3D принтери – смола срещу филамент(SLA срещу FDM ): Разликите

Смола срещу FDM принтер, кой е подходящ за вас? Прочетете, за да получите цялата най-важна информация за двата основни типа принтери.

В днешния пазар за 3D печат на настолни принтери, двете най-популярни области са fused deposition modeling (FDM) и печат на базата на смола (resin). Въпреки че могат да се правят (и се правят) обобщения и предположения за техните разлики (напр. FDM е по-евтин, смолата е по-добра за детайли), има още няколко неща, които трябва да знаете, преди да вземете решение и да изберете едното пред другото.

В тази статия ще се потопим в разликите между двете, обсъждайки технологии, материали, индивидуални силни страни, ценови диапазони и т.н.

FDM печат

FDM 3D печатът е специфична технология за 3D печат, която попада в по-широката категория за адитивно производство на „екструдиране на материали“. Както подсказва името, всяка машина, попадаща в тази категория, екструдира материал в специфични модели, за да произведе окончателна форма, като FDM използва разтопена пластмаса (понякога комбинирана с други материали) като среда за екструдиране.

FDM работи много подобно на пистолет за горещо лепило: твърда нишка се вкарва в гореща дюза, която я разтопява и позволява да тече и да се полага на плоски слоеве. В случай на принтер, тези движения в рамките на слой са точно насочени (в по-голямата си част) по X- и Y-осите на декартовата координатна система. Първият слой се отлага върху повърхността за печат, охлажда се и се втвърдява бързо. След това се добавя друг слой върху последния и процесът се повтаря, като се изгражда 3D обект бавно, слой по слой.

За разлика от печата на смола, където има различни подходи към действителния печатен процес, при FDM печата, процесът на екструдиране и отлагане на гореща пластмаса е доста сходен за всички машини. Ето защо всички FDM принтери технически принадлежат към една и съща технология. Въпреки това, разбира се, има различни типове FDM принтери , като най-популярният стил е праволинейният принтер (известен още като „картезиански“ принтер, въпреки че това може да е объркващо).

Областта, в която настъпват най-големите промени, са принтерите с много материали , които могат да отпечатват множество цветове и материали в един печат. Освен това, някои FDM принтери с едно екструдиране могат да бъдат надградени с добавки като MMU 2S на Prusa и Mosaic Palette 2S Pro .

Печат със смола

„Печат със смола“ е по-скоро общ термин за технологии за 3D печат, които попадат в категорията на адитивното производство на полимеризация във ваната .

Повечето принтери със смола имат контейнер с прозрачен, гъвкав долен лист, наричан още вана, който е пълен с фоточувствителна смола, която се втвърдява, когато влезе в контакт с UV светлина. След това платформа за изграждане се потапя във ваната и източник на светлина под прозрачното дъно втвърдява смолата според спецификата на модела, свързвайки втвърдения първи слой към платформата.

След това строителната плоча се придвижва нагоре, за да създаде място за следващия слой и да позволи на новата смола да потече между предишния слой и дъното на ваната. След това този нов слой се втвърдява чрез източника на светлина и процесът се повтаря, докато се създаде готовият 3D обект.

Разликите между видовете принтери със смола се крият в начина, по който светлината се генерира и прилага върху смолата. Тези технологични разлики означават, че всеки от следните видове печат със смола е със своя собствена технология.

LCD печат

Най-достъпната форма на печат със смола се нарича LCD печат (известен също като MSLA печат). LCD принтерът използва мощен източник на UV светлина, който може да освети цял слой наведнъж. Тази светлина се блокира селективно и се пропуска от екран с течнокристален дисплей (LCD), разположен над UV светлината. LCD дисплеят показва негативно изображение на слоя, за да позволи светлината да премине само там, където смолата трябва да се втвърди.

Твърди се, че използването на тази технология понякога намалява качеството на печат, тъй като резолюцията на LCD екрана определя разделителната способност на печат. В замяна на това LCD е и най-бързият тип печат на смола. LCD принтерите са най-евтините видове принтери със смола и следователно са по-подходящи за начинаещи и любители.

SLA печат

Първият тип печат на смола (и наистина първият тип 3D печат ) е SLA, което означава стереолитография. За разлика от LCD

Тази технология е много подобна на LCD принтерите, но използваният източник на светлина е лазер. Този лазер се насочва около ваната от огледало с моторно управление, което може да променя ъгъла на отражение. Лазерът очертава смолата във формата на текущия слой, подобно на обикновена дюза на FDM 3D принтер, която очертава нов слой точка по точка.

