فناوری پرینتر سه بعدی رزینی از رزینهای مایع برای ساخت اشیاء با دقت و جزئیات بسیار بالا استفاده میکند و یک تکنیک محبوب ساخت افزایشی برای تولید قطعات و اجزای پیچیده با جزئیات خارقالعاده دقیق است. طی دهه گذشته، پیشرفت فناوری، پرینتر سه بعدی رزینی را که به عنوان پلیمریزاسیون نوری مخزن نیز شناخته میشود، به دلیل دقت بالا، سرعت چاپ سریع، گستره وسیعی مواد و خواص مکانیکی همسانگرد، به یکی از مهمترین روشها برای تولید قطعات پرینت سه بعدی با جزئیات بالا برای نمونهسازی سریع، ابزارسازی سریع، وسایل کمکی ساختمانی و حتی قطعات نهایی تبدیل کرده است.
پرینتر سه بعدی رزینی چیست؟
تعریف: پرینت سه بعدی رزینی نوعی فناوری ساخت افزایشی است که از رزینهای مایع برای ساخت اشیاء استفاده میکند. این نوع چاپ سه بعدی که با نام پلیمریزاسیون نوری مخزن نیز شناخته میشود از نور با طول موج کوتاه برای جامد کردن رزین مایع و تبدیل آن به قطعات سه بعدی استفاده میکند.
در اکثر پرینترهای سه بعدی رزینی، فرآیند با یک پلتفرم پر از رزین مایع آغاز میشود. سپس پرینتر سه بعدی با ساطع کردن نور هر لایه از جسم را ایجاد کند. با عبور نور از وان و لایه پخت، رزین مایع به قطعات جامد تبدیل یا پخت میشود. این فرآیند تا زمانی که تمام لایهها چاپ شوند ادامه مییابد.
با معرفی نوآوریهای سختافزاری، نرمافزاری و علم مواد از سوی تولیدکنندگانِ پرینتر سه بعدی رزینی، انواع مختلفی از فرآیندهای چاپ سه بعدی رزین گسترش یافت.
برای سالهای متمادی، پرینتر سه بعدی رزینی بر دو نوع استریولیتوگرافی (SLA) و پردازش نور دیجیتال (DLP) مشتمل بود. اخیراً زیرمجموعههایی از این فناوریها معرفی و تخصصیتر شدهاند، از جمله پرینت سه بعدی با نمایشگر کریستال مایع (LCD) و استریولیتوگرافی ماسکشده (MSLA).
با اینکه زمانی همه این فناوری چاپ سه بعدی رزینی پیچیده و پرهزینه بودند، امروزه پرینترهای سه بعدی رزینی رومیزی و نیمه صنعتی جمع و جور میتوانند قطعات با کیفیت صنعتی را با قیمت مناسب و با خواص مکانیکی و زیباییشناختی عالی تولید کنند.
این راهنما جزئیات و مزایای هر یک از فرآیندهای پرینت سه بعدی رزینی را پوشش میدهد و هزینهها و بهترین کاربردهای آنها را بحث میکند.
این راهنما جزئیات و مزایای هر یک از فرآیندهای پرینت سه بعدی رزینی را پوشش میدهد و هزینهها و بهترین کاربردهای آنها را بحث میکند.
پرینتر سه بعدی SLA چیست؟
پرینتر سه بعدی ریزینی SLA سنتی بر مبنای مخازن بزرگی از رزین مایع ساخته شده بودند که در آن لایه بالایی توسط لیزری که بالای مخزن قرار داشت به طور انتخابی سفت (کیور) میشد. این سیستمها بزرگ، گرانقیمت و نیازمند زیرساخت پیچیدهای بودند که استفاده از آنها را تنها به شرکتهای بزرگ مانند Fortune 500 محدود میکرد.
Formlabs در سال ۲۰۱۱ با Form 1 پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی معکوس را معرفی کرد. در فرآیند SLA معکوس، یک منبع نور (در Form 1 لیزر) سطح مقطع قطعه را از طریق یک مخزن رزین با کف شفاف سفت میکند، به این معنی که تنها یک لایه نازک از رزین در هر زمان نیازمند توزیع و آمادهی سفت شدن است. این فناوری امکان ساخت قطعات رزینی را با استفاده از یک چاپگر بسیار کوچکتر که روی میز قرار میگیرد، فراهم میکند.
با معرفی Form 2 در سال ۲۰۱۵ و عرضه گستردهتر مواد رزینی، پرینتر سه بعدی SLA برای متخصصان حوزههای مختلف بسیار قابل اعتمادتر و کاربردیتر شد.
در سال ۲۰۱۹، Formlabs با معرفی چاپگرهای سه بعدی SLA مدل Form 3 و Form 3L، فناوری استریولیتوگرافی با نیروی پایین (LFS) را به کار گرفت. این فناوری از مخزن رزینی با کف منعطف برای جدا کردن قطعه چاپ شده از کف مخزن استفاده میکند که به طور چشمگیری نیروی اعمال شده بر قطعات را در طول فرآیند چاپ کاهش میدهد.
این حالت پیشرفته استریولیتوگرافی، کیفیت سطح و دقت چاپ را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است. همچنین، نیروی وارد آمده کمتر برای چاپ امکان میدهد از ساپورتهایی استفاده شود که به راحتی جدا میشوند و همچنین امکان حجم ساخت بزرگتر و دستیابی به مواد پیشرفتهتر و آماده تولید را نیز فراهم کرده است.
پرینتر سه بعدی ریزینی DLP چیست؟
پرینت سه بعدی با پردازش نور دیجیتال (DLP) یک فرآیند چاپ سه بعدی رزینی است که به جای لیزر از یک پروژکتور نور برای سفت کردن رزین مایع به صورت لایه به لایه استفاده میکند.
منبع نور چاپگرهای DLP با مجموعهای از میکروآینههایی که به صورت ماتریسی روی یک تراشه نیمه هادی چیده شدهاند، تابانده میشود. این میکروآینهها هر کدام نشان دهنده یک وکسل (پیکسل سه بعدی) از قطعه هستند. تعداد میکروآینهها و اندازه ناحیه ساخت، رزولوشن قطعه را تعیین میکند.
