پرینتر سه بعدی رزینی – تفاوت SLA و DLP

پرینتر سه بعدی رزینی زیادی در بازار موجود هستند. آشنایی با تفاوت های هر یک از این پرینترها با پرینترهای دیگر می تواند مشخص کند که در هر پرینتر سه بعدی رزینی از نتیجه ی نهایی چه انتظاری می توانید داشته باشید. و همچنین به شما کمک می کند که تکنولوژیی که برای کار شما مناسب تر است را برگزینید.

استریولیتوگرافی(SLA) و پردازش دیجیتال نوری (DLP) دو نوع از معمول ترین پرینترها در بخش پرینتر سه بعدی رزینی هستند. پرینترهای سه بعدی رزینی به تولید نمونه های اولیه و قطعات ایزوتروپیک، محکم و با دقت بالا معروف هستند. که معمولا جزئیات ریز را با دقت بالا و سطح مدل را خیلی صاف پرینت می کنند.

در حالی که این تکنولوژی ها زمانی پیچیده و گران قیمت بودند. اما الان دسکتاپ های کوچک پرینترهای سه بعدی SLA و DLP می توانند با هزینه‌ی مناسب و با تطبیق پذیری بی بدیل قطعاتی با کیفیت بالا تولید کند. که این بخاطر وجود طیف گسترده ای از مواد قابل استفاده است.

هر دو پرینتر کارکردشان بدینگونه است که رزین مایع را انتخاب کرده و در معرض منبع نور (لیزر SLA یا پروژکتور DLP) قرار می دهند تا لایه های نازک محکم تشکیل دهند. سپس با روی هم قرار دادن این لایه ها، مدل نهایی را پرینت کنند. با اینکه در اصل این دو پرینتر شباهت زیادی به یکدیگر دارند، اما می توانند مدل های خیلی متفاوت از همدیگر را پرینت کنند.

در این بررسی جامع، ما به جزئیات هر دو پرینتر سه بعدی اشاره خواهیم کرد و آنها را از جنبه ی رزولوشن، دقت، حجم ساخت، سرعت، جریان کار و.. با هم مقایسه خواهیم کرد.

پرینترهای SLA چگونه کار می کنند؟

پرینترهای سه بعدی دسکتاپ SLA دارای رزین تانک با کف شفاف و سطح نچسب هستند که می توانند به عنوان بستری برای رزین مایع باشند که روی آن رزین مایع به اصطلاح Cure شود. همچنین بعدا لایه های شکل گرفته روی این سطح نچسب به راحتی جدا خواهند شد و به کف رزین تانک نخواهند چسبید.

با پایین آمدن پلتفرم ساخت به درون ریزن تانک فرایند پرینت شروع می شود. پلتفرم ساخت تا اندازه ای به پایین می آید که به آخرین لایه‌ی ریخته شده روی رزین تانک برسد. که نهایتا بین پلتفرم ساخت و رزین تانک، مدل در حال پرینت قرار خواهد داشت که در عکس بالا هم می توان مشاهده کرد. یک لیزر به دو گالوانومتر شیشه ای نور می اندازد که گالوانومتر هم نور را به طرف چند شیشه و در مختصات صحیح هدایت می کند. نور بعد برخورد با شیشه از پایین به رزین تانک برخورد کرده و لایه ی رزین را Cure (پخت) می کند.

لایه‌ی Cure شده سپس از کف رزین تانک جدا می شود و پلتفرم ساخت بالا می آید تا رزین تازه از پایین جریان یابد. این فرایند تا زمان تکمیل پرینت تکرار می شود.

تکنولوژی LFS که توسط Form 3 و Form 3L استفاده می شود مرحله ی بعدی در پرینت سه بعدی SLA است.

تکنولوژی LFS

در پرینترهای سه بعدی LFS اپتیک ها توسط واحد پردازش نور LPU احاطه می شوند. درون LPU، یک گالوانومتر پرتوی متراکم لیزر را در جهت Y قرار داده و آن را از فیلتر Spatial رد می کند. و آن را به سمت آینه‌ی تاشو و پارابولیک هدایت می کند تا پرتو را مداوم به صورت عمودی به صفحه‌ی ساخت منتقل کند تا بتواند مدل های پرینتی را با دقت زیادی پرینت کند.

