Hướng dẫn So sánh Máy in 3D FDM và SLA: 2020

Các nghệ in 3D  và thị trường sản xuất phụ gia có sự thay đổi nhanh chóng chịu sự thay đổi trong những năm gần đây. Không còn chủ yếu là lĩnh vực của những người có sở thích, máy tính để bàn có khả năng cao đã phát triển thành công cụ thiết yếu cho các doanh nghiệp. Sau khi trở thành công cụ cần thiết để tạo mẫu và phát triển sản phẩm, việc sử dụng in 3D đã mở rộng trong lĩnh vực sản xuất, nha khoa, đồ trang sức và nhiều hơn nữa.

Mô hình hóa lắng đọng hợp nhất (FDM) và in nổi (SLA) là hai loại máy in 3D phổ biến nhất trên thị trường. Cả hai công nghệ in 3D đều đã được điều chỉnh và tinh chỉnh cho máy tính để bàn, làm cho chúng có giá cả phải chăng hơn, dễ sử dụng hơn và nhiều khả năng hơn.

Trong hướng dẫn dành cho người mua toàn diện này, chúng tôi xem xét kỹ hơn máy in 3D FDM và SLA và cách chúng so sánh về chất lượng in, vật liệu, ứng dụng, quy trình làm việc, tốc độ, chi phí và hơn thế nữa, để giúp bạn quyết định kỹ thuật nào lý tưởng cho Kinh doanh của bạn.

FDM 3D Printing là gì?

Mô hình hóa lắng đọng hợp nhất (FDM), còn được gọi là chế tạo dây tóc hợp nhất (FFF), là loại in 

 3D được sử dụng rộng rãi nhất ở cấp độ người tiêu dùng. Máy in 3D FDM hoạt động bằng cách đùn

 các sợi nhựa nhiệt dẻo, chẳng hạn như ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), PLA (Axit Polylactic),

 thông qua một vòi phun được làm nóng, làm nóng chảy vật liệu và áp dụng từng lớp nhựa lên nền xây 

dựng. Mỗi lớp được đặt lần lượt cho đến khi phần hoàn chỉnh.

Máy in 3D FDM rất phù hợp cho các mô hình bằng chứng khái niệm cơ bản, cũng như tạo mẫu nhanh

 chóng và chi phí thấp cho các bộ phận đơn giản, chẳng hạn như các bộ phận thường được gia công.

SLA 3D Printing là gì?

Stereolithography là công nghệ in 3D đầu tiên trên thế giới, được phát minh vào những năm 1980 và 

vẫn là một trong những công nghệ phổ biến nhất đối với các chuyên gia. Máy in 3D SLA sử dụng tia 

laser để xử lý nhựa lỏng thành nhựa cứng trong một quá trình được gọi là quá trình quang tạo.

Máy in 3D nhựa SLA đã trở nên phổ biến rộng rãi nhờ khả năng tạo ra các nguyên mẫu và bộ phận 

có độ chính xác cao, đẳng hướng và kín nước trong một loạt các vật liệu tiên tiến với các tính năng 

tốt và bề mặt mịn. Công thức nhựa SLA cung cấp một loạt các tính chất quang học, cơ học và nhiệt 

để phù hợp với các đặc tính của nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, kỹ thuật và công nghiệp.

In 3D nhựa là một lựa chọn tuyệt vời cho các nguyên mẫu có độ chi tiết cao yêu cầu dung sai chặt chẽ 

và bề mặt nhẵn, chẳng hạn như khuôn mẫu, hoa văn và các bộ phận chức năng. Máy in 3D SLA được 

sử dụng rộng rãi trong một loạt các ngành từ kỹ thuật và thiết kế sản phẩm đến sản xuất, nha khoa, đồ 

trang sức, chế tạo mô hình và giáo dục.

FDM so với SLA: So sánh công nghệ in 3D

Chất lượng in và độ chính xác

Khi quy trình sản xuất phụ gia tạo ra từng lớp từng lớp, từng lớp cũng tạo cơ hội cho sự thiếu chính xác.

 Quá trình hình thành các lớp ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, mức độ chính xác và độ chính xác của 

mỗi lớp, và do đó, chất lượng in tổng thể.

