Có rất nhiều quy trình in 3D trên thị trường. Làm quen với các sắc thái của từng loại giúp làm rõ những gì bạn có thể mong đợi từ các bản in cuối cùng để cuối cùng quyết định công nghệ nào phù hợp cho ứng dụng cụ thể của bạn.
In 3D lập thể (SLA) và xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) là hai quy trình phổ biến nhất để in 3D nhựa thông. Máy in 3D nhựa phổ biến để sản xuất 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.
Mặc dù những công nghệ này đã từng phức tạp và tốn kém chi phí, nhưng máy in 3D SLA và DLP để bàn khổ nhỏ ngày nay sản xuất các bộ phận chất lượng công nghiệp với mức giá phải chăng và tính linh hoạt chưa từng có nhờ nhiều loại vật liệu.
Cả hai quy trình đều hoạt động bằng cách cho nhựa lỏng tiếp xúc có chọn lọc với nguồn sáng — SLA là tia laser, DLP của máy chiếu — để tạo thành các lớp nhựa rắn rất mỏng xếp chồng lên nhau để tạo ra một vật thể rắn. Mặc dù rất giống nhau về nguyên tắc, hai công nghệ có thể tạo ra các đầu ra khác nhau đáng kể.
Trong hướng dẫn chuyên sâu này, chúng tôi đi qua chi tiết của hai quy trình in 3D nhựa và khám phá cách chúng so sánh về độ phân giải, độ chính xác, khối lượng xây dựng, tốc độ, quy trình làm việc và hơn thế nữa.
Máy in 3D SLA hoạt động như thế nào?
Máy in 3D SLA để bàn chứa một bể chứa nhựa có đế trong suốt và bề mặt chống dính, dùng làm chất nền cho nhựa lỏng để bảo dưỡng, cho phép tách nhẹ các lớp mới hình thành.
Quá trình in bắt đầu khi nền xây dựng đi xuống bể chứa nhựa thông, để lại khoảng trống bằng chiều cao lớp ở giữa nền xây dựng hoặc lớp hoàn thành cuối cùng và đáy bể. Một tia laser chiếu vào hai điện kế gương, hướng ánh sáng đến tọa độ chính xác trên một loạt gương, tập trung ánh sáng đi lên qua đáy bể và đóng rắn một lớp nhựa.
Sau đó, lớp đóng rắn sẽ được tách ra khỏi đáy bể và nền xây dựng di chuyển lên trên để nhựa mới chảy bên dưới. Quá trình lặp lại cho đến khi quá trình in hoàn tất.
Công nghệ in hình nổi lực lượng thấp (LFS), được sử dụng bởi Mẫu 3 và Mẫu 3L , là giai đoạn tiếp theo trong in 3D SLA.
Trong máy in 3D LFS, quang học được bao bọc trong Bộ xử lý ánh sáng (LPU). Trong LPU, một điện kế định vị chùm tia laze mật độ cao theo hướng Y, truyền nó qua một bộ lọc không gian và hướng nó tới một gương gấp và gương parabol để luôn cung cấp chùm tia vuông góc với mặt phẳng xây dựng và đảm bảo chính xác, có thể lặp lại bản in.
Khi LPU di chuyển theo hướng X, phần được in nhẹ nhàng bị bong ra khỏi đáy linh hoạt của bể chứa, điều này làm giảm đáng kể lực tác động lên các bộ phận trong quá trình in.
In 3D LFS giảm đáng kể lực tác động lên các bộ phận trong quá trình in, sử dụng bể linh hoạt và hệ thống chiếu sáng tuyến tính để mang lại chất lượng bề mặt và độ chính xác in đáng kinh ngạc.
Hình thức in nổi tiên tiến này mang lại chất lượng bề mặt và độ chính xác in được cải thiện đáng kể. Lực in thấp hơn cũng cho phép các cấu trúc hỗ trợ chạm nhẹ dễ dàng xé ra và quá trình này mở ra nhiều khả năng cho sự phát triển trong tương lai của các vật liệu tiên tiến, sẵn sàng sản xuất.
Máy in 3D DLP hoạt động như thế nào?
Cũng giống như các đối tác SLA của họ, máy in 3D DLP để bàn được chế tạo xung quanh bể chứa nhựa thông với đáy trong suốt và nền tảng xây dựng đi xuống bể chứa nhựa thông để tạo các bộ phận lộn ngược, từng lớp.