همچنان که LPU به جهت X حرکت می کند، قسمت پرینت شده به آرامی از کف رزین تانک جدا می شود که این باعث می شود فشار وارد شده به قسمت ها در طول فرایند کاهش زیادی پیدا کند.

پرینت سه بعدی LFS با استفاده از تانک انعطاف پذیر و روشنایی خطی فشار وارد شده روی بخش های مدل در طول فرایند را کاهش می دهد که نتیجه اش می تواند پرینت سطوح باکیفیت و با دقت پرینت بالا باشد.

نوع پیشرفته ی استریولیتوگرافی کیفیت سطح و دقت پرینت بالایی را ارائه می دهد.

پرینترهای DLP چگونه کار می کنند؟

مثل پرینترهای SLA پرینترهای سه بعدی DLP متشکل از یک رزین تانک با کف شفاف و یک پلتفرم ساخت هستند. که به طرف رزین تانک پایین امده و مدل مورد نظر را به صورت برعکس و بصورت لایه لایه می سازد.

تفاوت این دو پرینتر سه بعدی رزینی در منبع نورشان است که برای جامدسازی رزین است. پرینترهای سه بعدی DLP از یک صفحه پروژکتور دیجیتال برای تاباندن تصویری از لایه در کل صفحه‌ی ساخت استفاده می کنند. این صفحه باعث می شود DLP در مقایسه با SLA سریعتر عمل کند. چرا که پرینتر SLA رزین را باید با تکنیک (نقطه به نقطه) جامد کند اما DLP اینگونه نیست. و تصویر لایه را همانطور که اشاره کردیم بصورت کامل منعکس می کند و تمام لایه را می توان همزمان جامد کرد.

نور روی DMD منعکس می شود. DMD حاوی صدها هزار یا حتی میلیون ها میکرو آینه های کوچک است که نور را هدایت می کنند. سوییچ کردن مدام این آینه های کوچک که بین لنزهایی هستند که نور را به سمت کف تانک یا هیت سینک هدایت می کنند. مختصاتی را که مایع رزین در این لایه پخت می شود را تعیین می کند.

چون پروژکتور یک صفحه‌ی دیجیتال است، تصویر هر لایه متشکل از پیکسل های مربعی است. این باعث پرینت سه بعدی لایه هایی می شود که از مکعب های مستطیل شکل تشکیل شده اند که به آنها Voxel می گویند.

SLA/DLP: مقایسه دو نوع پرینتر سه بعدی رزینی

رزولوشن

رزولوشن بیشتر از تمامی مقادیر دیگر در مشخصات دستگاه های پرینتر دیده می شود با این حال رزولوشن باعث سردرگمی بسیاری می شود. قسمت های مختلف هر دو پرینتر دارای شکل های متفاوتی هستند و این تفاوت مقایسه صرفا عددی این دو پرینتر با یکدیگر را مشکل می کند.

در پرینت سه بعدی، سه بعد باید مورد نظر باشند: ابعاد دو بعدی (X و Y) دو وجهی و سومین بعد عمودی Z که پرینت را سه بعدی می کند.

رزولوشن محور زد در کیفیت پرینت سه بعدی اهمیت زیادی دارد

رزولوشن Z توسط ضخامت لایه ای که پرینتر سه بعدی می تواند پرینت کند تعیین می شود. پرینتر سه بعدی رزینی مانند SLA و DPL در مقایسه با پرینترهای سه بعدی دیگر بهترین رزولوشن بعد Z را ارائه می دهد (این پرینترها قادر به پرینت نازکترین لایه ها هستند). استفاده کنندگان می توانند از بین محدوده‌ی ضخامت قابل پرینت که از ۲۵ تا ۳۰۰ میکرون می باشد هر اندازه ای را که می خواهند تعیین کرده و پرینت کنند و این امکان باعث می شود طراحان بتوانند بین سطح جزئیات و سرعت پرینت تعادلی ایجاد کنند.