از آنجایی که نور به طور لحظهای بر روی کل مقطع عرضی قطعه تابانده میشود، هر لایه بسیار سریع سفت میشود. در نتیجه، پرینتر سه بعدی رزینی DLP به طور کلی سرعت چاپ بالاتری دارد.
به همان روشی که پرینت سه بعدی SLA معکوس امکان ایجاد واحدهای رومیزی را به جای چاپگرهای سنتی بزرگ و رو به پایین فراهم کرد، چاپگرهای DLP معکوس نیز به لطف واحدهای رومیزی فشردهتر، مقرون به صرفهتر و در دسترستر شدهاند.
پرینتر سه بعدی رزینی LSA (یا چاپ سه بعدی LCD) چیست؟
پرینت سه بعدی با استریولیتوگرافی ماسک شده (MSLA) به فرآیند پلیمریزاسیون نوری اشاره دارد که در آن منبع نور به طور انتخابی پوشانده یا ماسک میشود. این اصطلاح اغلب به جای چاپ سه بعدی LCD نیز استفاده میشود، چراکه پرینترهای MSLA عموماً از صفحه نمایش LCD برای ماسک کردن نور و سفت کردن فقط مقطع عرضی مورد نظر از قطعه استفاده میکنند. ولی MSLA میتواند به سایر فناوریها نیز اشاره داشته باشد، زیرا به معنای چاپ سه بعدی رزینی ماسکشده شده است، صرف نظر از نوع منبع نور یا تکنیک ماسک کردن.
استفاده از صفحه نمایش LCD در چاپ سه بعدی رزینی پس از توسعه پرینتر سه بعدی رزینی SLA و DLP با لیزر، به دلیل توسعه سریع فناوریهای نمایشگر و رواج آنها در سایر انواع لوازم الکترونیکی امکان پذیر شد. اخیراً، طراحی LCDهایی با اندازه پیکسل کوچک و انتقال بالای نور با طول موج 405 نانومتر – طول موجی که معمولاً برای سفت کردن) رزین مایع استفاده میشود، امکانپذیر شده است.
از آنجایی که LEDها به طور همزمان نور را تابش میدهند، پرینترهای سه بعدی رزینی MSLA هر لایه را تقریباً فوراً سفت میکنند و سرعت چاپ سریعی دارند که قابل مقایسه با چاپگرهای سه بعدی DLP است.
هرچه صفحه نمایش LCD متراکمتر باشد، پیکسلها کوچکتر هستند و رزولوشن قطعه بالاتر خواهد بود. ولی پیکسلهای کوچکتر یک عیب هم دارد. تراکم پیکسل بالا (پیکسلهای کوچکتر) منجر به انتقال نور کمتر، کاهش قدرت نوری ارائه شده به رزین مایع و کاهش سرعت چاپ میشود.
موتور چاپ Low Force Display (به اختصار LFD) از Formlabs یک شکل پیشرفته از پرنتر سه بعدی MSLA است که برای Form 4 توسعه یافته است. LFD یک پشته فناوری کاملاً جدید است که از واحد نور پس زمینه، واحد پردازش نور، بافت رهاسازی و دوربین یکپارچه تشکیل شده است و پیشرفتهای قابل توجهی با بهروزرسانی مخزن فیلم انعطافپذیر، کارتریج رزین، کارکرد خودکار با رزین و سیستمهای کنترل هوشمند برای سرعت، قابلیت اطمینان و کیفیت قطعهای که متخصصان در یک چاپگر نیاز دارند، ارائه میدهد.
مقایسه فرآیندهای پرینت سه بعدی رزینی SLA، DLP و MSLA/LCD
پرینترهای سه بعدی SLA، DLP و MSLA/LCD با لیزر همگی از فرایندهای استریولیتوگرافی استفاده میکنند و همه آنها از یک منبع نور برای سفت کردن رزین مایع استفاده میکنند. برخی از تفاوتهای بین این فناوریها به دلیل دقت، رزولوشن، کیفیت و دوام منبع نور، محلول پردازش نور و سایر فناوریهای ساخته شده پیرامون آنها است. سایر تفاوتها مانند گردشکار یا کاربردها بسته به نرم افزار، لوازم جانبی و مواد موجود برای هر سیستم، از یک تولیدکننده به تولیدکننده دیگر متفاوت است.
رزولوشن
رزولوشن در چاپ سه بعدی بین دستگاهها و تولیدکنندگان مختلف به سختی تعریف و استانداردسازی میشود. در نهایت، کیفیت و دقت یک پرینت به عوامل زیادی بستگی دارد، از جمله: اندازه، شکل، توزیع قدرت نوری که رزین را سفت میکند، و ویژگیهای پراکندگی، نشت و پلیمریزاسیون رزین. به عنوان مثال، برخی از رزینها نور را بیشتر از سایرین پراکنده میکنند که میتواند باعث سفت شدن رزین اضافی و ایجاد جزئیاتی با دقت کمتر در چاپ شود.
رزولوشن – که زمانی به عنوان «نقطه در اینچ»” یا DPI روی چاپگرهای جوهر و کاغذ شناخته میشد – عبات از جوهر پوشاننده محورهای X و Y. هنگامی که پرینت سه بعدی به طور گستردهتری مورد پذیرش قرار گرفت، افزودن محور Z استانداردهای تعریف و اندازهگیری رزولوشن چاپ سه بعدی را پیچیدهتر کرد.
برای تعیین فناوری و تولیدکننده پرینتر سه بعدی با بالاترین رزولوشن، هم توانایی ردیابی دقیق یک قسمت در صفحات XY و هم حداقل ارتفاع لایه Z باید در نظر گرفته شود. با این حال، توانایی ردیابی دقیق الگوی مورد نظر به چندین عامل بستگی دارد.
رزولوشن چاپگرهای سه بعدی SLA با لیزر بر مبنای چهار عامل تعیین میشود: اندازه نقطه لیزر، توزیع انرژی نقطه لیزر، دقتی که گالوانومترها نور را در صفحه XY قرار میدهند و حداقل ارتفاع لایه Z.
