SLA/DLP/LCD технология 3D печати и ее применение

Фотополимерная печать обычно ассоциируется с изящными, миниатюрными изделиями. Ведь именно фотополимерные принтеры приходят на помощь если нужно изготовить небольшую, но детализированную модель.

В настоящее время фотополимерные принтеры могут работать по одной из трех технологий - SLA, DLP или LCD. Каждая из технологий имеет свои преимущества и недостатки.

Для того чтобы не ошибиться с выбором модели, нужно понимать, какая технология подойдет для печати конкретных изделий. Например для ювелира и стоматолога главным критерием будет точность, а для человека который планирует печатать фигурки для своего хобби - качество поверхности и не очень дорогая стоимость расходников.

SLA

SLA - это одна из первых запатентованных технологий 3D печати. Запатентовал ее еще в 1986 году Чарльз Халл. DLP и LCD основными принципами похожи на SLA, но появились гораздо позже.

Принцип работы

В качестве материала для печати, SLA принтеры используют фотополимерные смолы -светочувствительные полимеры, застывающие под действием определенного спектра УФ излучения.

В качестве “отвердителя” используется лазерный луч, который при помощи зеркал фокусируется на нужной точке. Луч последовательно “рисует” срез модели. Так постепенно, слой за слоем, на рабочем столе “выращивается” модель.

Принцип работы SLA технологии

Есть два варианта расположения печатного стола - сверху и снизу.

Стол сверху

Визуально выглядит как перевернутый FDM аппарат, модель на таком аппарате печатается “верх ногами”. Стол перемещается во время печати снизу вверх, модуль с лазером располагается в нижней части аппарата, под ванной с полимером. Дно ванночки обычно изготовлено из силикона - он хорошо пропускает УФ излучение и к нему практически ничего не прилипает.

Модель принтера с верхним положением стола

Это самая популярное решение для настольных моделей SLA принтеров.

Стол внизу

Модуль с лазером располагается в верхней части принтера над ванной с полимером, а печатный стол, во время печати, постепенно опускается вниз, погружаясь в смолу.

Промышленный SLA с нижним расположением стола

Такое расположение традиционно используется в промышленных аппаратах с большой областью печати. Единственное неудобство - ванночка всегда должна быть заполнена фотополимером. А при смене вида смолы придется полностью сливать весь фотополимер и тщательно мыть ванночку.

Плюсы

• Высокая точность. Такой аппарат не уступает в точности профессиональным ювелирным ЧПУ станкам

• Идеальное качество поверхности. Самые миниатюрные модели выглядят монолитными. Слоев не видно даже при большом увеличении.

• Большой выбор расходных материалов. Благодаря возрастающей популярности фотополимерной печати, появилось много специфичных смол - от мягких флексов, до фотополимеров с повышенными прочностными характеристиками (например есть очень прочный, биосовместимый фотополимер для изготовления временных зубных коронок).

Минусы

• Высокая стоимость 3D принтера. SLA аппараты очень требовательны к качеству комплектующих, поэтому ценник на такие модели начинается от 220 000 рублей.

• Дорогие расходники.

• Медленная скорость печати по сравнению с DLP и LCD технологией.

Пример печати

Сердечная мышца, напечатанная на Formlabs Form 3

Кольца, напечатанные при помощи SLA технологии

Прототип ложки

Статуэтка-бабочка, напечатанная на Formlabs Form 3

Техническая модель

Прототип лопаты для уборки снега. Изготовлен на Formlabs Form 3L

Лучшие SLA принтеры

Лидером в производстве SLA принтеров является фирма Formlabs. В линейке Formlabs можно найти как небольшие настольные модели, так и профессиональные станки с большой областью печати.

Form 3

Formlabs Form 3

Технические характеристики:

• Разрешение XY: 25 мкм

• Размер лазерного пятна: 85 мкм

• Мощность лазера: Один лазер мощностью 250 мВт

• Размер рабочей области: 14,5 × 14,5 × 18,5 см

• Толщина слоя: 25 – 300 мкм

Этот принтер можно сравнить с небольшим профессиональным станком. Несмотря на небольшие габариты, он с легкостью справится с самыми сложными моделями.

Formlabs Form 3L

Formlabs Form 3L в сравнении с Form 3

• Разрешение XY: 25 мкм

• Размер лазерного пятна: 85 мкм

• Мощность лазера: Один лазер мощностью 250 мВт

• Размер рабочей области: 33,5 × 20 × 30 см

• Толщина слоя: 25 – 300 мкм

Этот принтер позволяет печатать крупноформатные модели или быстро изготавливать небольшие партии изделий.

C появлением более быстрых и бюджетных технологий, SLA принтеры стали менее популярны. В основном их используют на производствах с высокими требованиями к качеству и стабильности печати.

DLP

DLP технология опирается на принципы SLA, но в качестве источника УФ-излучения используется не лазер, а проектор.