در پرینت سه بعدی DLP رزولوشن XY توسط اندازه پیکسل تعیین می شود. که کوچک ترین ویژگی است که پروژکتور در یک لایه می تواند پرینت کند. این وابسته به 2 چیز است که یکی رزولوشن پروژکتور است که اغلب 1080 پیکسل است و دیگری فاصله‌ی آن از پنجره‌ی اپتیکال است.

در پرینترهای سه بعدی SLA رزولوشن XY توسط ترکیبی از سایز نور لیزر و ترتیب حرکت پرتوی نور لیزر تعیین می شود. برای مثال پرینتر سه بعدی FORM 3 LFS دارای اندازه‌ی نور لیزر 85 میکرون می باشد ولی بخاطر فرایند اسکن خطی مداوم، لیزر می تواند در تغییرات کوچکی نسبت به مکان قبلی حرکت کند. و پرینتر می تواند قطعاتی با رزولوشن 25 میکرون تولید کند.

هرچند رزولوشن به خودی خود یک معیار پوچ و بیهوده ای است. رزولوشن پرینتر می تواند نشانگر خوبی پرینتر باشد. اما ضرورتا نشان دهنده‌ی دقت، صحت و کیفیت پرینت نمی باشد.

صحت و دقت

چون پرینت سه بعدی یک فرایند ساخت افزایشی (افزایش لایه ها روی یکدیگر) است. هر لایه ای در فرایند پرینت ریسک عدم صحت را بوجود می آورد. و فرایندی که توسط آن لایه ها شکل می گیرند، سطح دقت فرایند پرینت را که همان قابل تکرار بودن صحت در پرینت هر لایه است را تحت تاثیر قرار می دهد. به عبارتی دیگر قابل تکرار بودن پرینت لایه ها روی یکدیگر بدون خطا و به صورت صحیح همان فاکتور دقت را شکل می دهد. صحت و دقت مبتنی بر فاکتورهای زیادی هستند مثل: فرایند پرینت سه بعدی، مواد، تنظیمات نرم افزار، پس پخت(Post_Curing) و..

پرینترها رزینی از صحیح ترین و دقیق ترین روشهای مدل سازی است

در کل پرینترهای سه بعدی رزین SLA و DLP از صحیح ترین و دقیق ترین پرینترهای موجود می باشند. تفاوت میان صحت و دقت را نمی توان با اشاره به تفاوت های خود تکنولوژی ها توضیح داد. بلکه باید با اشاره به تفاوت های میان سازندگان مختلف، این تفاوت ها را توضیح داد.

برای مثال پرینترهای SLA و DLP مخصوص تازه کاران ممکن است است از پروژکتورها، لیزرهای آماده به مصرف در بازار استفاده کنند. و سازندگان تلاش خواهند کرد که از هر قسمت بهترین کارکرد ممکن را به دست بیاورند. پرینترهای سه بعدی حرفه ای SLA و DLP مانند Formlabs Form 3 سیستم اپتیکال سفارشی را ارائه می دهند. که منطبق با مشخصات مورد نیاز برای اجرای پروژه های مشتری ها است.

کالیبره کردن نیز بسیار مهم است. استفاده کنندگان از پروژکتورهای DLP باید مشکل توزیع غیر یکنواخت نور روی صفحه ی ساخت و انحراف اپتیکال لنزها را حل کنند. چرا که اندازه‌ی سایز پیکسل های وسط با اندازه سایز پیکسل های گوشه ها فرق دارد. پرینترهای SLA از یک منبع نور برای هر بخش پرینت استفاده می کنند که این یعنی توزیع نور یکنواخت. ولی با این حال باز نیاز دارند که به صورت گسترده ای کالیبره شوند تا مشکل انحراف اپتیکال لنزها حل شود.