Sự khác biệt là nguồn sáng. Máy in 3D DLP sử dụng màn hình máy chiếu kỹ thuật số để chiếu hình ảnh của một lớp trên toàn bộ nền, xử lý đồng thời tất cả các điểm.
Ánh sáng được phản chiếu trên Thiết bị Micromirror Kỹ thuật số (DMD), một mặt nạ động bao gồm các gương kích thước siêu nhỏ được đặt trong một ma trận trên một chip bán dẫn. Chuyển đổi nhanh chóng các gương nhỏ này giữa (các) thấu kính hướng ánh sáng về phía đáy bể hoặc bộ tản nhiệt xác định tọa độ nơi nhựa lỏng đóng rắn trong lớp nhất định.
Bởi vì máy chiếu là một màn hình kỹ thuật số, hình ảnh của mỗi lớp bao gồm các pixel vuông, dẫn đến một lớp ba chiều được hình thành từ các khối hình chữ nhật nhỏ được gọi là voxels.
SLA so với DLP: So sánh Máy in 3D Resin
Độ phân giải
Độ phân giải hiển thị thường xuyên hơn bất kỳ giá trị nào khác trong bảng thông số kỹ thuật của máy in 3D, nhưng đó cũng là điểm chung gây nhầm lẫn. Các đơn vị cơ bản của quy trình SLA và DLP có hình dạng khác nhau, do đó khó có thể so sánh các máy khác nhau chỉ bằng thông số kỹ thuật số.
Trong in 3D, có ba kích thước cần xem xét: hai kích thước 2D phẳng (X và Y) và kích thước Z dọc thứ ba tạo nên in 3D.
Độ phân giải Z được xác định bằng độ dày lớp mà máy in 3D có thể tạo ra. Máy in 3D nhựa như SLA và DLP cung cấp một số độ phân giải Z tốt nhất — các lớp mỏng nhất — của tất cả các quy trình in 3D và người dùng thường có thể chọn từ một loạt các tùy chọn chiều cao lớp từ 25-300 micron, cho phép các nhà thiết kế đạt được sự cân bằng giữa chi tiết và tốc độ.
Trong in 3D DLP, độ phân giải XY được xác định bằng kích thước pixel, tính năng nhỏ nhất mà máy chiếu có thể tái tạo trong một lớp duy nhất. Điều này phụ thuộc vào độ phân giải của máy chiếu, phổ biến nhất là full HD (1080p) và khoảng cách của nó với cửa sổ quang học. Do đó, hầu hết các máy in 3D DLP để bàn đều có độ phân giải XY cố định, thường từ 35 đến 100 micron.
Đối với máy in 3D SLA, độ phân giải XY là sự kết hợp giữa kích thước điểm của tia laser và các gia số mà chùm tia laser có thể được kiểm soát. Ví dụ: máy in 3D Dạng 3 LFS có tia laser với kích thước điểm 85 micron, nhưng do quá trình quét dòng liên tục, tia laser có thể di chuyển theo từng bước nhỏ hơn và máy in có thể cung cấp các bộ phận có độ phân giải XY 25 micron một cách nhất quán.
Tuy nhiên, bản thân độ phân giải thường chỉ là một thước đo phù phiếm. Nó cung cấp một số dấu hiệu, nhưng nó không nhất thiết phải tương quan trực tiếp với độ chính xác, độ chính xác và chất lượng in.
Tìm hiểu thêm về độ phân giải trong in 3D trong hướng dẫn chuyên sâu của chúng tôi .
Độ chính xác và chính xác
Bởi vì in 3D là một quá trình phụ gia, mỗi lớp tạo cơ hội cho sự không chính xác và quá trình các lớp được hình thành ảnh hưởng đến mức độ chính xác, được định nghĩa là độ lặp lại của độ chính xác của mỗi lớp. Độ chính xác và độ chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: quy trình in 3D, vật liệu, cài đặt phần mềm, xử lý hậu kỳ, v.v.