Принцип работы

В качестве материала используется фотополимерная смола, но в отличии от SLA источником света является не луч, а DLP- проектор. Это существенно ускорило печать, ведь проектор, в отличие от луча, засвечивает сразу весь слой.

Принцип работы DLP технологии

Проектор располагается в нижней части принтера, под емкостью с фотополимером. Низ емкости обычно сделан из прозрачной, износостойкой пленки. Такая пленка хорошо пропускает УФ-излучение, к ней практически ничего не прилипает, а если она порвется ее можно легко заменить.

Плюсы

• Быстрая печать. Проектор засвечивает сразу всю рабочую область, так что не важно сколько моделей вы печатаете - одну или десять. На время печати влияют только высота и толщина слоя.

• Средний ценовой сегмент. По сравнению с SLA выбор моделей больше, стоимость начинается от 200 000 рублей.

Минусы

• Менее точный. Некоторые модели уступают по точности SLA аппаратам. Это визуально не заметно на готовом изделии, но может стать неприятным сюрпризом там, где требуется идеальная точность.

• Возможна паразитная засветка. Из-за засветки всего слоя за раз может возникать паразитная засветка смолы.

• Ресурс проектора. Проектор - это сердце DLP-принтера. Обязательно обращайте внимание на ресурс проектора. Например, производитель FlashForge Hunter заявляет минимальный ресурс проектора 50 000 часов. Это очень много.

Пример печати

Партия колец, напечатанная при помощи DLP технологии

Образцы колец, напечатанные на FlashForge Hunter

Реквизит для миниатюр 28 мм

Макет челюсти изготовленный на FlashForge Hunter

Лучшие DLP принтеры

Технические характеристики:

• Разрешение XY: 0,0625 мм

• Скорость печати: 10 мм/ч

• Источник света: 405 нм LED

• Размер рабочей области: 120х67,5х150 мм

• Толщина слоя: 0,025-0,05 мм

Фирма FlashForge славится качеством своих принтеров. Hunter не стал исключением. Получилась хорошая “рабочая лошадка” способная решать разнообразные задачи.

DLP технология используется все реже. Ее упорно вытесняют более доступные 3D-принтеры, работающие по LCD технологии.

LCD

LCD технология - самая молодая среди фотополимерных принтеров. Изначально LCD появилась как более доступный аналог DLP технологии, подходящий для домашнего использования.

Первые LCD принтеры обладали рядом неприятных детских болячек (неравномерная засветка рабочей области и т.д), которые со временем удалось решить или компенсировать. С развитием технологии, помимо моделей для домашнего использования, появились аппараты, которые по точности не уступают DLP и могут использоваться для производственных задач.

Принцип работы

Технология почти полностью копирует DLP, только вместо проектора используются светодиоды. Под ванночкой располагается ЖК дисплей (похожий на дисплей смартфона или планшета), который затемняется в некоторых местах, пропуская свет только в нужных местах.

Принцип работы LCD технологии

Поскольку модуль с экраном и светодиодами располагается в нижней части принтера, то дно емкости под смолу прозрачное. Как и в DLP, обычно используют прозрачную пленку.

Плюсы

• Дешевые аппараты. Использование светодиодов в связке с ЖК дисплеем позволяет сильно удешевить стоимость 3D принтера. Стоимость некоторых моделей начинается от 14 000 рублей.

• Недорогие расходники и запчасти.

• Большой выбор моделей. Можно легко подобрать модель для любой задачи.

Минусы

• Менее точный. Бюджетные модели хорошо подойдут для печати миниатюр или статуэток, но их точности может быть недостаточно для, например, ювелирных изделий.

• Возможна паразитная засветка. Как и в DLP технологии засвечивается сразу весь слой, это может приводить к паразитной засветке.

• Качество печати может быть не одинаковое на всей области печати. Поскольку в качестве УФ источника используется массив светодиодов, а не один источник света, рабочая область может подсвечиваться неравномерно. Эту проблему можно решить программно или физически.

• Скорость печати ниже DLP. Светодиоды светят “слабее” проектора, поэтому время засветки слоя немного больше, но все равно LCD принтер печатает быстрее SLA.

Пример печати

Небольшая миниатюра, изготовленная на Anycubic Photon Mono

Тролль, напечатанный на LCD аппарате

Шины для РУ модели, изготовленные из мягкого полимера

Модель замка, изготовленная на Phrozen Sonic Mini 4K

Статуэтка, изготовленная на Anycubic Photon Zero

Тролль, напечатанный на LCD принтере

Лучшие LCD принтеры

Anycubic Photon Zero

Технические характеристики:

• Разрешение LCD-дисплея: 854х480 px

• Точность позиционирования по оси XY: 0.1155 мм

• Длина УФ волны: 405 нм

• Размер рабочей области: 97х54х150 мм

• Толщина слоя: 0.01-0.2 мм

Бюджетная модель, ориентированная на домашнее использование. Хорошо подойдет для домашнего использования.