کیفیت مواد مصرفی تاثیر زیادی در کیفیت چاپ دارد

حتی یک پرینتر سه بعدی ساخته شده از با کیفیت ترین قطعات و کالیبره شده هم می تواند متناسب با مواد مصرف شده نتایج متفاوتی را در تولید عرضه کند‌. رزین های متفاوت نیازمند تنظیمات مواد بهره وری شده است تا بتواند عملکرد مورد نظر شما را داشته باشد.

در نتیجه نمی توان صرفا با مشخصات فنی دستگاه صحت و دقت آن را فهمید. نهایتا، بهترین راه برای ارزیابی یک پرینتر سه بعدی این است که قطعات مختلف پرینتر را بررسی کنید یا اینکه از سازنده ی پرینتر بخواهید برایتان با آن پرینتر بصورت تستی طراحی تان را یکبار پرینت کنید.

فضای داخلی پرینتر

در پرینترهای سه بعدی DLP باید گفت یک حالت مبادله ای میان دو فاکتور رزولوشن و فضای داخلی پرینتر وجود دارد. رزولوشن پرینتر شما را پروژکتورتان تعریف می کند. اگر کسی این پروژکتور را به پنجره‌ی اپتیکال نزدیک کند، پیکسل ها کوچک خواهند شد. و در نتیجه رزولوشن شما افزایش خواهد یافت. ولی در عوض ابعاد چاپ پرینتر سه بعدی رزینی محدودتر خواهد شود. به همین دلیل می توان گفت این شرایط مثل یک مبادله است به طوری که با کاهش رزولوشن فضای داخلی پرینتر افزایش می یابد. و با افزایش رزولوشن فضای داخلی پرینتر محدودتر می شود.

بعضی از تولید کنندگان پرینترها چندین پروژکتور را در کنار هم قرار می دهند یا از یک پروژکتور 4K استفاده می کنند تا فضای داخلی پرینتر را افزایش دهند ولی خب این کارهم هزینه ها را بالا می برد و قیمت نهایی پرینتر بسیار گران تر می شود.

در نتیجه، پرینترهای سه بعدی DLP معمولا برای کاربردهای خاص بهره وری می شوند. برای مثال بعضی از این پرینترها فضای داخلی پرینت کمی را ارائه می دهند. ولی در عوض رزولوشن بالایی دارند که این پرینترها برای چاپ جواهرات مناسبند چرا که جواهرات فضای بزرگی برای پرینت شدن نیاز ندارند. در مقابل نوع دیگری از این پرینتر سه بعدی رزینی فضای داخلی بزرگتری را عرضه می کنند که برای پرینت اشیا بزرگتر مناسبند اما رزولوشن شان پایین است.

 

در SLA ابعاد پرینتر کیفیت را کاهش نمیدهد

 

فرایند پرینت استریولیتوگرافی قابلیت انعطاف بیشتری نسبت به پرینترهای DLP دارد. چرا که فضای داخلی پرینتر های سه بعدی SLA هیچ ارتباطی به رزولوشن آن ندارد. یک پرینت با پرینتر SLA می تواند در هر سایز و در هر رزولوشن باشد. این ویژگی پرینترهای SLA به استفاده کنندگان این امکان را می دهد که اشیائی با حجم بزرگ و در رزولوشن بالا پرینت کنند.

مشکل دیگر برای افزایش فضای داخلی پرینترها که هم پرینتر SLA و هم DLP با آن مواجه هستند مشکل نیروی کندن(Peel Force) است. در پرینت قطعات بزرگتر، نیروی وارده به قطعه با جدا شدن لایه‌ی پخت شده از کف تانک بیشتر می شود.

در پرینترهای سه بعدی LFS زمانی که پلتفرم ساخت قطعه را بالا میبرد لایه‌ی نازک انعطاف پذیر در کف تانک به آسانی کنده می شود که این فشار روی قطعه را شدیدا کاهش می دهد. این ویژگی منحصربفرد امکان افزایش فضای داخلی پرینتر را برای پرینتر Form3L بوجود آورده است.