Nhìn chung, cả máy in 3D nhựa SLA và DLP đều nằm trong số các quy trình in 3D chính xác và chính xác nhất. Sự khác biệt về độ chính xác và độ chính xác thường được giải thích tốt hơn bởi sự khác biệt giữa các máy bởi các nhà sản xuất khác nhau hơn là sự khác biệt giữa chính các công nghệ.
Ví dụ: máy in SLA hoặc DLP cấp nhập cảnh có thể sử dụng máy chiếu, la-de hoặc điện kế có sẵn và các nhà sản xuất của chúng sẽ cố gắng đạt được hiệu suất tốt nhất có thể từ những bộ phận này. Máy in 3D SLA và DLP chuyên nghiệp, như Formlabs Form 3 , có hệ thống quang học tùy chỉnh phù hợp với các thông số kỹ thuật được yêu cầu bởi các ứng dụng khách hàng chuyên nghiệp.
Độ chính xác và độ chính xác là rất quan trọng đối với các bộ phận như nẹp nha khoa (trái) và hướng dẫn phẫu thuật (phải).
Hiệu chuẩn cũng rất quan trọng. Với máy chiếu DLP, các nhà sản xuất cần phải đối phó với sự phân bố ánh sáng không đồng đều trên mặt phẳng xây dựng và sự biến dạng quang học của thấu kính — nghĩa là các pixel ở giữa không có cùng kích thước hoặc hình dạng với pixel ở các cạnh. Máy in 3D SLA sử dụng cùng một nguồn sáng cho mọi phần của bản in, có nghĩa là nó đồng nhất theo định nghĩa, nhưng chúng vẫn yêu cầu hiệu chuẩn rộng rãi để giải thích sự biến dạng.
Ngay cả một máy in 3D với các thành phần chất lượng cao nhất và mức độ hiệu chuẩn có thể tạo ra các kết quả khác nhau tùy thuộc vào vật liệu. Các loại nhựa khác nhau yêu cầu cài đặt vật liệu được tối ưu hóa để hoạt động như dự định, điều này có thể không khả dụng đối với các vật liệu bán sẵn hoặc các loại nhựa không được kiểm tra kỹ lưỡng với một kiểu máy in 3D cụ thể.
Mang đi? Độ chính xác và độ chính xác hầu như không thể hiểu được chỉ từ các thông số kỹ thuật. Cuối cùng, cách tốt nhất để đánh giá một máy in 3D là kiểm tra các bộ phận thực hoặc yêu cầu nhà sản xuất tạo bản in thử cho một trong những thiết kế của riêng bạn.
Khối lượng xây dựng
Với máy in 3D DLP, có sự cân bằng trực tiếp giữa độ phân giải và khối lượng bản dựng. Độ phân giải phụ thuộc vào máy chiếu, xác định số lượng pixel / voxels có sẵn. Nếu người ta di chuyển máy chiếu đến gần cửa sổ quang học, các điểm ảnh sẽ nhỏ hơn, điều này làm tăng độ phân giải, nhưng giới hạn vùng xây dựng có sẵn.
Một số nhà sản xuất xếp chồng nhiều máy chiếu cạnh nhau hoặc sử dụng máy chiếu 4K độ nét cao để tăng khối lượng bản dựng, nhưng điều này dẫn đến chi phí cao hơn đáng kể khiến giá các máy này thường cao hơn so với thị trường máy tính để bàn.
Do đó, máy in 3D DLP thường được tối ưu hóa cho các trường hợp sử dụng cụ thể. Một số có khối lượng xây dựng nhỏ hơn và cung cấp độ phân giải cao để tạo ra các chi tiết nhỏ như đồ trang sức, trong khi những người khác có thể tạo ra các bộ phận lớn hơn nhưng ở độ phân giải thấp hơn.
Quy trình in nổi vốn có khả năng mở rộng cao hơn, vì khối lượng bản dựng của máy in 3D SLA hoàn toàn độc lập với độ phân giải của bản in. Một bản in có thể ở bất kỳ kích thước và độ phân giải nào tại bất kỳ vị trí nào trong khu vực xây dựng. Điều này giúp bạn có thể in 3D các bộ phận lớn ở độ phân giải cao hoặc một loạt lớn các bộ phận nhỏ chi tiết để tăng thông lượng với cùng một máy.