Anycubic Photon Mono

Технические характеристики:

• Разрешение LCD-дисплея: 2560х1620 (2K)

• Точность позиционирования по оси XY: 0.051 мм

• Длина УФ волны: 405 нм

• Размер рабочей области: 130х80х165 мм

• Толщина слоя: 0.01-0.15 мм

Anycubic Photon Mono уже более серьезный аппарат. Благодаря LCD дисплею большего разрешения удалось повысить точность и качество готовых моделей.

Phrozen Sonic Mini 4K

Phrozen Sonic Mini 4K

Технические характеристики:

• Разрешение LCD-дисплея: 6.1" 4K Mono LCD

• Точность позиционирования по оси XY: 35 микрон

• Длина УФ волны: 405 нм

• Размер рабочей области: 134х75х130 мм

• Толщина слоя: 0.01-0.30 мм

Моно LCD матрица, с высоким разрешением, позволяет печатать очень быстро и точно.

Wanhao GR1

Технические характеристики:

• Разрешение LCD-дисплея: 6.3" 2K HD

• Точность позиционирования по оси XY: 0.055 мм

• Длина УФ волны: 405-410 нм

• Размер рабочей области: 140х78х200 мм

• Толщина слоя: 35-100 микрон

Увеличенная рабочая область позволяет изготавливать больше моделей за раз, а специальная УФ-LED матрица обеспечивает однородность засветки.

LCD принтеры успешно захватывают рынок вытесняя более дорогие DLP и SLA принтеры. Этому конечно способствует их доступность и большое разнообразие моделей.

Сфера применения

Стоматология

В стоматологии очень важна точность. Небольшое искажение даже в 0,1 мм может сделать кропотливую работу, по изготовлению коронки или протеза, бесполезной.

Модель челюсти

Элайнер, изготовленный при помощи 3D печати

Помимо точности принтера важную роль играет выбранный материал. Нужно использовать специальные смолы с небольшим процентом усадки.

Ювелирное производство

Весь потенциал фотополимерных принтеров раскрывается в ювелирной отрасли. Помимо точности очень важна детализация и идеальное качество поверхности.

Кольцо, изготовленное из выжигаемого фотополимера

От модели до готового изделия

Раньше такие изделия приходилось очень кропотливо вырезать вручную или изготавливать на высокоточных ЧПУ станках из воска. Теперь достаточно сделать цифровую модель и при помощи принтера и выжигаемой смолы, быстро изготовить необходимое количество изделий готовых к отливке.

Прототипирование

Печать прототипов, изготовление мастер моделей и т.д.

Шлем и другие прототипы, изготовленные на фотополимерном принтере

Прототипы корпусов

Не для всего подойдет FDM технология. Иногда нужно быстро изготовить макет будущего изделия с гладкой поверхностью, профессиональные фотополимерные принтеры легко справятся с этой задачей.

Хобби

Доступные фотополимерные принтеры стали большим подспорьем для любителей миниатюр. Гораздо проще смоделировать и распечатать 28 мм фигурку любимого героя, чем долго и кропотливо изготавливать ее вручную.

Советский мотоциклист в масштабе 28мм

“Запчасти” для миниатюры 28мм

А большие декоративные статуэтки получаются более аккуратными, по сравнению с FDM печатью. После LCD принтера не придется долго вышкуривать модель, чтобы сгладить слои.

Бюст девушки

Макетирование

Для больших и схематичных макетов можно использовать FDM принтеры, но их точности недостаточно для изготовления небольших деталей. Имея 3D модель можно быстро изготовить очень точный и подробный макет здания или целого квартала.

Макет статуи В.И. Ленина

Напечатанный и покрашенный макет здания

Итоги

Несмотря на все плюсы фотополимерных принтеров, есть небольшие нюансы которые являются общими для всех технологий.

Промывка модели. После печати модель нужно промыть от остатков смолы. Лучший способ это ультразвуковая ванночка со спиртом, иногда можно обойтись стаканчиком с изопропиловым спиртом и кисточкой.

“Дозасветка” в уф-камере. После промывки модель нужно “дозасветить” в УФ-камере, иначе полимер не наберет заявленную производителем прочность.

Для засветки модели можно использовать обычную УФ лампу или аппарат для маникюра. Они обойдутся дешевле профессиональных сушилок, хоть и времени для “дозасветки” может понадобится больше. Перед покупкой убедитесь, что лампы светят в нужном УФ спектре.

Прочность полимеров. Несмотря на огромное разнообразие смол, они все же уступают по прочности пластиковым нитям которые используют FDM принтеры. Исключение составляют некоторые узкоспециализированные смолы.

Для некоторых эти нюансы могут стать существенными минусами, но несмотря на это фотополимерные принтеры находят применение, как в качестве домашних принтеров, так и в качестве рабочих станков в разных областях.