SLA e DLP: quale tecnologia di stampa 3D basata su resina scegliere?

Fonte: 3dnatives.com

Le tecnologie di stampa 3D SLA e DPL sono note per essere basate sull’utilizzo della resina come materiale di stampa. Facciamo però innanzitutto una panoramica sulle due tecnologie, per poi scoprire nello specifico le loro caratteristiche e differenze. Dall’invenzione della stereolitografia (SLA) nel 1984 da parte di Charles Hull, sono emerse diverse tecnologie come FDM, SLS e MJF. Alcune sono perfino derivate dalla SLA come la Digital Light Processing (DLP). Oggi ci concentreremo sulle tecnologie SLA e DLP e le metteremo a confronto: se da un lato le due tecnologie hanno numerosi punti in comune, ci sono alcune differenze evidenti. Come funzionano queste tecnologie? Quali materiali possono essere utilizzati? Chi sono i produttori principali? Te lo spieghiamo noi!

Tecnologie SLA e DLP a confronto

Le tecnologie di stampa 3D SLA e DLP presentano numerose differenze e altrettanti punti in comune. Entrambe espongono fotopolimeri liquidi a una fonte luminosa, fanno uso della resina e sono adatte alla stampa di piccoli modelli con dettagli precisi. I metodi sono compatibili con materiali flessibili o duri e possono anche stampare materiali compositi, riempiti con vetro o ceramica, ad esempio. Va notato che le parti stampate sono relativamente fragili e a rischio di deterioramento se esposti al sole e potrebbero essere soggette a deformazione.

La prima tecnologia di stampa 3D sviluppata nel 1984, la stereolitografia, è ora considerata una dei processi di stampa 3D più accurati esistenti sul mercato. A differenza di quanto avviene con la tecnologia DLP, la fonte luminosa utilizzata è il laser. Il raggio laser passa attraverso il serbatoio della resina spostandosi lungo l’asse orizzontale e solidifica il materiale strato per strato. Oggi esistono due tipi di macchine: quelle in cui il laser agisce dall’alto in basso, con un piatto che scende a ogni nuovo strato e quelle con un laser che agisce dal basso in alto, con un piatto che sale man mano. La SLA produce superfici lisce e uno strato di spessore compreso tra 0,05 e 0,01 mm, consentendo dunque la stampa di oggetti dagli strati estremamente sottili.

Provenendo da una tecnologia di proiezione delle immagini (che risale agli anni ‘80), il metodo di Digital Light Processing impiega un proiettore come fonte luminosa. In questo modo, una singola proiezione di luce colpisce l’intero piatto di resina. Al cuore di questo processo c’è il digital micromirror device (DMD, dispositivo digitale a microspecchi), collocato tra il proiettore e la resina. È composto da diversi specchi microscopici controllati e attivati individualmente: se sono attivi, riflettono la luce verso la resina e la polimerizzano. Quindi producono un tipo di maschera che cura la resina secondo il modello desiderato. Alcune stampanti 3D hanno ora sostituito questo DMD con uno schermo LCD, riducendo drasticamente il prezzo della macchina.

Il processo DLP è considerato più rapido della stereolitografia perché non lavora punto per punto. Inoltre, per via dei loro proiettori, le stampanti DLP sono più grandi e il più delle volte, il serbatoio di resina delle macchine DLP è meno profondo di quello impiegato nel processo di SLA.

Infine, l’ultima differenza tra le tecnologie SLA e DLP risiede nella manutenzione. Le stampanti DLP richiedono poca manutenzione e sono spesso più semplici da riparare – la presenza del laser nelle macchine SLA ricade molto su questo aspetto.

Qualità di stampa

La qualità di stampa è spesso un fattore decisivo al momento di scegliere tra due tecnologie. Questo soprattutto se la stampa 3D deve essere utilizzata per la produzione di parti finite, il che implica che il livello di dettaglio, struttura e superficie gioca un ruolo molto importante. In linea di principio, si può dire che le due tecnologie rendono possibile progettare modelli precisi e ad alta risoluzione con un livello di dettaglio finissimo.Tuttavia, non è solo il processo in sé ad essere decisivo per la qualità della stampa, ma anche la scelta del materiale che spesso dipende dal produttore.

Quando si stampa con tecnologia SLA, la resina è polimerizzata punto per punto sul piatto di stampa. Più il pezzo è lungo, maggiore sarà il tempo di stampa necessario, in quanto il laser dovrà passare lungo l’intero piatto. La SLA è quindi più adatta alla stampa di oggetti con una lunghezza compresa tra pochi millimetri e 1,5 metri. Non c’è tuttavia alcuna perdita di qualità dovuta alla lunghezza ed è possibile ottenere una risoluzione Z fino a 25 micron: entrambe sono indipendenti dalle dimensioni del modello.

La tecnologia DLP permette di ottenere uno spessore dello strato fino a 5 micron. Tuttavia, è importante sottolineare che le stampanti 3D DLP possono creare un effetto a “scalini” sul prodotto finale a causa della proiezione dei pixel, il che influisce negativamente sulla superficie finale dei pezzi stampati. Quando si stampano componenti lunghi, la perdita di qualità può verificarsi ai lati. Il centro del piatto, infatti, riceve la maggiore concentrazione di energia da parte del proiettore; la luce viene poi gradualmente diffusa ai bordi.

Caratteristiche tecniche

Velocità di stampa

In termini di velocità di stampa, la tecnologia DLP è decisamente in testa. Infatti, dato che la DLP polimerizza un intero strato di resina in un colpo solo, il processo di stampa è molto più veloce. A differenza del processo di SLA, in cui la resina è polimerizzata punto per punto, nel processo DLP solo l’altezza del componente influisce sulla velocità di stampa.

