SLA och DLP: vilken hartsbaserad 3D-utskriftsteknik ska man välja?

Källa: 3dnatives.com

3D-utskriftsteknikerna SLA och DLP är kända för att använda harts som utskriftsmaterial. Låt oss dock först ge en överblick över de två teknikerna för att sedan gå in på deras specifika egenskaper och skillnader. Sedan uppfinningen av stereolitografi (SLA) 1984 av Charles Hull har olika tekniker som FDM, SLS och MJF vuxit fram. Vissa har till och med härletts från SLA, som Digital Light Processing (DLP). Idag fokuserar vi på SLA- och DLP-teknikerna och jämför dem: även om de två teknikerna har många gemensamma nämnare finns det vissa tydliga skillnader. Hur fungerar dessa tekniker? Vilka material kan användas? Vilka är de främsta tillverkarna? Vi förklarar det för dig!

SLA- och DLP-teknikerna jämförda

3D-utskriftsteknikerna SLA och DLP har många skillnader men också lika många gemensamma punkter. Båda utsätter flytande fotopolymerer för en ljuskälla, använder harts och är lämpliga för utskrift av små modeller med precisa detaljer. Metoderna är kompatibla med flexibla eller hårda material och kan även skriva ut kompositmaterial, fyllda med exempelvis glas eller keramik. Det bör noteras att de utskrivna delarna är relativt sköra och riskerar att försämras om de exponeras för solljus, samt att de kan vara benägna att deformeras.

Den första 3D-utskriftstekniken som utvecklades 1984, stereolitografi, anses nu vara en av de mest precisa utskriftsprocesserna på marknaden. Till skillnad från vad som sker med DLP-teknik är ljuskällan som används en laser. Laserstrålen passerar genom hartstanken, rör sig längs den horisontella axeln och stelnar materialet lager för lager. Idag finns två typer av maskiner: de där lasern verkar uppifrån och ned, med en platta som sänks för varje nytt lager, och de med en laser som verkar nedifrån och upp, med en platta som höjs allteftersom. SLA producerar släta ytor och en lagertjocklek mellan 0,05 och 0,01 mm, vilket möjliggör utskrift av objekt med extremt tunna lager.

Metoden Digital Light Processing kommer från en bildprojektionsteknik (som går tillbaka till 80-talet) och använder en projektor som ljuskälla. På så sätt träffar en enda ljusprojektion hela hartsplattan. Kärnan i denna process är en digital mikrospegelsenhet (DMD, Digital Micromirror Device), placerad mellan projektorn och hartset. Den består av flera mikroskopiska speglar som styrs och aktiveras individuellt: om de är aktiva reflekterar de ljuset mot hartset och polymeriserar det. De producerar alltså en sorts mask som härdar hartset enligt önskad modell. Vissa 3D-skrivare har numera ersatt denna DMD med en LCD-skärm, vilket drastiskt sänker maskinens pris.

DLP-processen anses snabbare än stereolitografi eftersom den inte arbetar punkt för punkt. Dessutom, på grund av sina projektorer, är DLP-skrivare större och oftast är hartstanken i DLP-maskiner grundare än den som används i SLA-processen.

Slutligen ligger den sista skillnaden mellan SLA- och DLP-teknikerna i underhållet. DLP-skrivare kräver lite underhåll och är ofta enklare att reparera – närvaron av lasern i SLA-maskiner har stor inverkan på denna aspekt.

Utskriftskvalitet

Utskriftskvalitet är ofta en avgörande faktor när man väljer mellan två tekniker. Detta gäller i synnerhet om 3D-utskriften ska användas för produktion av färdiga delar, vilket innebär att detaljrikedom, struktur och yta spelar en mycket viktig roll. I princip kan man säga att båda teknikerna möjliggör design av precisa modeller med hög upplösning och extrem detaljrikedom. Det är dock inte bara själva processen som är avgörande för utskriftskvaliteten, utan även valet av material, vilket ofta beror på tillverkaren.

När man skriver ut med SLA-teknik härdas hartset punkt för punkt på utskriftsplattan. Ju längre komponenten är, desto mer utskriftstid krävs, eftersom lasern måste passera över hela plattan. SLA är därför mer lämpat för utskrift av objekt med en längd mellan några millimeter och 1,5 meter. Det finns dock ingen förlust av kvalitet på grund av längden och det är möjligt att uppnå en Z-upplösning på upp till 25 mikron: båda är oberoende av modellens dimensioner.

DLP-tekniken gör det möjligt att uppnå en lagertjocklek på upp till 5 mikron. Det är dock viktigt att understryka att DLP-3D-skrivare kan skapa en "trappstegseffekt" på slutprodukten på grund av pixelprojektionen, vilket påverkar ytan på de utskrivna delarna negativt. När man skriver ut långa komponenter kan kvalitetsförlust uppstå vid kanterna. Mitten av plattan får nämligen den högsta energikoncentrationen från projektorn; ljuset sprids sedan gradvis ut mot kanterna.

Tekniska egenskaper

Utskriftshastighet

När det gäller utskriftshastighet ligger DLP-tekniken definitivt i täten. Eftersom DLP härdar ett helt lager harts på en gång är utskriftsprocessen mycket snabbare. Till skillnad från SLA-processen, där hartset härdas punkt för punkt, är det i DLP-processen endast komponentens höjd som påverkar utskriftshastigheten.