سطح مدل پرینت شده

پرینترهای سه بعدی رزین LSA و DLP هر دو معروف به پرینت صاف ترین سطوح(سطوح اشیا پرینت شده) در بین تمامی پرینترها هستند. تفاوت های موجود بین این دو پرینتر فقط در قطعات ریز یا در قطعاتی که دارای جزئیات زیادی هستند می توانند دیده شوند.

چون در پرینتر سه بعدی رزینی، قطعه از لایه ها ساخته می شوند، به همین خاطر پرینت های سه بعدی اکثرا از لایه های افقی قابل مشاهده تشکیل می شوند. اما، چون پرینتر DLP فرایند پرینت را از روی تصاویر با استفاده از Voxel های مستطیلی تبدیل به پرینت سه بعدی می کند، به همین دلیل می توان خطوط عمودی را روی سطوح مدل پرینت شده مشاهده کرد. در تصویر سمت راست زیر می توان خطوط عمودی Voxel ها را به آسانی مشاهده کرد.

چون هر Voxel مستطیلی شکل است، در اشیایی که شکل خمیده دارند نیز تاثیرش قایل مشاهده است. برای مثال فرض کنید از قطعات بازی لگو(که مربعی یا مستطیلی شکلند) یک شکل دایره ای درست‌ کنید. معلوم است که این کار غیر ممکن خواهد بود و شکل دایره ی درست شده هم در محور Z و هم در مختصات X_Y پله پله ای خواهد شد. تصویر زیر این مسئله را به روشنی نشان می دهد.

سرعت و بازده

زمان فکر کردن به اینکه سرعت چقدر در پرینت سه بعدی مهم است باید در نظر داشته باشیم که سرعت به خودی خود نباید مهم باشد بلکه بازده پرینتر هم مهم است.

سرعت پرینت در پرینترهای SLA و DLP در کل باهم قابل مقایسه اند. در پرینتر DLP همانطور که قبلا اشاره شد تصویر هر لایه بصورت یکجا تابیده می شود و به همین دلیل هر لایه خیلی زود پرینت می شود و تنها عامل مهم ارتفاع شی ای است که می خواهید پرینت کنید چرا که با افزایش ارتفاع تعداد لایه ها هم زیادتر خواهند بود و زمان زیادی صرف خواهد شد. اما پرینتر SLA به این گونه نیست و هر قسمت لایه را با روش نقطه نقطه با لیزر پرینت می کند. خب در این صورت برای پرینت اشیا کوچک و ریز یا اشیایی با اندازه‌ی متوسط می توان گفت پرینتر SLA سریعتر است ولی برای پرینت اشیا بزرگتر که لایه های زیادی دارند و بخش زیادی از فضای داخل پرینتر را می گیرند، پرینتر DLP مناسب تر است.

 

اندازه و دقت در پرینترهای DLP مثل قضیه خدا و خرما!

 

ولی باز باید حالت مبادله ای رزولوشن و فضای داخلی پرینتر DLP که قبلا به آن اشاره شد را در نظر داشته باشید. یک پرینتر DLP کوچک می تواند یک قطعه‌ی کوچک یا مقداری قطعه‌ی کوچک را سریعا با رزولوشن بالا پرینت کند اما فضای داخلی پرینتر اندازه‌ی قطعه و بازده را محدودتر می کند. یک پرینتر DLP بزرگتر قطعات بزرگتر یا چند قطعه ی کوچک را می تواند سریعا پرینت کند اما با رزولوشنی کمتر از رزولوشن پرینت SLA.

پرینتر SLA می تواند تمامی این موارد را بصورت آپشن در خود داشته باشد و به همین دلیل این آزادی را به کاربر می دهد که یکی از 3 مورد رزولوشن، سرعت یا بازده را بهره وری کند.

