Druk 3D z żywicy, proces utwardzania płynnych materiałów światłoczułych za pomocą światła, jest jedną z najstarszych form druku 3D i zapewnia najwyższą jakość wydruków o wysokim poziomie szczegółowości. Obecnie istnieje wiele różnych technologii drukowania na żywicy, ale najważniejszymi technologiami są stereolitografia (SLA) i cyfrowe przetwarzanie światła (DLP). Te dwa typy osiągają ten sam cel na różne sposoby. Główna różnica polega na tym, że SLA wykorzystuje laserowe źródło światła do utwardzania żywicy, podczas gdy DLP wykorzystuje system projekcji.
Podstawy drukowania żywicy
△ Części drukowane w technologii SLA
W procesach drukowania 3D SLA i DLP mają duże zalety pod względem złożoności i precyzji części. Oba polegają na użyciu światła, zwykle w zakresie ultrafioletu widma (365-405 nm), a niektóre drukarki wykorzystują światło widzialne do utwardzania światłoczułych żywic. Zasada technologii w skrócie polega na użyciu lasera lub projektora do narysowania obrazu w żywicy i utwardzenia cieczy. Przed omówieniem utwardzania żywicy należy omówić, czym jest żywica?
Żywice do drukowania 3D zazwyczaj składają się z monomerów epoksydowych lub akrylowych i metakrylowych, które polimeryzują i twardnieją pod wpływem światła w procesie znanym jako sieciowanie. Ciało stałe powstaje, gdy światło pada na kadź z żywicą, tworząc określony kształt lub wzór, który tworzy każdą warstwę. W zależności od konkretnej żywicy, jej właściwości mogą się znacznie różnić, od miękkich materiałów gumopodobnych do bardzo twardych lub wysokotemperaturowych. Główną zaletą drukowania żywicą jest wysoka precyzja, jaką można osiągnąć, proces niemal idealnie odwzorowujący pożądany obraz dla każdej warstwy. Główną wadą drukowania z żywicy jest sama żywica, ponieważ jest trudniejsza w obróbce niż standardowe materiały do modelowania osadzania topionego (FDM), przy większej złożoności materiałów i węższym zakresie materiałów.
SLA
△ Proces SLA
SLA, opracowana w 1986 roku, była oryginalną technologią druku 3D. Termin ten został ukuty przez założyciela 3D Systems, Chucka Hulla. Jako pierwsza skomercjalizowała proces drukowania, a dziś jest używany zarówno przez amatorów, jak i profesjonalistów. Druk SLA przepuszcza wiązkę lasera przez powierzchnię żywicy w celu utwardzenia warstwy, a systemy SLA zazwyczaj ustawiają wiązkę lasera nad żywicą, kierując laser w kierunku od góry do dołu. Istnieją również systemy wykorzystujące podejście oddolne.
Tak czy inaczej, proces drukowania SLA selektywnie utwardza przekrój obiektu warstwa po warstwie za pomocą luster zwanych galwanometrami w osiach X i Y. Laser jest włączany i wyłączany przez sterownik sterowany komputerowo, dzięki czemu światło pada na żywicę we właściwym miejscu. Gdy każda warstwa zestala się, przesuwa się w górę, aby zrobić miejsce dla następnej warstwy płynu. Moc plamki lasera musi być wystarczająca do zainicjowania procesu sieciowania w fotopolimerze, co można łatwo osiągnąć za pomocą większości laserów na ciele stałym dostępnych obecnie na rynku, a ogólnie proces ten zapewnia bardzo dobre wyniki drukowania i wysoką niezawodność.
Zalety i wady
△Dokładne szczegóły osiągnięte dzięki SLA
Największą zaletą drukowania SLA jest to, że laser może osiągnąć wysoką precyzję, laser wystrzeliwuje ciągłą linię utwardzonego materiału, co może zapewnić bardzo gładkie wykończenie powierzchni. Naświetlanie linii jest również jego największą wadą w porównaniu z drukiem DLP, ponieważ utwardzanie każdej warstwy trwa dłużej. Jednocześnie, ponieważ laser działa na określonej długości fali, a efekt utwardzania żywicy zależy od długości fali, ogranicza to również do pewnego stopnia stosowanie materiałów innych firm, a większość maszyn laserowych jest również wyposażona z własną serią materiałów.
DLP
△Przegląd procesu DLP
Technologia druku DLP została wynaleziona przez Larry'ego Hornbecka z Texas Instruments (TI) jako system projekcji wizualnej do zastosowań w mediach, a później zmodyfikowana do drukowania fotopolimerowego. Firma stworzyła DLP w 1987 roku, ale pierwszy komercyjny system pojawił się dopiero w 1997 roku, kiedy firma Digital Projection Ltd wprowadziła go na rynek. Zamiast używać lasera, proces drukowania wykorzystuje cyfrowy projektor świetlny do naświetlania poszczególnych obrazów każdej warstwy, przy czym światło jest kierowane przez cyfrowe urządzenie mikrolusterkowe (DMD), a nie przez galwanometr. DMD znajduje się między światłem a żywicą i zarządza obrotem wszystkich luster, aby utworzyć prawidłowy obraz na powierzchni konstrukcyjnej.
Większość nowoczesnych silników świetlnych wykorzystuje diody elektroluminescencyjne (LED) do faktycznego utwardzania fotopolimeru. Ich stany włączenia i wyłączenia są indywidualnie kontrolowane i pozwalają na zwiększenie rozdzielczości XY. Podobnie jak w przypadku wszystkich systemów projekcji, obraz będzie tworzony tylko w określonej odległości (zwanej ogniskową) między soczewką projektora a jego płaszczyzną projekcji. Im większa odległość, tym słabsza zdolność utwardzania projektora. Obecnie jakość urządzeń DLP różni się znacznie w zależności od mocy źródła światła, soczewek, które przez nie przechodzą, oraz jakości DMD, a ich cena może wahać się od 300 do 200 USD000.