Máy in 3D FDM tạo thành các lớp bằng cách lắng đọng các dòng vật liệu nóng chảy. Với quy trình này,

 độ phân giải của chi tiết được xác định bởi kích thước của vòi phun đùn và có khoảng trống ở giữa các 

đường tròn khi vòi phun lắng đọng chúng. Do đó, các lớp có thể không hoàn toàn dính vào nhau, các lớp

 thường có thể nhìn thấy rõ ràng trên bề mặt và quá trình này thiếu khả năng tái tạo các chi tiết phức tạp 

mà các công nghệ khác có thể cung cấp.

Trong in 3D SLA, nhựa lỏng được xử lý bằng tia laser có độ chính xác cao để tạo thành từng lớp, có thể 

đạt được nhiều chi tiết mịn hơn và đáng tin cậy hơn để nhiều lần đạt được kết quả chất lượng cao. Do đó,

 in 3D SLA được biết đến với các tính năng tốt, bề mặt hoàn thiện mịn, độ chính xác của bộ phận cuối

 cùng và độ chính xác.

Việc sử dụng ánh sáng thay vì nhiệt để in là một cách khác mà máy in SLA đảm bảo độ tin cậy. Bởi các

 bộ phận in 3D ở gần nhiệt độ phòng, chúng không bị hiện tượng giãn nở và co lại do nhiệt, điều này có

 thể xảy ra trong quá trình in FDM.

Trong khi máy in FDM tạo ra liên kết cơ học giữa các lớp, thì máy in 3D SLA tạo ra liên kết hóa học

 bằng cách liên kết chéo các photopolyme qua các lớp, dẫn đến các bộ phận có mật độ hoàn toàn là nước

 và kín khí. Các liên kết này cung cấp độ bền bên cao, dẫn đến các bộ phận đẳng hướng , nghĩa là độ bền 

của các bộ phận không thay đổi theo hướng. Điều này làm cho in 3D SLA đặc biệt lý tưởng cho các ứng 

dụng kỹ thuật và sản xuất nơi đặc tính vật liệu quan trọng.

Sự khác biệt về chất lượng ít thấy hơn trên các bộ phận tương đối đơn giản. Tuy nhiên, các bộ phận SLA

 dày đặc và đẳng hướng, điều này làm cho chúng phù hợp hơn với nhiều ứng dụng kỹ thuật và sản xuất 

(phần FDM ở bên trái, phần SLA ở bên phải).

Vật liệu và Ứng dụng

Máy in 3D đùn nhựa hoạt động với một loạt các sợi nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, chẳng hạn như ABS, PLA

 và các hỗn hợp khác nhau của chúng. Sự phổ biến của in 3D FDM trong không gian sở thích đã dẫn đến

 vô số lựa chọn màu sắc. Nhiều hỗn hợp sợi nhựa thử nghiệm khác nhau cũng tồn tại để tạo ra các bộ

 phận có bề mặt giống như gỗ hoặc kim loại.

Vật liệu kỹ thuật, chẳng hạn như Nylon, PETG, PA hoặc TPU và nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao như PEEK

 hoặc PEI cũng có sẵn, nhưng thường giới hạn ở một số máy in FDM chuyên nghiệp hỗ trợ chúng.

Vật liệu nhựa SLA có lợi ích của nhiều loại cấu hình công thức : chúng có thể mềm hoặc cứng, chứa 

nhiều phụ gia như thủy tinh và gốm, hoặc có các đặc tính cơ học như nhiệt độ lệch nhiệt cao hoặc khả 

năng chống va đập. Các công thức nhựa khác nhau cung cấp một loạt các tính chất quang học, cơ học

 và nhiệt học để phù hợp với các đặc tính của nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, kỹ thuật và công nghiệp.

Trong một số trường hợp, chính sự kết hợp giữa tính linh hoạt và chức năng này đã dẫn đến việc các 

công ty ban đầu đưa tính năng in 3D SLA vào nội bộ. Sau khi tìm thấy một ứng dụng được giải quyết 

bằng một vật liệu chức năng cụ thể, thường không lâu nữa sẽ có nhiều khả năng hơn được phát hiện và 

máy in trở thành một công cụ để tận dụng các khả năng đa dạng của các vật liệu khác nhau.

