SLA i DLP: którą technologię druku 3D z żywicy wybrać?

Źródło: 3dnatives.com

Technologie druku 3D SLA i DLP znane są z wykorzystania żywicy jako materiału do drukowania. Zanim jednak przejdziemy do szczegółowego omówienia ich charakterystyki i różnic, przedstawmy krótki przegląd obu technologii. Od momentu wynalezienia stereolitografii (SLA) w 1984 roku przez Charlesa Hulla, pojawiło się wiele różnych technologii, takich jak FDM, SLS czy MJF. Niektóre z nich, jak Digital Light Processing (DLP), wywodzą się bezpośrednio z SLA. Dziś skupimy się na technologiach SLA i DLP i porównamy je ze sobą: choć mają wiele cech wspólnych, istnieją między nimi wyraźne różnice. Jak działają te technologie? Jakie materiały można w nich wykorzystać? Kim są główni producenci? Wyjaśniamy!

Porównanie technologii SLA i DLP

Technologie druku 3D SLA i DLP wykazują wiele różnic, ale też mają tyle samo punktów wspólnych. Obie wystawiają ciekłe fotopolimery na działanie źródła światła, wykorzystują żywicę i nadają się do drukowania niewielkich modeli z precyzyjnymi detalami. Metody te są kompatybilne z materiałami elastycznymi lub twardymi, a także umożliwiają druk z użyciem materiałów kompozytowych, na przykład wypełnionych szkłem lub ceramiką. Należy zauważyć, że wydrukowane części są stosunkowo kruche i narażone na niszczenie pod wpływem światła słonecznego oraz mogą ulegać deformacji.

Pierwsza technologia druku 3D opracowana w 1984 roku, czyli stereolitografia, jest obecnie uważana za jeden z najdokładniejszych procesów druku 3D dostępnych na rynku. W przeciwieństwie do technologii DLP, wykorzystywanym źródłem światła jest laser. Wiązka lasera przechodzi przez zbiornik z żywicą, poruszając się wzdłuż osi poziomej i utwardzając materiał warstwa po warstwie. Obecnie istnieją dwa rodzaje maszyn: takie, w których laser działa z góry na dół, z platformą obniżającą się przy każdej nowej warstwie, oraz takie, w których laser działa od dołu do góry, z platformą stopniowo się wznoszącą. SLA pozwala na uzyskanie gładkich powierzchni i grubości warstwy od 0,05 do 0,01 mm, co umożliwia drukowanie obiektów o niezwykle cienkich warstwach.

Wywodząca się z technologii projekcji obrazu (która sięga lat 80.), metoda Digital Light Processing wykorzystuje projektor jako źródło światła. W ten sposób pojedyncza projekcja światła pada na całą platformę z żywicą. Sercem tego procesu jest urządzenie DMD (digital micromirror device – cyfrowe urządzenie z mikrolustrami), umieszczone między projektorem a żywicą. Składa się ono z wielu mikroskopijnych luster, które są kontrolowane i aktywowane indywidualnie: jeśli są aktywne, odbijają światło w stronę żywicy i polimeryzują ją. W ten sposób tworzą rodzaj maski, która utwardza żywicę zgodnie z pożądanym modelem. Niektóre drukarki 3D zastąpiły teraz to urządzenie DMD ekranem LCD, co drastycznie obniżyło cenę urządzenia.

Proces DLP jest uważany za szybszy niż stereolitografia, ponieważ nie pracuje punkt po punkcie. Ponadto, ze względu na swoje projektory, drukarki DLP są większe i najczęściej zbiornik na żywicę w maszynach DLP jest płytszy niż ten stosowany w procesie SLA.

Wreszcie, ostatnia różnica między technologiami SLA i DLP dotyczy konserwacji. Drukarki DLP wymagają niewielkiej konserwacji i są często łatwiejsze w naprawie – obecność lasera w maszynach SLA ma w tym aspekcie spore znaczenie.