به نظر میرسد در نگاه اول، اندازه نقطه لیزر حداقل سایز جزئیات ممکن را مشخص کند – اما اینطور نیست. با اینکه که اگر کل قسمت از یک نقطه یا کره تک تشکیل شده باشد، حداقل اندازه جزئیات بر اساس اندازه نقطه لیزر تعیین میشود – ولی در اصل این نقطه نمیتواند چیزی را کوچکتر از خودش سفت کند. با این حال، یک نقطه یا قطعه کروی کوچک واقع بینانه نیست. برای قطعات واقعی، لیزر میتواند اشکال و جزئیاتی را دنبال کند که از اندازه نقطه آن کوچکتر هستند، زیرا میتواند در صفحه XY با مقادیری کمتر از اندازه نقطه خود به تدریج حرکت کند – یعنی «بیرون» یک جزئیات بسیار کوچک را ردیابی میکند.
به عنوان مثال، Form 3+ دارای اندازه نقطه لیزر 85 میکرون است، اما رزولوشن XY آن 25 میکرون است. در اینجا، رزولوشن XY به این معنی است که چاپگر چقدر دقیق میتواند در صفحه XY (افقی) رسم داشته باشد.
رزولوشن پرینترهای سه بعدی DLP بر اساس اندازه پیکسل (مقادیر X و Y)، توان و یکنواختی نور، استفاده از ضدآلیاس، و حداقل ارتفاع لایه Z، مشابه چاپگرهای سه بعدی SLA با لیزر تعیین میشود.
هرچه اندازه پیکسل کوچکتر باشد، رزولوشن بالاتر است – مشابه فناوریهای آشنا مانند تلویزیون یا وسایل الکترونیکی قابل حمل. در چاپ سه بعدی DLP، رزولوشن XY با اندازه پیکسل تعریف میشود، که عبارتست از کوچکترین جزئیاتی که پروژکتور میتواند در یک لایه واحد بازتولید کند. این رزولوشن در اصل به رزولوشن پروژکتور، که رایجترین آن Full HD (1080p) است، و فاصله آن از پنجره اپتیکی بستگی دارد. در نتیجه، اکثر پرینترهای سه بعدی DLP رزینی رومیزی رزولوشن XY ثابتی دارند که عموماً بین 35 تا 100 میکرون است.
رزولوشن پرینتر سه بعدی رزینی DLP با افزایش حجم ساخت، کاهش مییابد، زیرا هیچ پروژکتوری با پیکسلهای به طور قابل توجه بسیار زیاد وجود ندارد. بنابراین، تولیدکنندگان باید با در نظر گرفتن تعداد پیکسلهای ثابت، فاصله را از منبع نوری بیشتر کنند، که در نتیجه منجر به کاهش رزولوشن و کیفیت چاپ میشود.
رزولوشن در پرینترهای سه بعدی MSLA بر مبنای اندازه پیکسل LCD، هم راستایی (collimation) و یکنواختی منبع نور، استفاده از anti-aliasing و حداقل ارتفاع لایه در محور Z تعیین میشود.
مشابه پرینتر سه بعدی رزینی DLP، هرچه پیکسل کوچکتر باشد، رزولوشن بالاتر است. اما پیکسلهای کوچکتر تنها یک عامل هستند. چاپگرهای MSLA نیاز به نور بسیار همراستا (به این معنی که پرتوها موازی هستند) دارند که هنگام عبور از یک پیکسل در صفحه نمایش LCD پخش نمیشوند. نور همچنین باید بسیار یکنواخت باشد تا رزین با همان قدرت نوری در هر پیکسل صفحه نمایش ال سی دی کیور شود.
خوشبختانه، حداقل ارتفاع لایه در محور Z کمتر پیچیده است – اکثر پرینترهای سه بعدی رزینی دارای ارتفاع لایه استاندارد بین ۲۵ تا ۲۰۰ میکرون هستند. برای چاپگرهای سه بعدی رزین معکوس، ارتفاع لایه توسط عمق عمودی رزین فشرده شده بین سکوی ساخت و پایین مخزن رزین تعیین می شود – در واقع ارتفاع رزین سفت شده در هر لایه.
خلاصه اینکه، آیا رزولوشن واقعاً در پرینتر سه بعدی رزینی مهم است؟ پاسخ این است که بله، اما خود رزولوشن اغلب فقط یک معیار فریبنده است. با اینکه رزولوشن خود یک عامل است، اما لزوماً با دقت، صحت و کیفیت چاپ همبستگی ندارد. رزولوشن بالاتر (پیکسلهای کوچکتر یا اندازه نقطه لیزر در ابعاد XY و لایههای کوچکتر در بعد Z) نیز به طور کلی با افت قابل توجهی از نظر سرعت یا حتی قابلیت اطمینان همراه است (زیرا لایههای بیشتر میتوانند امکان خطا را افزایش دهند).
دقت و صحت ابعادی
از آنجایی که پرینت سه بعدی یک فرآیند افزایشی است، هر لایه فرصتی برای عدم دقت در ابعاد ایجاد میکند. با تشکیل هر لایه، انحرافات جزئی از شکل مورد نظر مقطع عرضی میتواند تشدید شود و بر دقت کلی تأثیر بگذارد. دقت به عوامل مختلفی بستگی دارد: نوع فرآیند چاپ، طراحی سخت افزار، خواص رزین، تنظیمات چاپ و گردش کار پس از پردازش. به طور کلی، پرینتر سه بعدی رزینی دقیقترین و باکیفیتترین فرآیندهای چاپ سه بعدی را داراست. تفاوت در دقت و صحت بیشتر در رابطه با مدل و سازنده متغیر است، نه فناوری.
در چاپ سه بعدی رزینی، اولین عامل اصلی که بر دقت تأثیر می گذارد، عملکرد نوری چاپگر است – به ویژه اندازه، شکل و یکنواختی نوری که رزین را کیور میکند. پرینتر سه بعدی رزینی حرفهای با لیزر، مانند Form 3+ و Form 3B+ از گالوانومترهای با کیفیت بالا و کالیبراسیون گسترده برای اطمینان از اینکه نور لیزر رزین را دقیقاً در نقطه مورد نظر تحت تأثیر قرار میدهد و بدون انحراف در طول مسیر لیزر حرکت میکند، استفاده می کنند.
