SLA vs DLP 3D-друк

Четвер 13 липня, 2023

3D Way

3D-друк смолою – це процес затвердіння рідкого пластику за допомогою світла. Це одна з найстаріших технологій 3D-друку, яка й досі дає змогу створювати одні з найякісніших виробів з неперевершеним рівнем деталізації.

Хоча для друку смолою використовується безліч технологій і принтерів, двома основними з них є SLA і DLP. Ці два типи досягають тієї самої мети різними способами. Простіше кажучи, основна відмінність полягає в тому, що SLA використовує лазерне джерело світла для затвердіння смоли, тоді як DLP використовує проєкційну систему зі світлодіодними лампами.

У цій статті ми розглянемо подібності та відмінності між SLA та DLP, а також MSLA, зосередившись на відповідних процесах друку, їхніх сильних та слабких сторонах.

Основи друку фотополімерною смолою

Серед процесів 3D-друку SLA і DLP зазвичай розглядаються як технології, здатні досягти найвищих стандартів з точки зору складності та точності деталей. Обидві технології покладаються на використання світла, зазвичай в ультрафіолетовій області спектра (365-405 нм), хоча деякі принтери використовують видиме світло для затвердіння світлочутливої смоли. Простіше кажучи, лазер або проєктор малює на смолі зображення, яке змушує рідину затвердіти. Перш ніж говорити про затвердіння смоли, варто обговорити, що таке смола.

Смола для 3D-друку зазвичай складається з епоксидної смоли або акрилових і метакрилових мономерів, які полімеризуються і тверднуть під впливом світла. Цей процес називається зшиванням. Коли світло потрапляє на місткість зі смолою, створюючи певні форми або візерунки, з яких складається кожен шар, утворюється твердий об'єкт. Залежно від конкретної смоли, її характеристики можуть сильно відрізнятися: від м'яких і гумових до дуже твердих або високотемпературних матеріалів.

Головною перевагою друку фотополімерною смолою є неймовірна деталізація, якої можна досягти – процес майже ідеально відтворює бажане зображення для кожного шару. Основним недоліком друку смолою є сама смола, оскільки з нею складніше працювати, ніж з філаментами та технологією FDM.

SLA

SLA-друк передбачає спрямування лазерного променя через поверхню смоли для затвердіння шару. Перші системи SLA зазвичай розташовували лазерний промінь над смолою, яка вистрілювала вниз у конфігурації, яку зазвичай називають орієнтацією зверху вниз. Однак більшість сучасних систем мають орієнтацію знизу вгору, коли лазер спрямований вгору на смолу, що міститься у чані.

У будь-якому випадку, процес SLA-друку використовує дзеркала, які називаються гальванометрами, на осях X і Y для вибіркового затвердіння і застигання поперечного перерізу об'єкта, шар за шаром. Лазер вмикається і вимикається за допомогою комп'ютерного драйвера, який гарантує, що світло потрапляє на смолу в потрібних місцях. Коли кожен шар затвердіє, він підіймається вгору, звільняючи місце для наступного шару рідини. Зазвичай лазер промальовує периметр компонента, а потім заповнює його рідиною або навпаки.

Потужність лазерної точки повинна бути достатньою для запуску процесу зшивання фотополімеру, але це легко досягається за допомогою твердотілого лазера, який використовується в більшості сучасних систем. Загалом, цей процес дає чудові результати і є стабільно надійним.

Переваги та недоліки

Найбільшою перевагою SLA-друку є точність, якої можна досягти за допомогою лазера. Оскільки це растр шару зображення, у затверділому полімері немає проміжків. Швидше, це безперервна лінія затверділого матеріалу, що забезпечує дуже гладку поверхню з високим рівнем деталізації.

Цей процес растрування або малювання також є його найбільшим недоліком порівняно з DLP-друком, оскільки затвердіння кожного шару займає значно більше часу. Оскільки лазери працюють на певній довжині хвилі, а смоли застигають краще або гірше залежно від довжини хвилі, це також дещо обмежує використання матеріалів сторонніх виробників.

MSLA

Між MSLA і SLA є досить чіткі відмінності.

Принтер MSLA використовує РК-екран для маскування і матрицю світлодіодів як джерело світла, а принтер SLA використовує лазер. Принтери SLA були першими, які були розроблені, і довгий час вони були надзвичайно великими принтерами, що працюють з 355-нм лазером і смолами на основі епоксидної смоли. Зараз існує велика різноманітність, наприклад, 405-нм настільних SLA-принтерів від Formlabs та інших.

Принтери MSLA завжди працюють зі смоляним лотком із прозорим вікном, а світло і маскування виходять знизу. Для принтерів SLA може бути той самий принцип або лазер закріплюється зверху, а робочий стіл опускається у великий чан зі смолою.