Drukowanie DLP różni się od SLA tym, że drukowanie DLP przenosi piksele na żywicę, tworząc jednocześnie cały obraz. Przyspiesza to proces, ale ma też wpływ na jakość obrazu. Jest to jednak mniejszy problem, ponieważ systemy ekspozycji DLP znacznie się poprawiły w ciągu ostatnich kilku dekad.
Zalety i wady
△Słoneczniki wydrukowane na drukarce DLP
W porównaniu z systemem SLA opartym na laserze, największą zaletą systemu DLP jest to, że może utwardzić całą warstwę na raz, prędkość drukowania nie jest determinowana wielkością modelu, a całe łoże może być wystawione na działanie światło projektora, które różni się od SLA. W SLA Pojedynczy laser musi przejść przez przekrój części. Jednak laser porusza się dość szybko w systemie SLA, więc małe i średnie obiekty mogą być drukowane szybciej niż maszyna DLP. Jednak w przypadku dużych modeli i sum DLP ma zalety.
Kolejną zaletą systemów DLP jest to, że są one ogólnie bardziej opłacalne i łatwiejsze do kalibracji niż maszyny SLA. Natomiast maszyny SLA często trzeba wysyłać do producenta w celu naprawy. Jednak systemy DLP mają zwykle mniejsze objętości kompilacji niż maszyny SLA. Wynika to z faktu, że większa objętość wydruku wymaga większej odległości, a zbyt duża odległość powoduje, że rozdzielczość drukarki DLP staje się zbyt niska. Chociaż nie jest to wadą przy prawidłowej konfiguracji, jakość obrazu opiera się na tym, że projektor wyświetla obraz dokładnie na swojej ogniskowej, z mniejszą precyzją.
△ Ten wydruk został dostarczony przez drukarkę Elegoo Mars 4 DLP
Ponieważ system jest oparty na pikselach, jakość obrazu zależy od rozdzielczości DMD. W zależności od systemu jakość obrazu może być niższa i nierówna w porównaniu z maszyną SLA. Dzieje się tak, ponieważ część jest utwardzana w pikselach, a nie w ciągłej linii, jak w systemie laserowym. Jednak w nowoczesnych systemach odróżnienie powinno być niemożliwe, chyba że dokładnie się przyjrzysz.
Osiągnięcie spójnej płynności w całej płaszczyźnie utwardzania jest trudniejsze w systemach DLP. Czasami obrazy warstw muszą być wstępnie zmodyfikowane, aby rozwiązać ten problem. Źródło światła musi pokrywać powierzchnię chipa DMD, a nie tylko pojedynczy punkt w przestrzeni, co sprawia, że uzyskanie takiego samego natężenia światła dla każdego piksela jest trudniejsze niż utrzymanie stałego natężenia lasera. Ta część jest już wykonana, gdy system jest uruchamiany w fabryce, więc użytkownik zwykle nie ma się czym martwić. Jednak sprawia, że techniki przetwarzania obrazu, takie jak antyaliasing, są trudniejsze, ponieważ często zmieniają jasność obrazu, aby uzyskać gładki wygląd.
Ruch maszyny może być taki sam, niezależnie od tego, czy jest to system DLP, czy system oparty na laserze. Te źródła obrazu wpływają tylko na jakość obrazu utwardzanego na warstwę. W zależności od długości fali źródła światła systemy DLP i SLA mogą wykorzystywać te same materiały. Przetwarzanie końcowe dla obu procesów obejmuje te same etapy czyszczenia, chociaż systemy DLP o większej mocy mogą wymagać krótszego utwardzania końcowego.
Systemy oparte na LCD
△Fotocentryczne drukarki utwardzane światłem widzialnym
Warto zauważyć, że drukarki oparte na technologii LCD (mSLA) są często porównywane do maszyn DLP. Drukarki LCD są również w stanie utwardzać całe warstwy jednocześnie, wykorzystując diody LED jako źródło światła. Systemy DLP są często uważane za lepsze ze względu na wyższą przepuszczalność światła w porównaniu z ekranami LCD. Innymi słowy, projektor przepuszcza znacznie więcej światła LED niż może przejść przez ekran LCD.
Niektóre wyświetlacze LCD blokują do 80 procent energii diod LED, ale nowoczesne systemy wykorzystujące monochromatyczne wyświetlacze LCD są znacznie bardziej wydajne, ponieważ nie mają filtrów czerwonego, zielonego i niebieskiego. Systemy LCD są znacznie tańsze, co czyni je jedną z najczęściej stosowanych technologii w maszynach hobbystycznych. Niektóre systemy oparte na LCD utwardzają się w zakresie widzialnym, co pozwala im z dobrym skutkiem używać standardowych wyświetlaczy LCD, takich jak Magna firmy Photocentric.
Oto prosty podział kluczowych różnic między umowami SLA i DLP:
umowy SLA
●Pojedyncza wiązka lasera przechodząca przez przekrój części
● Zapewnij bardziej szczegółowe drukowanie
●Objętość kompilacji nie determinuje rozdzielczości
● wyższa cena
DLP
●Cały stół roboczy jest wystawiony na działanie źródła światła
● W przeciwieństwie do umowy SLA, szybkość drukowania nie zależy od rozmiaru modelu
●Większa objętość kompilacji oznacza niższą rozdzielczość
● Bardziej odpowiedni dla miłośników