دقت پرینتر سه بعدی رزینی DLP تحت تأثیر رزولوشن و قدرت پروژکتور نور و کیفیت و کالیبراسیون میکروآینه ها قرار دارد. دقت چاپگرهای DLP اغلب به دلیل اعوجاج پیکسل در لبههای ساخت محدود میشود، جایی که میکروآینهها باید نور را از فاصله دورتر از منبع نور بتابند.
دقت پرینترهای سه بعدی LCD و MSLA تحت تاثیر یکنواختی و همراستایی (collimation) منبع نور، و همچنین اندازه و کیفیت پیکسل صفحه نمایش LCD قرار دارد.
اکثر دستگاههای LCD بر روی منبع نور خود لنز دارند، اما بسیاری از آنها بسیار ابتدایی هستند و میتوانند منجر به تابش نور ناهموار، نقاط تاریک یا اعوجاج شوند – که قطعات غیر دقیقی را ایجاد میکند. کیفیت صفحه نمایش LCD نیز بسیار حائز اهمیت است – کیفیت بالاتر به این معنی است که صفحه نمایش LCD به برنامه نویسی نرم افزار که به آن میگوید نور را کجا بپوشاند و کجا اجازه عبور دهد، پاسخگو خواهد بود.
واحد پردازش نور (Light Processing Unit) 4 شرکت Formlabs (LPU 4) شامل یک صفحه نمایش ال سی دی سفارشی با اندازه پیکسل 50 میکرومتر و ضد آلیاس از پیش تنظیم شده برای دقت ابعادی عالی است. واحد نور پس زمینه فرم 4 با استفاده از 60 عدد LED و یک آرایه لنز محدب-مقعر و یک حفره نوری، حتی در توان بالا، یک ناحیه تابش نور یکنواخت با توان بسیار بالا تولید میکند که نور بسیار همراستا و یکنواختی ایجاد میکند.
دومین عامل اصلی که بر دقت تأثیر میگذارد، نیروهایی وارد آمده بر قطعه حین چاپ است. تمامی پرینترهای رزینی معکوس دارای دو نوع نیروی چاپ هستند. نیروهای جداسازی (Peel forces) در طول فرآیند جدا کردن هر لایه رخ میدهد، زیرا سکوی ساخت بالا میرود و لایه سفت شده قبل از شروع لایه جدید از مخزن رزین جدا میشود. نیروهای فشرده سازی (Squish forces) در هر لایه هنگامی که سکوی ساخت پایین میآید و قطعه را در حوضچه رزین مایع فشرده میکند، رخ میدهد. این نیروها میتوانند باعث جابهجایی و تغییر شکل لایهها شوند و در نهایت منجر به دقت ابعادی پایینتر شوند.
برخی از پرینترها از یک مخزن رزین با فیلم انعطافپذیر ساده استفاده میکنند که به آرامی از لایههای سفت شده جدا میشود و نیروهای جداسازی را به حداقل میرساند. اگرچه این مخازن نیروهای جداسازی را کاهش میدهند، اما دو مشکل اساسی دارند. این مخازن از فیلم غیر بادوام استفاده میکنند که به راحتی آسیب میبیند و باید به طور مکرر تعویض شود. همچنین آنها مستعد نیروهای مکش هستند، جایی که فیلم انعطافپذیر به صفحه نمایش LCD چسبیده و باعث افزایش ناگهانی نیروهای جداسازی میشود.
فرم 4، یک پرینتر MSLA حرفهای، از یک مخزن فیلم انعطافپذیر دو لایه استفاده میکند که نیروهای جداسازی را به حداقل میرساند و در برابر آسیب بسیار مقاوم است. فرم 4 همچنین دارای یک فیلم اپتیکی بافتدار اختصاصی به نام Release Texture است که جریان هوا بین مخزن رزین و صفحه نمایش LCD را فراهم میکند، از نیروهای مکش جلوگیری میکند و دقت را افزایش میدهد.
آخرین عامل اصلی که بر دقت چاپ تأثیر میگذارد، خواص رزین مایع داخل پرینتر است. فرآیند کیورینگ رزین مایع به عوامل متعددی از جمله دما، همگنی، پراکندگی، ویسکوزیته رزین و موارد دیگر بستگی دارد. تغییرات کوچک در هر یک از این متغیرها میتواند باعث سفت شدن بیشتر یا کمتر رزین شود که منجر به انحراف صدها میکرومتر در اندازه یا شکل لایههای کیورینگ شده میشود. اکثر پرینترهای سه بعدی رزینی این متغیرها را کنترل نمیکنند، که منجر به تغییرات مکرر و غیرقابلپیشبینی در دقت ابعادی میشود.
Form 4 با روشهای مختلفی به این مشکل رسیدگی میکند. اولاً، با استفاده از هیترهای دقیق، حسگرهای مادون قرمز دما و مخلوطکن رزین پرسرعت، دما و همگنی رزین مایع را به طور دقیق کنترل میکند. Formlabs همچنین مواد خود را توسعه و تولید میکند و بر واکنشپذیری، ویسکوزیته و پراکندگی هر ماده به شدت کنترل دارد. علاوه بر این، Form 4 از نرمافزار اسلایسینگ پیشرفته، کالیبراسیون سختافزاری پرینتر و تنظیمات چاپ تأیید شده برای جبران خودکار خواص مواد خاص استفاده میکند.
دوباره، دقت و صحت پرینتر سه بعدی رزینی نه تنها به فناوری، بلکه به طراحی دقیق سختافزار، خواص رزین مایع، تنظیمات و کالیبراسیون چاپ و فرآیند پس از پردازش بستگی دارد.
حجم ساخت در پرینتر سه بعدی رزینی
پیش از معرفی فناوری چاپ سه بعدی SLA معکوس، پرینترهای رزینی حجم ساخت بزرگی داشتند و بسیار گرانقیمت بودند. سپس پرینت سه بعدی رزینی معکوس این تکنولوژی را در دسترستر قرار داد، اما این دستگاهها عموماً بسیار کوچکتر بودند زیرا ساخت قطعات بزرگ به دلیل نیروهای جداسازی بالا، چاپ موفقیتآمیز آنها را بسیار دشوار میکرد.