Rào cản chính khác để tăng khối lượng bản dựng trong cả máy in 3D SLA và DLP là lực bóc. Khi in các bộ phận lớn hơn, các lực tác động lên các bộ phận tăng lên theo cấp số nhân khi một lớp đóng rắn tách ra khỏi bể.
Trong in 3D LFS, màng linh hoạt ở đáy thùng nhựa nhẹ nhàng bong ra khi nền xây dựng kéo bộ phận lên, làm giảm đáng kể lực căng cho bộ phận. Tính năng độc đáo này đã giúp tăng đáng kể khối lượng bản dựng cho máy in 3D SLA khổ lớn có thể truy cập đầu tiên, Mẫu 3L .
Mẫu 3L là máy in 3D SLA khổ lớn giá cả phải chăng đầu tiên có thể tích bản dựng là 30 cm x 33,5 cm x 20 cm.
Kết thúc bề mặt
Máy in 3D nhựa SLA và DLP đều được biết đến với việc tạo ra các bộ phận có bề mặt hoàn thiện mịn nhất trong tất cả các quy trình in 3D. Khi chúng tôi mô tả sự khác biệt, trong hầu hết các trường hợp, chúng chỉ hiển thị trên các bộ phận nhỏ hoặc các mô hình có độ chi tiết cao.
Bởi vì các vật thể được làm bằng các lớp trong in 3D, các bản in 3D thường có các đường lớp nằm ngang, có thể nhìn thấy được. Tuy nhiên, vì DLP kết xuất hình ảnh bằng cách sử dụng voxel hình chữ nhật, nên cũng có ảnh hưởng của các đường voxel dọc.
Máy in 3D DLP kết xuất hình ảnh bằng cách sử dụng voxel hình chữ nhật, gây ra hiệu ứng của các đường voxel dọc. Trong hình ảnh này, hãy xem các đường voxel dọc khi chúng xuất hiện tự nhiên ở bên trái, sau đó được phác thảo để dễ dàng xác định hơn ở bên phải.
Bởi vì đơn vị là hình chữ nhật, voxels cũng có ảnh hưởng đến các cạnh cong. Hãy nghĩ đến việc xây dựng một hình tròn từ các viên gạch LEGO — các cạnh sẽ xuất hiện theo bước trên cả trục Z và mặt phẳng XY.
Hình dạng hình chữ nhật của voxels làm cho các cạnh cong xuất hiện bước. Loại bỏ sự xuất hiện của các dòng voxel và lớp yêu cầu xử lý hậu kỳ, chẳng hạn như chà nhám.
Trong in 3D LFS, các đường lớp gần như vô hình. Kết quả là, độ nhám bề mặt được giảm xuống, cuối cùng dẫn đến bề mặt nhẵn và đối với các vật liệu trong, các bộ phận mờ hơn.
Tốc độ và thông lượng
Khi nghĩ về tốc độ in 3D, điều quan trọng là không chỉ xem xét tốc độ in thô mà còn cả thông lượng.
Nhìn chung, tốc độ in thô của máy in 3D SLA và DLP resin có thể so sánh được. Khi máy chiếu chiếu toàn bộ từng lớp cùng một lúc, tốc độ in trong in 3D DLP là đồng nhất và chỉ phụ thuộc vào chiều cao của tòa nhà, trong khi máy in 3D SLA vẽ ra từng phần bằng tia laser. Theo nguyên tắc chung, điều này dẫn đến máy in 3D SLA có thể so sánh hoặc nhanh hơn khi in các bộ phận đơn lẻ có kích thước vừa hoặc nhỏ, trong khi máy in 3D DLP nhanh hơn khi in các bản in lớn, dày đặc hoàn toàn hoặc các bản dựng có nhiều bộ phận chiếm nhiều nền tảng.
Nhưng một lần nữa, cần xem xét sự cân bằng giữa độ phân giải và khối lượng xây dựng cho máy in DLP. Một máy in 3D DLP nhỏ có thể in một bộ phận nhỏ hoặc một loạt (nhỏ) các bộ phận nhỏ hơn nhanh chóng, ở độ phân giải cao, nhưng khối lượng bản dựng giới hạn kích thước bộ phận và thông lượng. Một máy khác có khối lượng bản dựng lớn hơn có thể in các bộ phận lớn hơn hoặc một loạt các bộ phận nhỏ hơn nhanh hơn, nhưng ở độ phân giải thấp hơn SLA.