Тази технология често е по-скъпа от LCD поради повишената сложност и броя на движещите се части, но обикновено може да се похвали с висока разделителна способност.

DLP печат

Последната популярна технология за печат със смола е DLP печат, който използва проектор за цифрова обработка на светлината (DLP). Технологията е доста подобна на LCD печата, тъй като цял слой се експонира едновременно. Разликата между двете е как светлината удря смолата в определена форма. По-конкретно, проекторът излъчва изображение върху редица огледала, които на свой ред насочват отразеното изображение към дъното на ваната, без да е необходим допълнителен екран, който да блокира ненужната светлина.

Този метод на печат е най-рядко срещаният от трите споменати тук, тъй като качеството му на печат се влияе от разделителната способност на проектираното изображение, което често оставя малки пиксели върху готовия печат. От „историческа“ гледна точка може да се каже, че DLP печатът е проправил пътя от SLA към LCD печат.

Материали

По естеството на начина им на работа има големи разлики между материалите, използвани за FDM и печат със смола. Във всяка от двете групи обаче има голямо разнообразие.

FDM

Основното изискване за FDM материал за печат е той да има термопластична основа. Тези материали се предлагат под формата на дълга пластмасова нишка с диаметър 1,75 или 2,85 mm, навита на макара.

Най-популярният вид материал се нарича  polylactic acid (PLA) ; това е най-използваната жичка поради своята лекота на използване и високо качество. Материалът също е почти без мирис и е един от най-малко вредните за околната среда материали за 3D печат. Има много неща, които могат да бъдат отпечатани с PLA , включително модели, които могат да бъдат в контакт с храна, ако приемем, че човек избере правилно сертифицирани марки .

Друг много популярен материал е  polyethylene terephthalate glycol-modified (PETG) . Този материал, подобно на PLA, е много лесен за използване, но има много по-добри механични свойства, като по-висока якост и повишена гъвкавост. Основната разлика е, че PETG печата при около 245 °C , докато PLA печата при около 200 °C . PETG е страхотен за различни приложения , включително модели, които са изложени на различни атмосферни условия или които изискват повече здравина или издръжливост.

Някои по-усъвършенствани FDM материали, като ABS или найлон, напълнен с въглеродни нишки, се нуждаят от специален принтер и настройки за безопасност преди успешна употреба. Тези материали често изискват по-високи температури на дюзите от PLA и нагрята печатаща основа, за да се предотврати свиването на материала при охлаждане.

Тези усъвършенствани материали също се възползват от корпус , заобикалящ зоната за печат. Загражденията не само поддържат вътрешния въздух равномерен, но и предотвратяват излизането на вредни изпарения. Те могат да имат много отрицателни ефекти, от просто да миришат неприятно до вредни за дихателната система. За да се предотврати това, много машини от висок клас имат вградени филтриращи системи, които филтрират вътрешния въздух и премахват частиците.

Гъвкавостта, предлагана от филаментите, и технологията за печат зад тях не трябва да се подценява: дърво , коприна , мрамор , прозрачни , светещи в тъмното , променящи се цветове и дъга , само за да назовем и няколко PLA опции, тъй като изобилието от различни комбинации с въглеродни влакна , метал , PC , найлон и дори рециклирани нишки означава, че FDM разпечатките могат да приемат много различни форми и приложения.

Също така си струва да се отбележи, че нишката трябва да се съхранява правилно и може дори да се наложи да се изсуши преди употреба, тъй като повечето са хигроскопични .

Смола

При принтерите със смола изборът на материали е малко по-ограничен, но все пак много гъвкав, вариращ от обикновени пластмаси до  castable , гъвкави и  water-washable ones . Всички смоли се съхраняват или в устойчиви на ултравиолетови лъчи бутилки или торбички, които предотвратяват навлизането и сблъск на ултравиолетовите лъчи в течността, което би втвърдило смолата преди употреба.

Различните смоли ще имат различни настройки за печат, като време на експозиция – нещо, което също може да бъде повлияно от цвета на смолата.

Струва си да се отбележи, че докато някои марки предлагат по-голямо разнообразие от цветове, за да получите многоцветен печат, ще трябва да отпечатате частите поотделно. Като алтернатива, човек може да боядиса смолата  за различни резултати.

Използваната технология може да повлияе на избраната смола. Смолите се втвърдяват по различен начин в зависимост от дължината на вълната на светлината и като такава трябва да се провери правилната съвместимост в зависимост от настройката за печат. SLA лазерите обикновено излъчват вълни от около 395 nm, докато LCD и DLP принтерите имат дължина на вълната от около 405 nm.