Một số thuộc tính vật liệu dành riêng cho SLA bao gồm:

Thông thoáng

SLA là kỹ thuật in 3D duy nhất có thể tạo ra các bộ phận trong suốt trên máy tính để bàn. Lý tưởng 

để có được tầm nhìn vào các cụm phức tạp, chất lỏng (vi mô), chế tạo khuôn, quang học, ánh sáng và

 bất kỳ bộ phận nào yêu cầu độ trong suốt.

đàn hồi

Các bộ phận được in bằng vật liệu này trông và hoạt động giống như một bộ phận silicone đúc và đủ bền

 để sử dụng trong nhiều chu kỳ.

Nhiệt độ cao

Cung cấp nhiệt độ lệch nhiệt (HDT) 238 ° C @ 0,45 MPa, khả năng chịu nhiệt cao nhất so với bất kỳ vật

 liệu nào trong in 3D để bàn.

Sáp đúc

Một vật liệu chứa 20% sáp để đúc và ép đầu tư trực tiếp cho các ứng dụng nha khoa và đồ trang sức.

Nha khoa

Các vật liệu chuyên dụng cho các ứng dụng nha khoa như hướng dẫn phẫu thuật tương thích sinh học,

 nẹp, các mẫu và mô hình cố định, mô hình hàm răng rõ ràng và răng giả đầy đủ.

Gốm sứ

Các bộ phận in 3D với lớp hoàn thiện giống như đá và nung chúng để tạo ra một mảnh gốm hoàn toàn.

Quy trình làm việc và tính dễ sử dụng

Quy trình làm việc cho cả in 3D FDM và SLA bao gồm ba bước: thiết kế, in 3D và xử lý hậu kỳ.

Đầu tiên, sử dụng bất kỳ phần mềm CAD hoặc dữ liệu quét 3D nào để thiết kế mô hình và xuất mô hình

 đó ở định dạng tệp có thể in 3D (STL hoặc OBJ). Máy in 3D sau đó yêu cầu phần mềm chuẩn bị in hoặc 

máy cắt để chỉ định cài đặt in và cắt mô hình kỹ thuật số thành các lớp để in.

Máy in 3D FDM hoặc SLA giá rẻ không thực sự thân thiện với người dùng và thường yêu cầu nhiều giờ 

tinh chỉnh và thử nghiệm để quay số cài đặt in chính xác. Tuy nhiên, kết quả có thể thay đổi theo từng 

thiết kế hoặc vật liệu mới và khả năng in không thành công vẫn cao. Điều này không chỉ làm trì hoãn các

 dự án mà còn có thể dẫn đến những thất bại lộn xộn đòi hỏi một quá trình dọn dẹp kéo dài.

Máy in 3D SLA chuyên nghiệp, như Mẫu 3 và một số máy in FDM chuyên nghiệp khác đi kèm với phần

 mềm độc quyền của riêng họ và cài đặt xác định trước cho từng vật liệu đã được kiểm tra kỹ lưỡng để 

đảm bảo tỷ lệ in thành công cao nhất.

Thiết lập bản in với các công cụ chuẩn bị in nâng cao như PreForm là plug and play. PreForm là 

bản tải xuống miễn phí, hãy thử ngay bây giờ .

Khi quá trình in 3D bắt đầu, hầu hết các máy in 3D có thể chạy mà không cần giám sát, thậm chí qua đêm,

 cho đến khi quá trình in hoàn tất. Máy in 3D SLA tiên tiến như Mẫu 3 cung cấp một hệ thống hộp mực, 

tự động nạp vật liệu.

Bước cuối cùng của quy trình làm việc là xử lý hậu kỳ. Các bộ phận SLA yêu cầu phải rửa bằng cồn 

isopropyl (IPA) hoặc các dung môi thay thế để loại bỏ bất kỳ nhựa nào chưa đóng rắn khỏi bề mặt của 

chúng. Sử dụng quy trình làm việc tiêu chuẩn, việc này trước tiên bao gồm việc tháo các bộ phận khỏi 

nền tảng xây dựng, sau đó ngâm chúng bằng tay trong bể dung môi để làm sạch nhựa thừa.