Máy in 3D SLA có thể tạo ra tất cả các tùy chọn này trong một máy và cho phép người dùng tự do quyết định xem họ muốn tối ưu hóa độ phân giải, tốc độ hoặc thông lượng.
Máy in 3D SLA cung cấp khối lượng bản dựng lớn hơn, cho phép người dùng ghép các bộ phận và in qua đêm để tăng thông lượng.
Quy trình làm việc và Vật liệu
Cũng giống như độ chính xác và độ chính xác, quy trình làm việc và các vật liệu sẵn có ở mỗi máy khác nhau nhiều hơn so với công nghệ.
Hầu hết các máy in 3D SLA và DLP đều là "plug and play", với các nền tảng xây dựng và thùng nhựa có thể hoán đổi dễ dàng. Một số kiểu máy cao cấp hơn cũng đi kèm với hệ thống hộp mực để tự động đổ đầy nhựa lỏng vào bình chứa, điều này ít cần chú ý hơn và tạo điều kiện in qua đêm.
Một số máy in đi kèm với phần mềm độc quyền để chuẩn bị các mô hình 3D để in, chẳng hạn như PreForm dành cho máy in 3D Formlabs SLA, trong khi các nhà sản xuất khác cung cấp các giải pháp bán sẵn. Các tính năng khác nhau tùy theo công cụ phần mềm, chẳng hạn như PreForm cung cấp thiết lập in bằng một cú nhấp chuột, điều khiển thủ công mạnh mẽ để tối ưu hóa mật độ và kích thước hỗ trợ, độ dày lớp thích ứng hoặc các chức năng để tiết kiệm vật liệu và thời gian . May mắn thay, phần mềm có thể dễ dàng tải xuống và kiểm tra trước khi mua máy in 3D.
Máy in 3D Resin cung cấp nhiều loại vật liệu khác nhau cho nhiều ứng dụng.
Một trong những lợi ích đáng kể nhất của in 3D nhựa thông là sự đa dạng về vật liệu giúp tạo ra các bộ phận cho các ứng dụng đa dạng. Nhựa có thể có nhiều dạng cấu hình công thức: vật liệu có thể mềm hoặc cứng, chứa nhiều vật liệu thứ cấp như thủy tinh và gốm, hoặc có các đặc tính cơ học như nhiệt độ lệch nhiệt cao hoặc khả năng chống va đập.
Tuy nhiên, phạm vi tùy chọn vật liệu được hỗ trợ phụ thuộc vào kiểu máy in 3D, vì vậy chúng tôi khuyên bạn nên hỏi nhà sản xuất trước khi mua.
Các bộ phận được in bằng cả công nghệ SLA và DLP đều yêu cầu xử lý hậu kỳ sau khi in. Đầu tiên, các bộ phận cần được rửa trong dung môi để loại bỏ nhựa thừa. Một số vật liệu chức năng như kỹ thuật hoặc các bộ phận tương thích sinh học cũng yêu cầu xử lý sau. Đối với máy in 3D SLA, Formlabs đưa ra giải pháp tự động hóa các bước này, tiết kiệm thời gian và công sức.
Cuối cùng, các bộ phận in 3D được in trên giá đỡ yêu cầu loại bỏ các cấu trúc này, một quy trình thủ công tương tự đối với cả máy in 3D SLA và DLP. In 3D LFS đơn giản hóa bước này bằng cách cung cấp các cấu trúc hỗ trợ cảm ứng ánh sáng sử dụng các điểm tiếp xúc rất nhỏ để có thể dễ dàng loại bỏ với các dấu hỗ trợ tối thiểu để lại.
Bắt đầu với In 3D SLA
Sau khi phân loại sự khác biệt về công nghệ và kết quả, chúng tôi hy vọng sẽ dễ dàng hơn nhiều để chọn một máy in 3D nhựa phù hợp nhất với quy trình làm việc và nhu cầu đầu ra của bạn.
Để khám phá thế hệ tiếp theo của in 3D SLA, hãy tìm hiểu thêm về máy in 3D LFS Mẫu 3 và Mẫu 3L .
Bạn tò mò muốn tận mắt chứng kiến chất lượng? Đặt hàng một bộ phận mẫu được chuyển đến văn phòng của bạn.