Utskriftsvolym

Stereolitografi används inte för att producera stora komponenter på grund av de höga materialkostnaderna jämfört med andra processer, som FDM. Dessutom är utskriftsvolymen begränsad till storleken på tanken som innehåller det flytande hartset.

Utskriftsvolymen för SLA-skrivarna Formlabs 3L är 335 x 200 x 300 mm och 1500 x 750 x 550 mm för 3D Systems Pro X 950. När det gäller DLP-skrivare är utskriftsvolymen för Envison TEC Xtrem 8K 450 x 371 x 399 mm och 400 x 330 x 500 mm för modellen Carima DM400A.

Efterbehandling

I alla 3D-utskriftsprocesser med harts är efterbehandling av delarna obligatorisk. Detta beror på att stödkonstruktioner krävs för att skriva ut mycket tunna modeller, och dessa måste tas bort efter härdning. Detta steg kan vara tidskrävande och är förmodligen en av de största nackdelarna med 3D-utskrift med harts. Skillnaderna i efterbehandling är främst kopplade till det material som används, både i SLA- och DLP-processen. Förutom att rengöra delarna från flytande harts med isopropylalkohol (IPA) eller tripropylenglykolmonometyleter (TPM), måste man också räkna med torkning, borttagning av stödkonstruktioner, en eventuell efterhärdning och, vid behov, blästring och målning av delarna.

I princip kan man säga att efterbehandlingen i SLA- och DLP-processer inte bara är tidskrävande, utan också kräver en viss nivå av erfarenhet från användaren eller bör överlåtas till specialister. Efterbehandling vid 3D-utskrift är ofta ett problem för kunder; det är därför vissa företag redan har specialiserat sig på optimering eller automatisering av denna fas.

Användningsområden

När det gäller användningsområden används SLA- och DLP-teknikerna i stor utsträckning inom liknande sektorer. Särskilt smyckes- och dentalbranscherna använder regelbundet 3D-utskrift med harts. Exempelvis erbjuder tillverkaren Formlabs olika hartser som är specifikt dedikerade till vårdpersonal. Många företag använder dem för att skapa olika typer av medicintekniska produkter. På grund av det breda utbudet av material som finns tillgängliga använder dock många andra branscher också 3D-utskrift med harts. Det finns hartser som är lämpliga för olika tillämpningar: prototyper, formsprutningsformar eller ingenjörskonst.

Huvudsakliga tillverkare

För närvarande har vissa tillverkare av 3D-skrivare gått över till SLA-teknik. Självklart förblir 3D Systems, företaget grundat av Charles Hull, en av de viktigaste tillverkarna, men med tiden har andra producenter vuxit fram. Detta är i synnerhet fallet med Formlabs, som har etablerat sig som ett av de ledande företagen inom området SLA-3D-skrivare. Förutom att leverera SLA-maskiner erbjuder det amerikanska företaget ett stort antal hartser och andra material, såsom hartset Castable Wax 40 för dentalbranschen. Med sin serie XFAB-skrivare erbjuder tillverkaren DWS även maskiner baserade på stereolitografi.

När man talar om DLP-3D-skrivare anses EnvisionTEC, grundat 2002, vara en pionjär i branschen. Liksom B9 Creator och Asiga har många företag tagit till sig DLP-tekniken för att utveckla sina skrivare. Vi kan även nämna tillverkare som har förlitat sig på DLP-teknik för att skapa en snabbare variant, såsom Carbon 3D med sin Digital Light Synthesis (DLS) som kan kontrollera syreflödet, eller Photocentric och Daylight Polymer Printing (DPP). Slutligen har det franska företaget Prodways i sin tur patenterat en process som liknar DLP: MOVINGLight-tekniken.

Pris för SLA- och DLP-3D-skrivare

I de flesta fall är DLP-skrivare billigare än SLA-skrivare. Men som med alla sortiment av 3D-skrivare är det viktigt att skilja mellan stationära (desktop) och industriella 3D-skrivare.

När det gäller grundläggande SLA-skrivare är den mest tillgängliga maskinen Form 2 från Formlabs. Med en utskriftsvolym på 145 x 145 x 175 cm kan Form 2 skryta med en laserpunktprecision på cirka 145 mikron. Maskinen, som finns tillgänglig från 2 400 USD, har funnits på marknaden sedan 2015. Det bör dock noteras att den amerikanska tillverkaren sedan dess har utvecklat modellerna Form 3 och Form 3L.

I genomsnitt ligger priset för en SLA-3D-skrivare mellan 3 000 och 4 000 USD. Om du letar efter en industrimaskin stiger priserna dock exponentiellt. Till exempel marknadsförs 3D Systems industriella SLA-lösningar till priser kring 500 000 USD. Det bör också noteras att skrivare utrustade med en laser som arbetar uppifrån och ned generellt är dyrare.

DLP-3D-skrivare är mycket mer tillgängliga och tilltalar många entusiaster inom additiv tillverkning. Anycubic säljer flera DLP-maskiner till ett pris kring 200 USD, som i fallet med skrivaren Photon Zero. Maskiner för proffs, inklusive de som erbjuds av EnvisionTEC för dental- och smyckesbranschen, finns tillgängliga för cirka 15 000 USD. Som alltid kan priserna variera beroende på tillverkare. Tillverkaren Asiga erbjuder också professionella DLP-3D-skrivare, men till ett pris av cirka 1 000 USD.