Jakość druku

Jakość druku jest często czynnikiem decydującym przy wyborze między dwiema technologiami. Zwłaszcza jeśli druk 3D ma być wykorzystywany do produkcji gotowych części, co oznacza, że poziom szczegółowości, struktura i wykończenie powierzchni odgrywają bardzo ważną rolę. Zasadniczo można powiedzieć, że obie technologie umożliwiają projektowanie precyzyjnych modeli o wysokiej rozdzielczości z bardzo drobnym poziomem szczegółowości. Jednak o jakości druku decyduje nie tylko sam proces, ale także dobór materiału, co często zależy od producenta.

Podczas drukowania w technologii SLA, żywica jest polimeryzowana punkt po punkcie na platformie roboczej. Im dłuższy jest element, tym więcej czasu będzie wymagał druk, ponieważ laser musi przejść wzdłuż całej platformy. SLA jest zatem bardziej odpowiednia do drukowania obiektów o długości od kilku milimetrów do 1,5 metra. Nie występuje jednak utrata jakości spowodowana długością i możliwe jest uzyskanie rozdzielczości w osi Z do 25 mikronów: obie te wartości są niezależne od wymiarów modelu.

Technologia DLP pozwala uzyskać grubość warstwy do 5 mikronów. Należy jednak podkreślić, że drukarki 3D DLP mogą tworzyć efekt „schodkowania” na produkcie końcowym z powodu projekcji pikseli, co wpływa negatywnie na wykończenie powierzchni wydrukowanych części. Podczas drukowania długich elementów, utrata jakości może wystąpić po bokach. Środek platformy otrzymuje bowiem największą koncentrację energii z projektora; światło jest następnie stopniowo rozpraszane ku krawędziom.

Charakterystyka techniczna

Szybkość druku

Pod względem szybkości druku, technologia DLP zdecydowanie prowadzi. Dzięki temu, że DLP polimeryzuje całą warstwę żywicy za jednym zamachem, proces drukowania jest znacznie szybszy. W przeciwieństwie do procesu SLA, w którym żywica jest polimeryzowana punkt po punkcie, w procesie DLP na szybkość druku wpływa jedynie wysokość elementu.

Objętość druku

Stereolitografia nie jest stosowana do produkcji dużych elementów ze względu na wysoki koszt materiałów w porównaniu z innymi procesami, takimi jak FDM. Ponadto objętość druku jest ograniczona do rozmiarów zbiornika zawierającego płynną żywicę.

Objętość druku drukarek SLA Formlabs 3L wynosi 335 x 200 x 300 mm, a w przypadku 3D Systems Pro X 950 jest to 1500 x 750 x 550 mm. Jeśli chodzi o drukarki DLP, objętość druku Envison TEC Xtrem 8K wynosi 450 x 371 x 399 mm, a dla modelu Carima DM400A jest to 400 x 330 x 500 mm.

Postprocessing

We wszystkich procesach druku 3D z żywicy, obróbka końcowa (postprocessing) części jest obowiązkowa. Wynika to z faktu, że do drukowania bardzo cienkich modeli wymagane są struktury wsporcze, które należy usunąć po polimeryzacji. Ten krok może być czasochłonny i jest prawdopodobnie jedną z głównych wad druku 3D z żywicy. Różnice w obróbce końcowej są głównie związane z wykorzystanym materiałem, zarówno w procesie SLA, jak i DLP. Oprócz czyszczenia części z płynnej żywicy za pomocą alkoholu izopropylowego (IPA) lub eteru monometylowego glikolu tripropylenu (TPM), należy również uwzględnić suszenie, usuwanie struktur wsporczych, ewentualną dodatkową polimeryzację, a w razie potrzeby piaskowanie i malowanie części.

Zasadniczo można powiedzieć, że postprocessing w procesach SLA i DLP nie tylko jest czasochłonny, ale wymaga również pewnego poziomu doświadczenia ze strony użytkownika lub powinien być powierzony specjalistom. Obróbka końcowa w druku 3D jest często problemem dla klientów; dlatego niektóre firmy specjalizują się już w optymalizacji lub automatyzacji tego etapu.