حال ترکیب SLA معکوس (که به جای مخازن بزرگ، به همان میزان رزین مورد نیاز شما اجازه میدهد) و تکنولوژیهای جداسازی جدید، امکان چاپ حجمهای ساخت بزرگتر را بدون صرف هزینههای بالای ۱۰۰،۰۰۰ دلار برای سیستمهای سنتی پرینتر سه بعدی رزینی در ابعاد بزرگ فراهم میکند. برای صنایعی مانند کالاهای مصرفی، طراحی محصول و مراقبتهای بهداشتی، پرینترهای رزینی بزرگ راهحلی ایدهآل هستند و به کاربردهایی نظیر قطعات در مقیاس انسانی امکان میدهند.
کسانی که به دنبال بررسی اندازه مناسب پرینتر رزینی هستند، ابتدا باید به کاربرد آن توجه کنند. سه دسته اصلی برای پرینترهای رزینی لیزری وجود دارد – رومیزی، نیمهصنعتی و سیستمهای اندازه صنعتی.
در دهههای گذشته، سیستمهای صنعتی برای شرکتهای بزرگی که توانایی خرید و نگهداری با هزینه بالا و همچنین نیاز به فضای بزرگ و زیرساختهای چاپ استریولیتوگرافی نزولی (SLA) از بالا به پایین را داشتند، رایجتر بودند.
با اختراع چاپ سه بعدی SLA معکوس، پرینترهای رزینی رومیزی امکانپذیر شدند و با پذیرش این فناوری توسط تعداد بیشتری از تولیدکنندگان، چاپگرهای کوچکتر با فضای ساخت مکعبی به ابعاد حدود ۱۰ تا ۲۰ سانتیمتر در هر جهت به استاندارد تبدیل شدند. برای مثال، Formlabs Form 3+ حجم ساخت ۱۴.۵ × ۱۴.۵ × ۱۹.۳ سانتیمتر را ارائه میدهد، در حالی که Form 4 حجم ساخت ۳۰ درصد بزرگتر با ابعاد ۲۰.۰ × ۱۲.۵ × ۲۱.۰ سانتیمتر را ارائه میدهد.
همچنین، پرینتر سه بعدی رزینی رومیزی با ترکیب فناوری SLA معکوس و تکنیکهای جداسازی بهبودیافته امکانپذیر شد. پرینترهای سه بعدی رومیزی مانند Form 3L که حجم ساخت ۳۳.۵ × ۲۰ × ۳۲ سانتیمتر را دارند، در نمونهسازی کالاهای مصرفی در مقیاس انسانی و همچنین ایجاد محصولات نهایی از طریق استفاده از ابزارسازی سریع چاپ سه بعدی، برتری دارند.
در پرینترهای سه بعدی DLP، رابطهای مستقیم بین رزولوشن و حجم ساخت وجود دارد. رزولوشن به پروژکتور وابسته است که تعداد پیکسلها/واکسلهای موجود را تعریف میکند. اگر پروژکتور را به پنجره نوری نزدیکتر کنیم، پیکسلها کوچکتر میشوند که باعث افزایش رزولوشن میشود، اما ناحیه ساخت موجود را محدود میکند. برخی از تولیدکنندگان از پروژکتورهای با رزولوشن بالاتر 4K یا 8K استفاده میکنند، اما این پروژکتورها بسیار گران هستند و هزینه محصول نهایی را افزایش میدهند.
پرینتر سه بعدی رزینی DLP با فرمت بزرگ هنوز هم عمدتاً از فناوری بالا به پایین استفاده میکند، نه وارونه، که نیازمند رزین بسیار زیادی است. در نتیجه، پرینترهای سه بعدی رزینی DLP رومیزی با فرمت کوچک به طور کلی برای موارد استفاده خاصی بهینه شدهاند. این دستگاهها حجم ساخت کوچکتری دارند و رزولوشن بالایی را برای تولید قطعات کوچک و دقیق مانند جواهرات ارائه میدهند، در حالی که برخی دیگر میتوانند قطعات بزرگتر را با رزولوشن پایینتر تولید کنند.
از آنجایی که چاپگرهای سه بعدی LCD به آرایهای از LEDها و یک صفحه نمایش LCD با اندازه مشابه متکی هستند، مزایای دقت و صحت با افزایش حجم ساخت یکسان باقی میمانند. یک پرینتر رزینی سه بعدی LCD یا MSLA با فرمت بزرگ همان دقت نسخه کوچکتر را خواهد داشت، به شرطی که از صفحه نمایش LCD با همان اندازه پیکسل و منبع نور LED با همان یکنواختی و هم راستایی استفاده کنند.
با این حال، بر خلاف چاپگرهای سه بعدی SLA با لیزر، این امر باعث افزایش جزئی هزینه برای هر LED و سانتی متر مربع اضافه شده به صفحه نمایش LCD میشود. چاپگر رزینی لیزری میتواند از همان لیزر برای هر اندازه حجم ساخت استفاده کند، زیرا گالوانومترهای آن به سادگی میتوانند مسیر آن را برای اندازههای بزرگتر به نقاط دورتری از پلتفرم هدایت کنند. با این حال، به منظور سرعت چاپ، بسیاری از چاپگرهای رزین با لیزر رومیزی با فرمت بزرگ، مانند Form 3L، یک واحد لیزر دوم اضافه میکنند که هزینه را به طور مشابه با نحوه عملکرد آرایه LED بزرگتر و صفحه نمایش LCD افزایش میدهد.
پردازش سطح نهایی
پرینترهای سه بعدی رزینی به دلیل تولید قطعات با سطح صیقلی نهایی شناخته شدهاند که برای دستیابی به ظاهر پلاستیکهای قالبگیری تزریقی به حداقل پسپردازش نیاز دارند. پرینت سه بعدی رزینی، چه با استفاده از پروژکتور، سری LED یا لیزر، رزین مایع را با کیفیت سطح بسیار بهتر از آنچه چاپگر FDM میتواند رشته را اکسترود کند، کیور میکند. بسته به طراحی، ممکن است همه چاپگرهای رزینی و FDM نیاز به چاپ قطعات با ساپورت داشته باشند، که میتواند بر روی سطح، نقاط تماس یا مصنوعاتی را به جا بگذارد که ممکن است نیاز به سنباده زدن یا برش جزئی داشته باشند.