Найпростіше порівняти настільний принтер MSLA з настільним принтером SLA, оскільки вони найбільш схожі. У більшості настільних SLA-принтерів використовується лазер з довжиною хвилі 405 нм. Точність принтера багато в чому визначається лазерною плямою, тобто мінімальною характеристикою принтера. Formlabs Form3+ SLA має лазерну пляму 85 мікронів і продається з точністю XY 25 мікронів. Для основних принтерів MSLA вони мають розмір пікселя від 25 до 75 мікронів, і найменші 3D-принтери MSLA працюють з таким же рівнем точності. За швидкістю MSLA виграє в більшості випадків, оскільки 3D-принтер SLA повинен буде торкатися лазером кожної точки деталі, в той час, як принтери MSLA відображатимуть усю складальний шар відразу. Зазвичай це займає 1-10 секунд, залежно від смоли.

DLP

Замість лазера у DLP-технології 3D-друку використовується цифровий світловий проєктор, який спалахує окремим зображенням кожного шару. Світло знову спрямовується дзеркалами, але замість гальванометра використовується цифровий мікродзеркальний пристрій (DMD). DMD розташовується між світлом і смолою і керує обертанням усіх дзеркал, щоб сформувати правильне зображення на поверхні виробу.

Більшість сучасних світлових двигунів використовують LED для фактичного затвердіння фотополімеру. Їхній стан увімкнення та вимкнення контролюється індивідуально і дозволяє підвищити роздільну здатність по осях XY. Як і у всіх проєкційних системах, зображення формується лише на фокусній відстані, між об'єктивом проєктора та площиною, на яку воно проєктується. Чим більша відстань, тим меншу роздільну здатність матиме проєктор.

DLP-друк відрізняється від SLA тим, що пікселі проєктуються на смолу, формуючи одразу все зображення. Це робить процес набагато швидшим, але також може вплинути на якість зображення. Однак це стало меншою проблемою, оскільки світлові двигуни DLP значно вдосконалилися за останні кілька десятиліть.

Переваги та недоліки

Найбільша перевага DLP в порівнянні з SLA полягає в її здатності полімеризувати весь шар за один раз. Швидкість друку не залежить від розміру моделі, що може статися в системах SLA. На відміну від SLA, де один лазер повинен пройти через весь поперечний переріз деталі, світлом проєктора може бути освітлена вся робоча поверхня. У системах SLA лазер рухається досить швидко, тому малі та середні об'єкти можна друкувати швидше, ніж на машині DLP. Однак для великих моделей і партій, що друкуються на повну пластину, DLP забезпечить швидший результат.

Ще одна перевага DLP полягає в тому, що вони, як правило, більш економічно ефективні, ніж машини SLA, і їх легше калібрувати. На відміну від них, машини SLA часто доводиться відправляти на ремонт до виробника.

Однак DLP-принтери, як правило, мають менші обсяги збірки порівняно з машинами SLA. Це пов'язано з тим, що більші обсяги друку вимагають більших відстаней, а надто великі відстані призводять до того, що роздільна здатність принтера DLP стає надто низькою.

Оскільки система базується на пікселях, якість зображення залежить від роздільної здатності DMD. Залежно від системи, якість зображення може бути нижчою і не такою гладкою порівняно з машинами SLA. Це пов'язано з тим, що деталь полімеризується в пікселях, а не безперервною лінією, як у лазерній системі. Однак на сучасних системах ви не зможете помітити різницю, якщо не будете уважно оглядати деталь.

Досягнення постійної щільності енергії по всій площині полімеризації в DLP-системах є складнішим завданням. Іноді зображення шару доводиться попередньо модифікувати, щоб врахувати це. У DLP це складніше, тому що джерело світла повинно покривати всю поверхню DMD-чипа, а не тільки одну точку в просторі. Забезпечити однакову інтенсивність світла для кожного пікселя складніше, ніж підтримувати постійну інтенсивність лазера. Ця частина роботи виконується під час введення системи в експлуатацію на заводі, тому зазвичай вам не потрібно про це турбуватися. Однак це робить методи обробки зображень, такі як згладжування, складнішими, оскільки вони зазвичай змінюють яскравість зображення, щоб досягти плавного вигляду.

Залежно від довжини хвилі джерела світла, як DLP, так і SLA принтери можуть використовувати одні й ті ж матеріали, хоча деякі з них оптимізовані для одного або іншого. Оптимізація здебільшого стосується розміру пікселя та щільності енергії світла. Постобробка для обох процесів складається з однакових етапів промивання і подальшого затвердіння.