Разделителна способност и качество

FDM и печатът със смола обикновено се различават в качеството и разделителната способност на техните готови отпечатъци. Тези фактори варират от общ външен вид до качеството на малките детайли, но включват и механични фактори като здравина.

FDM

Една от най-очевидните разлики между FDM и печат със смола е разделителната способност. Тъй като FDM принтерите използват разтопени пластмасови слоеве за създаване на модели, резултатите обикновено са по-малко прецизни и точни, тъй като материалът обикновено се отлага на линии с ширина 0,4 mm. Действителните слоеве също са големи в сравнение с печата на смола, вариращи от 0,1 до 0,35 mm на слой. Тази височина на слоя създава видими линии на всички повърхности и често предотвратява използването на FDM-отпечатани части като крайни модели.

За да разрешите проблема с видимите линии на слоя, готовият отпечатък може да бъде шлифован или дори изгладен с изпарения на разтворител. Тези методи могат да направят FDM отпечатъците да изглеждат напълно гладки, но изискват време и умения, за да се справят добре и също така ще избледнеят малки повърхностни детайли.

Друго качество на готовите отпечатъци е тяхната здравина. На този етап FDM обикновено се представя по-добре от печатането на смола и в зависимост от използвания материал се влияе от определени настройки за печат. Например, използването на висок процент на пълнеж , подходящ модел на пълнеж и увеличена дебелина на стената ще направи частта по-здрава, но от своя страна времето за печат ще се увеличи.

Смола

От друга страна, принтерите със смола обикновено създават много по-детайлен модел. Поради тази причина печатът със смола е чудесен за  миниатюри  или  модели с висока детайлност  , които си заслужават допълнителните усилия.

Поради технологиите, височините на слоевете са невероятно малки, вариращи от 10 микрона (0,01 mm) до 100 микрона (0,1 mm). Стандартната височина на слоя е 50 микрона (0,05 mm), около една четвърт от FDM печата. XY резолюцията също е в този диапазон.

Тази малка височина на слоя позволява отпечатването на невероятни детайли и висококачествени обекти, като завършените разпечатки често нямат следи от самите слоеве, а по-скоро изглеждат като едно гладко и плътно парче пластмаса. Готовите отпечатъци могат също да бъдат шлайфани, за да се постигне още по-голяма гладкост, но тази стъпка в повечето случаи е ненужна, тъй като слоевете вече са толкова малки.

Що се отнася до здравината, здравите смоли произвеждат печатни части, които обикновено са по-здрави от FDM. Това обаче е трудно сравнение, защото зависи от това с кои FDM материали се сравняват.

Скорост

Друга голяма разлика между FDM и печат със смола е скоростта на печат. Това зависи от много фактори, включително конкретната използвана технология и настройките за печат.

FDM

Времето, необходимо на FDM принтера да завърши печат, зависи най-вече от размера на обекта, който се отпечатва, както и от избраната височина на слоя, запълване и скорост. Просто казано, колкото по-голям е артикулът и колкото по-малка е височината на слоя, толкова по-дълго ще отнеме отпечатването и обратно.

Друга настройка, която влияе върху времето за печат, е плътността на пълнежа. Колкото по-висока е плътността на пълнежа, толкова повече влакна трябва да бъдат положени от принтера и толкова по-дълго отнема отпечатването.

Смола

Когато става въпрос за печат със смола, времето за печат е малко по-просто. С LCD и DLP печат, слоевете се втвърдяват бързо, тъй като целият слой се втвърдява за 2 до 10 секунди, без значение колко смола се втвърдява на слой. При SLA машините времето за печат е значително по-дълго, тъй като лазерът трябва да стигне до всяка точка.

Други променливи, които влияят на времето за печат, са височината на Z-ос, височината на слоя и времето, необходимо на принтера да премести печатащото легло нагоре и обратно надолу за следващия слой. Независимо от това, ако приемем, че някой използва LCD принтер, може да се каже, че печатът със смола е значително по-бърз от FDM печат в повечето случаи.

Лесна употреба

Лекотата на използване на 3D принтер е проблем както за начинаещи, така и за напреднали потребители, тъй като повече работа води до повече време, прекарано без печат (или правене на други неща). Различните FDM и технологии със смола имат много предимства и предизвикателства.

FDM

FDM принтерите обикновено са лесни за използване и следователно доста удобни за начинаещи.

След зареждане на нишка, започването на печата е почти всичко, което трябва да се направи. След като отпечатъкът е готов, той трябва лесно да се отстрани и в повечето случаи може веднага да се използва по предназначение. Някои разпечатки, като водонепроницаеми контейнери, може да изискват или много прецизни настройки, или някаква форма на покритие, за да бъдат напълно готови за употреба. И както бе споменато по-горе, последващата обработка може да е необходима за постигане на определена естетика.