Các giải pháp chuyên nghiệp như Form Wash tự động hóa quá trình này. Các bộ phận có thể được chuyển

 trực tiếp từ máy in sang Form Wash, giúp khuấy trộn dung môi xung quanh các bộ phận để làm sạch 

chúng và tự động nâng các bộ phận ra khỏi bể cồn khi quá trình kết thúc.

Sau khi các bộ phận được rửa khô, một số vật liệu SLA yêu cầu xử lý sau , một quá trình giúp các bộ 

phận đạt được độ bền và độ ổn định cao nhất có thể.

Quy trình FDM có lợi ích là nó không yêu cầu làm sạch; Các bộ phận hoàn thiện không được hỗ trợ đã 

sẵn sàng để sử dụng hoặc xử lý hậu kỳ sau khi quá trình in hoàn tất.

Cả hai quy trình FDM và SLA đều sử dụng cấu trúc hỗ trợ để tạo điều kiện thuận lợi cho việc in 3D các 

hình học phức tạp hơn và việc loại bỏ chúng thể hiện bước cuối cùng trong quá trình xử lý hậu kỳ.

Các bộ phận hỗ trợ trên FDM cần được xé bỏ hoặc hòa tan trong nước theo cách thủ công, tùy thuộc vào 

vật liệu hỗ trợ.

Việc loại bỏ hỗ trợ cho các bộ phận SLA yêu cầu cắt bỏ các cấu trúc hỗ trợ và chà nhám nhẹ các bộ phận

 để loại bỏ các dấu hỗ trợ. Công nghệ Low Force Stereolithography (LFS) ™ của Formlabs cung cấp hỗ 

trợ cảm ứng ánh sáng, cho phép xé toàn bộ vật thể khỏi đế đỡ của nó trong vài giây, để lại dấu vết tối 

thiểu và giảm thời gian xử lý hậu kỳ.

Khi cần xử lý hậu kỳ thêm, cả hai bộ phận FDM và SLA đều có thể được gia công, sơn lót, sơn và lắp 

ráp cho các ứng dụng hoặc lớp hoàn thiện cụ thể. Tuy nhiên, các bộ phận FDM yêu cầu phải chà nhám 

thêm trước khi sơn lót hoặc sơn và cần mức độ đổ đầy cao hơn để gia công hoặc khoan.

Chi phí In 3D và Lợi tức Đầu tư

Một trong những điểm bán hàng chính của máy in 3D FDM là giá thành máy thấp. Với các máy in 

FDM cấp thấp có sẵn chỉ vài trăm đô la, những người có sở thích và doanh nghiệp nhỏ có thể thử FDM 

để xem liệu in 3D có phải là thứ đáng để thêm vào bộ công cụ của họ hay không. Đối với những người 

không chắc chắn về nơi bắt đầu, chi phí thấp hơn của một máy FDM cấp thấp thường đủ thuyết phục để

 biện minh cho việc mua hàng. Tuy nhiên, những máy in FDM giá rẻ này có thể không đáng tin cậy và

 thường yêu cầu một chuyên gia để duy trì hoạt động lâu dài.

Máy in FDM để bàn chuyên nghiệp dễ sử dụng hơn và phù hợp hơn với các doanh nghiệp, với giá dao 

động từ $ 2.000- $ 8.000. Các máy in 3D này thường cung cấp độ tin cậy tốt hơn, chất lượng in cao hơn 

và khối lượng bản dựng lớn hơn. Mặc dù những máy này phù hợp để sản xuất các bộ phận chức năng, 

nhưng sự cạnh tranh ở mức giá này rất khốc liệt, vì máy SLA cung cấp nhiều ứng dụng hơn và chất lượng

 bản in tốt hơn.

Máy in 3D SLA bắt đầu khoảng 3.000 đô la với Formlabs cung cấp giải pháp máy in 3D SLA lớn duy 

nhất có thể truy cập được chỉ dưới 10.000 đô la.

Về chất liệu, sợi FDM cũng có giá thành tương đối thấp so với các chất liệu cho công nghệ in 3D khác. 