سرعت پرینت همچنان متناسب با انتخاب مواد مصرفی شما است. مواد Draft Resin که سرعت پرینت را در مقایسه با مواد استاندارد Formlabs چهاربرابر افزایش می دهد، برای پرینت نمونه های اولیه، تکرار مکرر پرینت قبلی، و همچنین برای پرینت مدل های دندانی و اورتودنسی بسیار مناسب است. بخاطر سرعت بالا، کمترین نیاز به ساپورت، شستشو، و تعداد دفعات پخت، Draft Resin جریان کار بسیار روانی را برایتان بوجود می آورد و بهره وری را در فرایند پرینت به حداکثر می رساند.

جریان کار و مواد

همانند بحث صحت و دقت، جریان کار و مواد در دسترس در هر پرینتر و تکنولوژی متفاوت متغیر است.

خیلی از پرینترهای SLA و DLP دارای رزین تانک و پلتفرم ساخت قابل تعویضند و به آسانی قابل استفاده اند و شاید تنها کاری که بکنید این است که به برق زده و شروع به استفاده کنید. بعضی از مدل های پیشرفته تر پرینترها حتی سیستم کارتریج دارند که بصورت خودکار رزین تانک را از مایع رزین پر می کنند که این ویژگی باعث می شود کارتان خیلی راحت تر شود. در این صورت نیازی ندارید بصورت مداوم توجهتان به پرینتر باشد و می توانید به کار دیگری مشغول شوید. این پرینترها کار پرینت در شب را آسان تر می کنند.

 

اهمیت نرم افزار و آماده سازی پرینت در کیفیت پرینت بسیار مهم است

 

بعضی از پرینترها نرم افزارهای انحصاری برای آماده کردن مدل های سه بعدی برای پرینت را دارند. برای مثال می توان به نرم افزار PreForm که پرینتر Formlabs SLA دارد اشاره کرد. ویژگی های هر نرم افزار متفاوت از نرم افزار های دیگر است. برای مثال PreForm امکان به راه انداختن پرینت با یک کلیک، امکان کنترل دستی برای بهره وری اندازه و تراکم ساپورت، ضخامت لایه، یا امکان هایی برای ذخیره مواد و زمان را ارائه می دهد. خوشبختانه این نرم افزار را می شود قبل از خرید پرینتر سه بعدی دانلود و امتحان کرد.

یکی از مزایای مهم پرینت سه بعدی رزینی قابلیت استفاده از انواع مختلف مواد است که می توان در نتیجه قطعات مختلفی برای کاربردهای مختلف پرینت کرد.

هرچند طیف موادی که پرینتر سه بعدی رزینی ساپورت می کند بسته به مدل پرینتر مورد استفاده شما خواهد بود به همین دلیل می توانید قبل از خرید پرینتر از تولید کننده در این مورد جویا شوید.

قطعات پرینت شده توسط دو تکنولوژی DLP و SLA، بعد از پرینت نیازمند پس پردازش هستند. ابتدا قطعات باید در یک مایع حلال شسته شوند تا رزین مازاد پاک شود. بعضی از مواد کاربردی مثل قطعات هندسی یا قطعاتی که درون بدن موجودات گذاشته می شوند نیازمند پس پخت خواهند بود. در پرینترهای SLA سه بعدی Formlabs راه حل های خودکار ارائه می کند که می تواند از اتلاف وقت و انرژی جلوگیری کند.

 

مثل تکنولوژی اف دی ام در پرینتر سه بعدی رزینی مشکل ساپورت نیز وجود دارد ولی این مشکل بسیار کم رنگ تر است

 

در نهایت قطعات سه بعدی پرینت شده روی ساپورت ها نیاز دارند که بعد از پرینت از ساپورت جدا شوند که این کار یک فرایند دستی است و هم در پرینتر DLP و هم در پرینتر SLA مشابه است. پرینترهای سه بعدی LFS این مشکل را با ارائه ی ساپورت هایی که نوکشان بسیار ریز هستند حل می کند این ساپورت ها به این دلیل که کاملا به مدل پرینتی نمی چسبند می توانند بدون اینکه لکه ای یا خراشیدگی ای روی سطح مدل ایجاد کنند به آسانی حذف شوند.