Przypadki zastosowań

Jeśli chodzi o przypadki zastosowań, technologie SLA i DLP są w dużej mierze wykorzystywane w podobnych branżach. Szczególnie branża jubilerska i stomatologiczna regularnie korzystają z druku 3D z żywicy. Na przykład producent Formlabs oferuje różne żywice dedykowane specjalnie dla profesjonalistów medycznych. Wiele firm używa ich do tworzenia różnego rodzaju wyrobów medycznych. Jednak ze względu na dużą różnorodność dostępnych materiałów, wiele innych branż również stosuje druk 3D z żywicy. Istnieją żywice odpowiednie do różnych zastosowań: prototypowania, form wtryskowych czy inżynierii.

Główni producenci

Obecnie niektórzy producenci drukarek 3D przestawili się na technologię SLA. Naturalnie jednym z głównych producentów pozostaje 3D Systems, firma założona przez Charlesa Hulla, ale z czasem pojawili się inni producenci. Dotyczy to w szczególności Formlabs, która ugruntowała swoją pozycję jako jedna z wiodących firm w dziedzinie drukarek 3D SLA. Oprócz dostarczania maszyn SLA, amerykańska firma oferuje liczne żywice i inne materiały, takie jak żywica Castable Wax 40 dla sektora stomatologicznego. Dzięki swojej gamie drukarek XFAB, producent DWS oferuje również maszyny oparte na stereolitografii.

Jeśli chodzi o drukarki 3D DLP, EnvisionTEC, założona w 2002 roku, jest uważana za pioniera w branży. Podobnie jak B9 Creator i Asiga, wiele firm przejęło technologię DLP, aby rozwijać własne drukarki. Możemy również wspomnieć o producentach, którzy polegali na technologii DLP, aby stworzyć szybszą wersję, jak Carbon 3D z technologią Digital Light Synthesis (DLS), która może kontrolować przepływ tlenu, lub Photocentric z Daylight Polymer Printing (DPP). Wreszcie, francuska firma Prodways również opatentowała proces podobny do DLP: technologię MOVINGLight.

Cena drukarek 3D SLA i DLP

W większości przypadków drukarki DLP są tańsze niż SLA. Ale jak w przypadku wszystkich gam drukarek 3D, ważne jest rozróżnienie między drukarkami 3D typu desktop a przemysłowymi.

Jeśli chodzi o podstawowe drukarki SLA, najbardziej przystępną maszyną jest Form 2 firmy Formlabs. Z obszarem roboczym 145 x 145 x 175 cm, Form 2 może pochwalić się precyzją plamki lasera na poziomie około 145 mikronów. Dostępna od 2400 USD, maszyna jest na rynku od 2015 roku. Należy jednak zauważyć, że amerykański producent od tego czasu opracował modele Form 3 i Form 3L.

Średnio cena drukarki 3D SLA waha się od 3000 do 4000 USD. Jeśli jednak szukasz maszyny przemysłowej, ceny rosną wykładniczo. Przykładowo, przemysłowe rozwiązania SLA firmy 3D Systems są sprzedawane w cenach oscylujących wokół 500 000 USD. Należy również zauważyć, że drukarki wyposażone w laser działający z góry na dół są zazwyczaj droższe.

Znacznie bardziej przystępne cenowo drukarki 3D DLP cieszą się popularnością wśród wielu entuzjastów wytwarzania przyrostowego. Anycubic sprzedaje różne maszyny DLP w cenie około 200 USD, jak w przypadku drukarki Photon Zero. Profesjonalne maszyny, w tym te oferowane przez EnvisionTEC dla sektora stomatologicznego i jubilerskiego, są dostępne za około 15 000 USD. Jak zawsze, ceny mogą się różnić w zależności od producenta. Producent Asiga również oferuje profesjonalne drukarki 3D DLP, ale w cenie około 1000 USD.