لایههای چاپگرهای سه بعدی رزینی از نظر شیمیایی و فیزیکی در محور Z به همدیگر بسته شدهاند، بنابراین تمایز بین لایههای عمودی به سختی قابل تشخیص است و منجر به ظاهری صافتر میشود.
برای مواد شفاف، مانند رزین شفاف، این سطح صاف به شفافیت بهتر خود قطعات بدل میشود و آن را به فناوری ایده آلی برای قطعاتی تبدیل میکند که نیاز به شفافیت نوری یا نمایش ویژگیهای داخلی دارند.
چاپگرهای سه بعدی با نیروی لیزر مانند Form 3+ و Form 3L به دلیل سطوح تقریباً کاملاً صافشان محبوب هستند. از آنجایی که لیزر دارای نقطه گرد است، لبههای منحنی واقعاً گرد هستند و ظاهر کلی قطعات بسیار صاف است.
پرینترهای سه بعدی DLP و LCD نیز به طور کلی دارای سطوح بسیار صافی هستند و برای شبیه شدن به پلاستیکهای قالبگیری تزریقی به سنباده زدن یا صیقل بسیار کمی نیاز دارند. با این حال، هر دو چاپگر DLP و LCD نور را از طریق وکسلها یا پیکسلها که مستطیل شکل هستند، پرتاب میکنند. از نظر تاریخی، این وکسلها باعث ایجاد مصنوعات قابل مشاهده «پلهای» یا «ناهمواریی» در محورهای X و Y میشدند که معمولاً خطوط وکسل یا پیکسل نامیده میشدند.
اخیراً، چاپگرهای سه بعدی DLP و LCD شروع به استفاده از پروژکتورهای با وضوح بالا یا صفحه نمایش LCD با پیکسلهای بسیار کوچک به همراه تکنیکهای ضد ناهمواری کردهاند که در آنها برخی از پیکسلها تا حدی روشن میشوند. در نتیجه، چاپگرهای سه بعدی DLP و LCD مدرن، صیقل نهایی سطح را ارائه می دهند که عمدتاً از چاپگرهای SLA با لیزر قابل تشخیص نیست.
سرعت و توان عملیاتی پرینتر سه بعدی رزینی
با توجه به اینکه مشاغل بیشتری برای تولید و همچنین تکرار سریع به چاپ سه بعدی روی میآورند، سرعت پرینت سه بعدی هنگام انتخاب فناوری به یک عامل مهمتر تبدیل میشود. پرینتر سه بعدی مناسب چاپگری است که قطعات با کیفیت بالا را به سرعت و بدون خدشه دار کردن دقت، قابلیت اطمینان یا عملکرد مواد تولید کند. فرآیندهای FDM و SLS سرعت چاپ را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدهاند، اما چاپگرهای سه بعدی رزینی حتی سریعتر شدهاند و آنها را به سریعترین فرآیند ساخت افزایشی تبدیل کردهاند. موتورهای چاپ جدید مانند LFD این کار را حتی بیشتر پیش میبرند و میتوانند اکثر قطعات را فقط در چند ساعت یا قطعات کوچک را در چند دقیقه زمان چرخه تولید کنند.
برای قطعات کوچک، چاپگرهای رزین با نیروی لیزری از نظر سرعت با چاپگرهای سه بعدی DLP و LCD قابل مقایسه هستند – زمانی که لیزر مجبور نیست برای سفت شدن رزین ناحیه بزرگی را پوشش دهد، میتواند به سرعت هر لایه را به اتمام برساند. با این حال، برای قطعات متوسط تا بزرگ یا تولید انبوه، چاپگرهای سه بعدی با نیروی لیزر میتوانند به طور قابل توجهی کندتر از همتایان DLP یا MSLA خود باشند.
چاپگرهای DLP در صنایعی که چاپ سریع بر سود نهایی تأثیر میگذارد، مانند لابراتوارهای دندانپزشکی، محبوب بودهاند. ولی این پرینترها بیشتر در معرض اعوجاج نوری در سراسر ناحیه ساخت قرار داشته و برای دقت بالا نیاز به کالیبراسیون پیشرفته دارند. همچنین به طور معمول این دستگاهها برای عملکرد مشابه از چاپگرهای سه بعدی LCD گرانتر هستند.
فناوری پیشرفته MSLA، مانند Form 4، در کل سریعترین و قابل اعتمادترین راهحل چاپ سه بعدی را ارائه میدهد. کیورینگ هر لایه به طور همزمان، بزرگترین عامل موثر بر آن سرعت است، اما عوامل دیگری مانند مخزن رزین فیلم انعطاف پذیر دو لایه Form 4، Release Texture، پر کردن رزین خودکار با سرعت بالا و گرمایش سریع رزین نیز زمان چاپ کلی را کاهش میدهند.
هنگام در نظر گرفتن پرینترهای MSLA برای تولید، کیفیت و قابلیت اطمینان اجزاء، ملاحظات مهمی هستند. اکثر چاپگرهای LCD به دلیل عمر کوتاه شهرت دارند، زیرا صفحه نمایشهای LCD عمومی برای شرایطی که در چاپگرهای سه بعدی یافت میشود ساخته نشدهاند. واحد پردازش نور 4 در Form 4 دارای عمر 600000-1900000 لایه است و به راحتی و با هزینه کم توسط کاربر قابل تعویض است.
مقیاس بندی توان عملیاتی با چاپگرهای سه بعدی رزین رومیزی آسان است. اندازه قابل دسترسی آنها فرآیند افزودن واحدهای بیشتر و افزایش تولید قطعات بیشتر را ساده میکند. همچنین گزینههایی برای افزودن خودکار برای برخی واحدها وجود دارد. چاپگرهای رزین Formlabs ابزارهای گردش کار پیشرفتهای مانند Form Auto برای Form 3/B/+ ارائه میدهند که حذف قطعه را برای چاپ 24/7 خودکار میکنند. ابزارهای اتوماسیون مانند Formlabs Automation Ecosystem تعداد نقاط تماس ضروری برای فرآیند چاپ را کاهش میدهند و گردش کار را در جایی که بسیاری از اقلام کوچکتر و عمدتاً مشابه (مانند مدل های دندانپزشکی یا ارتو) نیاز به چاپ تقریباً مداوم دارند، ساده میکنند.