Các vật liệu FDM phổ biến như ABS, PLA và các hỗn hợp khác nhau của chúng thường bắt đầu khoảng

 $ 50 / kg, trong khi các sợi FDM chuyên dụng cho các ứng dụng kỹ thuật có thể là $ 100-150 / kg. 

Vật liệu hỗ trợ hòa tan cho máy in 3D FDM đùn kép được bán với giá 100-200 USD / kg. Trong khi đó, 

hầu hết các loại nhựa tiêu chuẩn và kỹ thuật cho máy in 3D SLA có giá $ 149- $ 200 / L.   

Chi phí lao động là phần cuối cùng - thường bị lãng quên - của phương trình. Đối với các thiết kế đơn 

giản không yêu cầu hỗ trợ để in, FDM hầu như không yêu cầu xử lý hậu kỳ. Tuy nhiên, các bản in FDM 

được hỗ trợ và các bộ phận yêu cầu chất lượng cao, yêu cầu quá trình xử lý hậu kỳ thủ công kéo dài.

Các bộ phận SLA yêu cầu rửa và, tùy thuộc vào vật liệu, cũng có thể xử lý sau đóng rắn, nhưng cả hai 

quá trình này hầu hết có thể được tự động hóa với các phụ kiện để giảm thiểu thời gian lao động. Các bản 

in SLA được hỗ trợ chỉ yêu cầu một chút chà nhám để loại bỏ các vết hỗ trợ và đạt được chất lượng hoàn 

thiện cao.

Tốc độ in

Máy FDM có thể in với các lớp dày hơn và thường sử dụng mực in thấp hơn, dẫn đến các bản in 3D 

nhanh. FDM cũng có ít bước xử lý hậu kỳ hơn cho các bộ phận đơn giản. Tùy thuộc vào dự án, điều này 

có nghĩa là các bản in sẵn sàng để sử dụng ngay sau khi chúng hoàn thành. Điều này lý tưởng cho các 

ứng dụng như tạo mẫu nhanh, nơi nó cho phép người dùng nhanh chóng đánh giá thành công và chuyển 

sang bản in hoặc dự án khác.

Nhưng lợi thế về tốc độ của FDM hiện đang giảm dần với sự ra đời của các vật liệu in SLA nhanh hơn 

như Draft Resin , in nhanh hơn tới 40% so với máy in 3D FDM. Với chiều cao lớp 300 micron, 

Drain Resin đủ chính xác để đáp ứng nhu cầu tạo mẫu đồng thời cho phép lặp lại thiết kế nhanh hơn. Các 

mô hình chiếm toàn bộ khối lượng xây dựng của một máy in SLA có thể mất tới 20 giờ để in bằng vật 

liệu tiêu chuẩn và có thể yêu cầu in qua đêm. In cùng một bộ phận ở các lớp 300 micron bằng nhựa nháp 

chỉ mất chưa đầy sáu giờ.

Đây là sáu nguyên mẫu khác nhau của vỏ máy bơm, được in trong Draft Resin. Mất 3 giờ 7 phút để in 

một trong những bộ phận này bằng Nhựa tiêu chuẩn so với 47 phút với Nhựa nháp. Mô hình cuối cùng 

được in bằng nhựa dẻo dai và cứng.

Tốc độ in FDM và SLA có thể so sánh được khi in ở độ cao lớp tương tự. Nhưng lưu ý rằng một phần 

được in ở các lớp 100 micron trên máy in FDM trông rất khác so với một phần được in ở các lớp 100 

micron trên máy in SLA, do cách các lớp được xây dựng. Để đạt được chất lượng tương đương với các 

bộ phận FDM sẽ yêu cầu chiều cao các lớp thấp hơn —thời gian in lâu hơn từ hai đến bốn lần — hoặc

 quá trình xử lý hậu kỳ tốn nhiều thời gian và đáng kể để cải thiện độ hoàn thiện bề mặt.

Khối lượng xây dựng

Một lĩnh vực mà máy in FDM từng thống trị trước đây là khối lượng xây dựng. Do sự khác biệt về công

 nghệ, việc phát triển các máy FDM lớn hơn ít phức tạp hơn. Có rất nhiều giải pháp FDM lớn hơn trên 

thị trường cho các ứng dụng yêu cầu in 3D các bộ phận lớn hơn.