Естествено, все още има някои проблеми с FDM принтерите, включително “нанизване”, “изкривяване” и “слонски крак” . FDM машините обикновено изискват повече поддръжка и калибриране , за да се предотврати появата на тези проблеми.

Смола

За разлика от FDM печата, печатането със смола изисква малко повече, за да бъде безопасно и успешно. Първо, смолата е токсична , което означава, че не е безопасно да се докосва, а изпаренията не са безопасни за вдишване. Поради тази опасност са необходими ръкавици и маски при работа със смола и отпечатъци, преди те да са напълно втвърдени.

Ключова характеристика на всички принтери със смола е, че те имат  капак  , който покрива зоната за изработка и ваната за смола. Тези капаци често са прозрачна оранжева или червена пластмаса. Основните им задачи са да блокират ултравиолетовите лъчи от удара върху невтвърдената смола във ваната и да предпазват очите на зрителите от ултравиолетовата светлина в принтера. В допълнение, аспираторът е предназначен да предпазва токсичните и често миризливи изпарения от разпространение.

След като смолата се зареди във ваната на машината, процесът на печат е относително прост. Но току-що премахнат от принтер отпечатък все още е покрит с невтвърдена смола. Тази смола трябва да се отмие с помощта на разтворител , в повечето случаи изопропилов алкохол. След това отпечатъкът трябва да бъде напълно втвърден под източник на ултравиолетова светлина като специална лампа или просто на слънце, за да се доведе до окончателното му състояние. След като всички тези стъпки са изпълнени, отпечатъкът вече може да се обработва нормално и вече не е токсичен.

Тези допълнителни стъпки означават, че 3D печатането на смола има по-висока крива на обучение, така че не е непременно толкова удобно за начинаещи, колкото FDM печатането. Освен това, общото работно пространство също ще трябва да бъде по-голямо и оборудвано с допълнителни консумативи и съоръжения (за втвърдяване и измиване ).

Принтерите със смола имат някои често срещани проблеми, които водят до неуспешни разпечатки, но те обикновено са по-лесни за разрешаване, отколкото при FDM принтерите. Най-голямата точка на неуспех е, че втвърдените слоеве не се придържат към строителната плоча .

И като последна и също толкова важна бележка, правилното изхвърляне на смолата е задължително.

Цена

Друг решаващ фактор е цената на двата вида принтери. И двете технологии могат да бъдат закупени сравнително евтино, като машините се предлагат в диапазона от 200 долара, но с нарастването на размера и качеството принтерите със смола стават по-скъпи по-бързо от FDM принтерите.

Що се отнася до FDM, има страхотни опции под $200 , под $300 и под $500 , въпреки че тези с по-голям обем на изграждане може да са малко по-скъпи. Въпреки това, въпреки че има отлични полимерни принтери , за по-големите цените са поне двойно по-високи от тези на по-големите FDM принтери. Например, широкомащабният полимерен принтер Phrozen Sonic Mega 8K  струва ~$2200 с размери 330 x 185 x 400 mm. За разлика от това, FDM принтер като Anycubic Kobra Max струва само $570, с обем на изработка от 400 x 400 x 450 mm.

В допълнение към самите принтери, поддръжката може да бъде по-скъпа за машини със смола. LCD принтерите със смола изискват нови екрани след около 2000 часа употреба, като цената на екраните зависи от размера. От друга страна, макар и по-рядко срещани на пазара за любители, DLP принтерите предлагат около 20 000 часа работа. Междувременно разходите за поддръжка на FDM принтерите обикновено са незначителни, тъй като има много достъпни резервни части.

Кое?

Сега към най-важния въпрос: Кой е подходящ за вас?

Като цяло, ако търсите машина, която можете да персонализирате да печата по малко от всичко, FDM е точното за вас. Тези машини са идеални за отпечатване на голямо разнообразие от обекти с разумно качество, от големи структурни скоби, които са достатъчно здрави, за да издържат на големи натоварвания, до по-малки модели и аксесоари с ниска детайлност.

Но когато става въпрос за малки модели и впечатляващи детайли – щампи, които се възползват от прозрачността, здравината или гъвкавостта на материала, или начинание в щамповането на бижута – печатът със смола може да е правилният начин. Докато кривата на обучение може да е малко по-стръмна и първоначалната инвестиция може да е малко по-висока, това все още е подходяща опция за любители.

Колебанието в една или друга посока (ако е необходимо) основно ще се сведе до следното: Какво искате да отпечатате и за какво ще се използва?