نحوه کار و آسانی استفاده
تولیدکنندگان مختلف، راهحلهای متنوعی برای سادهسازی فرآیند چاپ سه بعدی رزینی ارائه میدهند.
برخی از چاپگرها با نرمافزار اختصاصی برای آمادهسازی مدلهای سه بعدی برای چاپ عرضه میشوند، مانند PreForm برای چاپگرهای SLA Formlabs، ولی برخی دیگر از تولیدکنندگان ممکن است نیاز داشته باشند که کاربر از نرمافزار اسلایس برای جهتدهی قطعات، ایجاد ساختارهای پشتیبان، اسلایس مدلها و آپلود فایلهای خود استفاده کنند. ویژگیها بر حسب ابزار نرمافزاری متفاوت هستند، برای مثال، PreForm راهاندازی چاپ با یک کلیک، کنترلهای دستی قدرتمند برای بهینهسازی چگالی و اندازه ساپورت، ضخامت لایه تطبیقی یا عملکردهایی برای صرفهجویی در مواد و زمان را ارائه میدهد. خوشبختانه، نرمافزار قبل از خرید پرینتر سه بعدی به راحتی قابل دانلود و آزمایش است.
شروع کار با پرینتر سه بعدی رزینی میتواند بسیار آسان باشد – بسیاری از چاپگرهای سه بعدی رزینی، به ویژه واحدهای رومیزی، به گونهای طراحی شدهاند که تنها ظرف چند دقیقه از جعبه خارج شده و تقریباً بلافاصله شروع به چاپ کنند. بخشهایی از فرآیند مانند رابط کاربری و سنسورهای داخل چاپگر، نه تنها چاپ اول را ساده میکند، بلکه نگهداری مداوم را نیز ساده میکند.
برخی از چاپگرهای سه بعدی رزینی کمهزینه برای اطمینان از چاپ موفق مواد در ارتفاع لایه تعیینشده، نیاز به مراحل کالیبراسیون بیشتری دارند. این مراحل ممکن است شامل ریختن دستی رزین، انتخاب تنظیمات چاپ (بدون بهرهمندی از یک گردش کار تأیید شده و قابل تکرار) و تنظیم تنظیمات چاپ برای اطمینان از موفقیت قطعه باشد.
با صفحهنمایش لمسی بهبودیافته، سیستمهای کنترل هوشمند و ریزش خودکار سریع رزین، فرم ۴ یک گردش کار روان ارائه میدهد که کاربران میتوانند آن را «تنظیم و فراموش کنند» و در عین حالی حالی که فرم ۴ قطعات را تحویل میدهد، بر طراحی و آزمایش خود تمرکز کنند. سیستم کارتریج پیشرفته به طور خودکار مخزن را با رزین مایع پر میکند، که نیاز به توجه کمتری داشته و چاپ شبانه را تسهیل میسازد. تنظیمات متریال تأیید شده برای ارتفاع لایههای مختلف، آسودگی خاطر را برای کاربران به ارمغان میآورد، کاربرانی که میتوانند با دانستن اینکه مواد و ارتفاع لایه به طور دقیق آزمایش شدهاند و چاپگر قطعه را با موفقیت تکمیل خواهد کرد، مواد و ارتفاع لایه را انتخاب نمایند.
یکی دیگر از عوامل مهمی که هنگام انتخاب سیستم چاپ سهبعدی باید در نظر گرفت، گردش کار پس از چاپ است. هنگامی که چاپ به پایان میرسد، قطعه باید شسته شود، پس از خشک شدن، پسپردازش شود، چه با حذف ساده ساپورت یا یک روش پسپردازش پیشرفتهتر باشد. نیروهای پایینتر پوستهکنی فرم ۴ ساپورتهایی با نقاط تماس ریز را امکانپذیر میکند که به راحتی قابل حذف هستند. این ساپورتها که بسیار سبک قطعه را لمس میکنند، زمان پس از پردازش سریعتر و گردش کاری آسانتر را فراهم میکنند.
تولیدکنندگان مختلف طیف وسیعی از راهحلها را ارائه میدهند، مانند گردش کار ابتدا تا انتهای Formlabs با استفاده از همزن خودکار IPA در Form Wash، تنظیمات از پیش برنامهریزیشده پس از خشک شدن برای بیش از ۴۰ ماده در Form Cure و مجموعهای از ابزارهای تکمیل پیشرفته برای صیقل دادن، درخشان کردن و آماده کردن قطعات برای استفاده.
مواد و کاربردهای چاپگرهای سه بعدی رزینی
در رابطه با سهولت تغییر بین مواد، اکثر چاپگرهای رزینی «وصل کن و استفاده کن» هستند، و پلتفرمهای ساخت و مخازن رزین قابل تعویض آسانی دارند. مانند دقت و ظرافت، مواد موجود بیشتر در دستگاههای مختلف متفاوت است، نه فناوریها. بسیاری از تولیدکنندگان رزینهای خود را میسازند، اما بسیاری از آنها این کار را انجام نمیدهند و ترجیح میدهند مواد شرکتهای دیگر را به صورت برچسب سفید عرضه کنند یا به سادگی یک سیستم باز ارائه دهند که قادر به پذیرش انواع مختلف رزین باشد.
مزایای سیستمهای باز به راحتی قابل تشخیص است – این سیستمها به کاربر کنترل بیشتری بر انتخاب ماده دلخواه میدهند. با این حال، نقطه ضعف این سیستمها این است که تنظیمات مواد را به طور خاص برای چاپگرهای خود کالیبره نمیکنند، بنابراین دقت، قابلیت اطمینان و خواص مواد اغلب تحت تاثیر قرار میگیرند. Formlabs هر هم کتابخانه گستردهای از بیش از 40 رزین منحصر به فرد و سفارشی و همچنین امکان استفاده از مواد دارای گواهی شخص ثالث را از طریق پلتفرم Open ارائه میدهد. برخی از این مواد منحصر به فرد برای کاربردهای خاص و شدید مانند محیطهای شعله باز، محفظههای آببندی یا قالبگیری تزریقی طراحی شدهاند.