Quy trình SLA đảo ngược đằng sau máy in SLA để bàn làm giảm dấu chân và chi phí, nhưng lực bóc 

tăng cao gây ra những hạn chế xung quanh vật liệu và khối lượng xây dựng, và các bộ phận lớn hơn yêu 

cầu cấu trúc hỗ trợ chắc chắn để in thành công.

Với sự ra đời của quy trình in Low Force Stereolithography (LFS) cung cấp năng lượng cho Mẫu 3 và 

Mẫu 3L, Formlabs đã thiết kế lại hoàn toàn cách tiếp cận của chúng tôi đối với in 3D dựa trên nhựa để 

giảm đáng kể lực tác động lên các bộ phận trong quá trình in. Chiếu sáng tuyến tính đồng đều và lực thấp 

từ bể linh hoạt có nghĩa là công nghệ Hình ảnh lập thể lực thấp có thể mở rộng liền mạch đến một vùng 

in lớn hơn được xây dựng xung quanh cùng một công cụ in mạnh mẽ.

Máy in nhựa định dạng lớn giá cả phải chăng đầu tiên, Form 3L phân phối các bộ phận lớn nhanh chóng, 

sử dụng hai bộ xử lý ánh sáng so le (LPU) hoạt động đồng thời dọc theo đường in được tối ưu hóa. Cung

 cấp khối lượng bản dựng lớn hơn năm lần so với các máy in SLA hiện tại, Biểu mẫu 3L loại bỏ các hạn 

chế về kích thước đôi khi cản trở quy trình làm việc trên các thiết bị máy tính để bàn nhỏ hơn, đồng thời 

duy trì mức giá cạnh tranh.

FDM và SLA: So sánh song song

Mỗi công nghệ in 3D đều có những điểm mạnh, điểm yếu và yêu cầu riêng, phù hợp với từng ứng dụng 

và doanh nghiệp khác nhau. Bảng sau đây tóm tắt một số đặc điểm và lưu ý chính.

Sử dụng Máy in 3D FDM và SLA cùng nhau

Sau khi so sánh hai công nghệ, chúng ta có thể kết luận rằng máy in FDM và SLA đều có các tính năng 

tương tự, thường bổ sung cho nhau. Nhưng hai loại máy in 3D không phải lúc nào cũng cạnh tranh nhau;

 nhiều doanh nghiệp sử dụng cả hai như máy in 3D FDM và SLA cùng với nhau. Điều này có nghĩa là tốt

 nhất của cả hai thế giới: tạo mẫu nhanh chi phí thấp cùng với các bộ phận chức năng, chất lượng cao cho

 nhiều ứng dụng hơn.

Một vài ví dụ thực tế:

• Trong quá trình phát triển sản phẩm, các bộ phận FDM hoặc in SLA với Drain Resin đều lý tưởng 

• cho việc kiểm chứng cơ bản của các mô hình khái niệm và lặp lại nhanh chóng. Khi một dự án tiến     lên trong quá trình phát triển, in 3D SLA là lý tưởng cho các mô hình khái niệm chi tiết hoặc các nguyên mẫu chức năng có thể yêu cầu chất lượng tốt hơn và vật liệu với các đặc tính khác nhau.

• Cả in 3D FDM và SLA thường được sử dụng trong sản xuất để tạo đồ gá, đồ gá và các dụng cụ khác. FDM tốt hơn cho các bộ phận lớn, đơn giản, trong khi SLA là giải pháp tốt hơn cho đồ gá phức tạp, dụng cụ và khuôn có độ chính xác cao.

• Ngành giáo dục đã thành công trong việc triển khai cả máy FDM và SLA. Nhiều cơ sở giáo dục bắt đầu với in FDM vì chi phí thấp của nó là lý tưởng cho những sinh viên cần bản thảo nhanh và một số kinh nghiệm thực hành với công nghệ. SLA là sự lựa chọn ưu tiên cho nhiều trường kỹ thuật, trường đại học, viện nghiên cứu, và trong giáo dục nha khoa và trang sức do chất lượng cao hơn và phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn.