsługiwanych opcji materiałów zależy od modelu drukarki 3D, dlatego zalecamy skonsultowanie się z producentem przed zakupem.
Części drukowane zarówno w technologii SLA, jak i DLP wymagają obróbki końcowej po wydrukowaniu. Najpierw części należy umyć w rozpuszczalniku, aby usunąć nadmiar żywicy. Niektóre materiały funkcjonalne, takie jak części inżynieryjne lub biokompatybilne, również wymagają utwardzania końcowego. W przypadku drukarek 3D SLA Formlabs oferuje rozwiązania do automatyzacji tych kroków, oszczędzając czas i wysiłek.
W końcu części drukowane w 3D drukowane na wspornikach wymagają usunięcia tych struktur, co jest procesem ręcznym podobnym zarówno dla drukarek 3D SLA, jak i DLP. Drukowanie 3D LFS upraszcza ten krok, oferując lekkie struktury dotykowe, które wykorzystują bardzo małe punkty dotykowe, aby umożliwić łatwe usuwanie z minimalnymi śladami wsparcia.
Rozpocznij z drukowaniem SLA 3D
Po wyeliminowaniu różnic w technologii i wynikach, mamy nadzieję, że o wiele łatwiej jest wybrać rozwiązanie do drukowania 3D, które najlepiej pasuje do twoich potrzeb i przepływu pracy.
Aby poznać nową generację drukowania 3D SLA 3D, dowiedz się więcej o drukarkach 3D Form 3 i Form 3L LFS.
Źródło: https://formlabs.com