مواد اغلب عامل تعیین کننده برای پذیرایی از انواع کاربردهای مختلف هستند. برخی از کاربردها، مانند ساخت قطعات الکترونیکی، به فرمولهای منحصر به فرد و فرآیند صدور گواهینامه شخص ثالث نیاز دارند – مانند رزینهایی که میتوانند تخلیه الکترواستاتیک انجام دهند. برخی دیگر، مانند وسایل کمک تولیدی، به رزینهایی نیاز دارند که محکم و بادوام باشند. بسیاری از تولیدکنندگان رزین هایی را ارائه میدهند که میتوانند این خواص را برآورده کنند، اگرچه استحکام و دوام بین تولیدکنندگان مختلف است. هنگام انتخاب چاپگر سه بعدی رزین، به برگههای اطلاعات فنی مواد آنها مراجعه کنید و ببینید آیا رزینهای فرموله شده یکتای مورد نظر میتواند در کاربرد مورد نظر شما مقاومت کند یا نه.
بهای تمام شده
پرینتر سه بعدی رزینی معمولاً گرانتر از پرینتر سه بعدی FDM و ارزانتر از چاپگرهای سه بعدی SLS بوده است، هر چند استثناهایی وجود دارد. با این حال، در سالهای اخیر، قیمتها کاهش یافته است و چاپگرهای رزینی امروزه برای طیف وسیعی از کاربردها بهترین ارزش را ارائه میدهند.
در انتهای پایینتر این محدوده، چاپگرهای سه بعدی LCD کمهزینه با قیمت ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار در دسترس هستند. این دستگاهها ممکن است برای علاقهمندان یا مبتدیان مناسب باشند، اما برای هر نوع رزینی نیاز به کالیبراسیون و تنظیم دقیق دارند و به طور کلی از نظر نگهداری، زمان تلفشده، قطعات معیوب و مواد ضایعاتی، قابل اعتماد یا بادوام نیستند که اغلب منجر به هزینههای بالاتر میشود.
پرینترهای رزین سه بعدی رزینی حرفهای شامل فناوریهای SLA از جمله SLA لیزر محور، DLP یا LCD/MSLA میشوند. قیمتها عموماً در محدودهی ۲۰۰۰ تا ۱۰,۰۰۰ دلار قرار میگیرند، در حالی که پرینترهای رزین سه بعدی با فرمت بزرگ معمولاً بین ۸۰۰۰ تا ۲۵۰۰۰ دلار قیمت دارند. عوامل زیادی در این محدوده بر قیمت تأثیر میگذارند، از منابع نور قابل اعتمادتر و قدرتمندتر (چه LED، لیزر یا پروژکتور) تا راهکار پردازش نور، کیفیت کلی ساخت، نرمافزار، لوازم جانبی و طرحهای خدمات پس از فروش.
به طور مشابه، هزینه مواد بین تولیدکنندگان متفاوت است. همانطور که در بالا ذکر شد، بسیاری از تولیدکنندگان مواد خود را به سایر تامین کنندگان برونسپاری میکنند یا به سادگی برچسب سفید میزنند، که میتواند هزینههای اضافی برای مواد به همراه داشته باشد. مواد کمهزینه، مانند خود پرینترهای رزینی کمهزینه، میتوانند تأثیرات نامطلوبی بر کیفیت قطعه شما داشته باشند و هزینههای پنهانی ایجاد کنند، همانطور که استفاده از مواد تأیید و کالیبره نشده برای یک دستگاه خاص نیز میتواند اینگونه باشد. برخی از مواد کمهزینه همچنین بوی تندی ایجاد میکنند یا حاوی عناصر تشکیل دهندهای هستند که باعث ارزانتر شدن تولید آنها میشوند، اما برای نگهداری و استفاده ایمن تأیید نشدهاند.
مواد Formlabs برای موارد استفاده خاص تأیید شدهاند و به طور دقیق مهندسی شدهاند تا در طیف وسیعی از محیطها و کاربردها عملکرد بهینه داشته باشند. Formlabs با سرمایهگذاری زمان و نیروی کار در تنظیمات چاپ برای هر ارتفاع لایه و هر ماده، اطمینان میدهد که هر کدام از بیش از ۴۰ رزین، ایمن و آسان برای استفاده هستند.
شروع کار با پرینتر سه بعدی رزینی
هنگام تصمیم گیری بین فناوریهای SLA لیزری، DLP، LCD و MSLA، کاربرد مورد نظر خود (و در نتیجه مواد ایده آل) و همچنین سایر عوامل مانند سرعت، دقت و رزولوشن را در نظر بگیرید.
اگرچه فرآیندهای چاپ سه بعدی رزینی تفاوتهایی دارند، اما تفاوتهای عمده در عملکرد دستگاه اغلب به دلیل انتخابهای سازنده است تا نقاط قوت و ضعف ذاتی فرآیند.
چاپ سه بعدی رزینی به عنوان یک دستهبندی گسترده، قطعاتی را تولید میکند که از نظر ابعاد و دقت بسیار دقیق هستند، سطوح صافی دارند و سریعتر از هر فناوری دیگری هستند. این قطعات به دلیل فرمولاسیون منحصر به فرد رزین خود میتوانند طیف گستردهای از کاربردها را پوشش دهند. پرینترهای سه بعدی رزین حرفهای مانند Formlabs Form 4، سرعت بالای چاپ سه بعدی رزینی را با دقت و رزولوشن سطح چاپگرهای سه بعدی صنعتی رده بالا ترکیب میکند و طیف وسیعی از مواد پیشرفته را ارائه میدهد که بهترین ویژگیهای این فناوری را به نمایش میگذارد.
کامل و عالی
بسیااااااااااااار ممنون
ممنون از توجه شما دوست عزیز