Volume di stampa

La stereolitografia non è impiegata per produrre componenti di grandi dimensioni per via dell’elevato costo dei materiali rispetto ad altri processi, come l’FDM. Inoltre, il volume di stampa è limitato alle dimensioni del serbatoio che contiene la resina liquida.

Il volume di stampa delle stampanti SLA Formlabs 3L è di 335 x 200 x 300 mm ed è di 1500 x 750 x 550 mm per la 3D Systems Pro X 950.Per quanto riguarda le stampanti DLP, il volume di stampa della Envison TEC Xtrem 8K è di 450 x 371 x 399 mm ed è di 400 x 330 x 500 mm per il modello Carima DM400A.

Post-elaborazione

In tutti i processi di stampa 3D a resina, la post-elaborazione dei pezzi è obbligatoria. Ciò è dovuto al fatto che per stampare modelli molto sottili sono richieste strutture di supporto e queste vanno rimosse dopo la polimerizzazione. Questo passaggio può richiedere tempo ed è probabilmente uno dei principali svantaggi della stampa 3D a resina. Le differenze nella post-elaborazione sono principalmente legate al materiale impiegato, sia nel processo SLA che in quello DLP. Oltre a pulire i pezzi dalla resina liquida con alcol isopropilico (IPA) o tripropilene glicol monometil etere (TPM), vanno calcolate anche l’asciugatura, la rimozione delle strutture di supporto, una possibile post-polimerizzazione e, se necessario, la sabbiatura e la verniciatura dei pezzi.

In linea di principio si può dire che la post-elaborazione nei processi SLA e DLP non solo è dispendiosa in termini di tempo, ma richiede anche un certo livello di esperienza da parte dell’utente o dovrebbe essere lasciata agli specialisti. La post-elaborazione nella stampa 3D è spesso un problema per i clienti; ecco perché alcune aziende si sono già specializzate nell’ottimizzazione o nell’automatizzazione di questa fase.

Casi di applicazione

Per quanto riguarda i casi di applicazione, le tecnologie SLA e DLP sono in gran parte impiegate in settori simili. In particolare il settore della gioielleria e quello dentale fanno regolarmente uso della stampa 3D a resina. Ad esempio, il produttore Formlabs offre varie resine dedicate specificamente ai professionisti sanitari. Numerose aziende le usano per creare diversi tipi di dispositivi medici. Per via dell’ampia varietà di materiali disponibili, però, molti altri settori impiegano a loro volta la stampa 3D a resina. Esistono resine adatte alle diverse applicazioni: prototipazione, stampi a iniezione o l’ingegnerizzazione.

Principali produttori

Attualmente alcuni produttori di stampanti 3D sono passati alla tecnologia SLA. Naturalmente, uno dei principali produttori rimane 3D Systems, l’azienda fondata da Charles Hull, ma nel tempo sono emersi altri produttori. Questo è il caso, in particolare, di Formlabs, che si è affermata come una delle società leader nell’ambito delle stampanti 3D SLA. Oltre a fornire macchine SLA, l’azienda americana offre numerose resine e altri materiali, come la resina Castable Wax 40 per il settore dentale. Con la sua gamma di stampanti XFAB, il produttore DWS offre anche macchine basate sulla stereolitografia.

Quando si parla di stampanti 3D DLP, EnvisionTEC, fondata nel 2002, è considerata un pioniere nel settore. Come B9 Creator e Asiga, numerose aziende si sono impadronite della tecnologia DLP per sviluppare le loro stampanti. Possiamo anche menzionare produttori che hanno fatto affidamento sulla tecnologia DLP per crearne una più veloce, come Carbon 3D con la Digital Light Synthesis (DLS) che può controllare il flusso di ossigeno o la Photocentric and Daylight Polymer Printing (DPP). Infine, l’azienda francese Prodways ha a sua volta brevettato un processo simile alla DLP: la tecnologia MOVINGLight.

Prezzo stampanti 3D SLA e DLP

Nella maggior parte dei casi, le stampanti DLP sono meno care di quelle SLA. Ma come nel caso di tutte le gamme di stampanti 3D, è importante differenziare tra stampanti 3D desktop e industriali.

Per quanto riguarda le stampanti SLA base, la macchina più accessibile è la Form 2 di Formlabs. Con un volume di stampa di 145 x 145 x 175 cm, la Form 2 vanta una precisione del punto laser di circa 145 micron. Disponibile a partire da 2.400 $, la macchina è sul mercato dal 2015. Va notato, tuttavia, che il produttore americano da allora ha sviluppato i modelli Form 3 e Form 3L.

In media, il prezzo di una stampante 3D SLA oscilla tra 3.000 $ e 4.000 $.Tuttavia, se stai cercando una macchina industriale, i prezzi salgono esponenzialmente. Ad esempio, le soluzioni SLA industriali di 3D Systems sono commercializzate a prezzi che si aggirano intorno ai 500.000 $. Va inoltre notato che le stampanti dotate di laser che lavora dall’alto verso il basso sono generalmente più costose.

Molto più accessibili, le stampanti 3D DLP piacciono a molti appassionati di manifattura additiva. Anycubic vende diverse macchine DLP a un prezzo che si aggira intorno ai 200 $, come nel caso della stampante Photon Zero. Macchine per professionisti, incluse quelle offerte da EnvisionTEC per il settore dentale e della gioielleria, sono disponibili a circa 15.000 $.  Come sempre, a seconda del produttore i prezzi possono variare. Anche il produttore Asiga offre stampanti 3D DLP professionali, ma a un prezzo di circa 1.000 $.