فرآیندهای پرینت سه بعدی فراوانی تا کنون به بازار راه عرضه شده‌اند. شناخت تفاوت‌های جزئی هر کدام کمک می‌کند تصور بهتری از نوع چاپ و محصول نهایی هر فناوری پیدا کنید تا سرانجام مناسب‌ترین روش را برای کاربرد اختصاصی خود انتخاب کنید.

در میان فرآیندهای پرینت سه بعدی رزینی، استریولیتوگرافی (SLA) و پردازش دیجیتال نور (DLP) دو فرآیند رایج چاپ سه بعدی هستند. محبوبیت پرینترهای رزینی به دلیل توانایی آن‌ها در ساخت نمونه‌های اولیه بسیار دقیق، همسانگرد و ضد آب، و همچنین تولید قطعات با استفاده از طیف وسیعی از مواد پیشرفته، با کیفیت و سطح نهایی صاف است.

استفاده از این فناوری‌ها زمانی بسیار پیچیده به نظر می‌رسید و علاوه بر آن نیاز به صرف هزینه‌های گزافی داشت، اما امروزه مدل‌های رومیزی قطع کوچک پرینترهای سه بعدی رزینی SLA و DLP، با صرف هزینه کم، قطعاتی با کیفیت صنعتی می‌سازند و به لطف تنوع گسترده مواد، عملکرد چند منظوره بی‌نظیری دارند.

شیوه کار هر دوی این فرآیندها به این صورت است که رزین مایع به صورت گزینشی در معرض پرتوهای یک منبع نور قرار می‌گیرد؛ این منبع نور در SLA، لیزر و در DLP یک پروژکتور نوری است. با انجام این کار، لایه‌های جامد بسیار نازکی از پلاستیک تشکیل و روی هم انباشته می‌شوند تا جسم جامد مورد نظر را ایجاد کنند. اصول اولیه هر دو فرآیند شبیه به هم است؛ اما آنچه که در آخر تولید می‌شود، فوق‌العاده متفاوت از هم خواهد بود.

در این راهنمای جامع، جزئیات هر دو فرآیند پرینت سه بعدی به تفصیل آمده است و قصد داریم به مقایسه آن‌ها، از نظر رزولوشن، دقت، حجم ساخت، سرعت، روند کار و موارد دیگری از این قبیل بپردازیم.

پرینترهای سه بعدی رزینی SLA چگونه کار می‌کنند؟

پرینترهای سه بعدی رومیزی SLA دارای یک مخزن رزین با پایه‌ای شفاف و سطح نچسب است که برای به عمل آمدن رزین، مانند یک بستر عمل می‌کند و به لایه‌هایی که جدید تشکیل می‌شوند، اجازه می‌دهد به آرامی جدا شوند.

فرآیند پرینت با حرکت بستر ساخت به داخل مخزن رزین آغاز می‌شود. بستر ساخت به گونه‌ای قرار می‌گیرد که میان بستر و کف مخزن، به اندازه ارتفاع یک لایه، یا ارتفاع آخرین لایه کامل، فاصله باقی بماند. یک لیزر دو گالوانومتر آینه‌ای را هدف می‌گیرد؛ گالوانومترها نور را به سمت مختصات درست تعدادی آینه هدایت ‌می‌کنند، سپس نور از طریق کف مخزن به سمت بالا متمرکز می‌شود و یک لایه رزین را به عمل می‌آورد.

سپس، لایه عمل آورده شده از کف مخزن جدا می‌شود و بستر ساخت اندکی به سمت بالا حرکت می‌کند تا رزین تازه زیر آن جاری شود. این فرآیند تا زمانی که عملیات پرینت پایان یابد، تکرار می‌شود.

فناوری استریولیتوگرافی با اعمال نیروی کم (LFS)، نسل بعدی پرینت سه بعدی SLA است. در پرینترهای سه بعدی استریولیتوگرافی با اعمال نیروی کم (LFS)، پرتوهای نور در واحد پردازش نور (LPU) محصور می‌شوند. یک گالوانومتر، با تابش پرتوی لیزر را در جهت Y، آن را در محدوده واحد پردازش نور قرار می‌دهد، سپس آن را از میان یک فیلتر فضایی عبور می‌دهد و به سمت یک آینه تاشو و یک آینه سهموی هدایت می‌کند؛ بدین صورت، پرتو به طور عمود بر صفحه ساخت تابیده می‌شود و یک فرآیند چاپ دقیق و تکرارشونده تضمین می‌شود.

به محض آنکه واحد پردازش نور در جهت X تغییر می‌کند، قطعه چاپ شده به آرامی از کف انعطاف‌پذیر مخزن کنده می‌شود. چنین حالتی سبب می‌شود تعداد نیروهایی که در طول فرآیند چاپ به قطعه وارد می‌شوند، به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کند.

این روش پیشرفته استریولیتوگرافی، کیفیت سطح و درستی پرینت را فوق‌العاده ارتقا می‌دهد. همچنین، اعمال نیروی کم در طول چاپ، استفاده از ساختارهای تقویتی سبک را که به سادگی جدا می‌شوند، ممکن می‌سازد و خود فرآیند نیز فرصت‌های بی‌شماری برای توسعه مواد پیشرفته و تولید آن‌ها در آینده به وجود می‌آورد.

پرینترهای سه بعدی رزینی DLP چگونه کار می‌کنند؟

پرینترهای سه بعدی رومیزی DLP درست مانند همتایان SLA خود، یک مخزن رزین دارند که کف آن شفاف است و بستر ساخت به داخل مخزن فرو می‌رود، و قطعه‌ها لایه به لایه به صورت وارون ساخته می‌شوند.

تفاوت DLP و SLA در منبع نور آن‌ها است. در پرینترهای سه بعدی DLP، یک صفحه پروژکتور دیجیتال، تصویر هر لایه را در سر تا سر بستر به سرعت نمایش می‌دهد تا همه نقاط به صورت همزمان به عمل آورده شوند.

پرتوهای نور به طرف یک میکروآینه دیجیتال منعکس می‌شوند؛ میکروآینه دیجیتال (DMD)، یک پوشانه دینامیکی است که در آن تعدادی آینه با اندازه‌های میکروسکوپی درون یک زمینه ترکیبی، روی یک تراشه نیمه هادی قرار گرفته‌اند. وضعیت آینه‌های کوچک به سرعت تغییر می‌کند و این تغییر وضعیت بین لنز(هایی) اتفاق می‌افتد که نور را به سمت کف مخزن هدایت می‌کنند، یا اینکه یک چاهک گرمایی مختصات مکان پخت رزین مورد نیاز هر لایه را تعیین می‌کند.

پروژکتور پرینتر در حقیقت یک صفحه دیجیتال است و به همین دلیل، تصویر هر لایه از پیکسل‌های مربعی تشکیل می‌شود. در نتیجه، هر لایه سه بعدی از مکعب‌های مستطیلی کوچک‌تری به نام «وکسل» تشکیل شده است.

مقایسه پرینترهای سه بعدی رزینی: SLA و DLP

رزولوشن

در برگه مشخصات پرینترهای سه بعدی، رزولوشن بیشتر از هر مشخصه‌ی دیگری به چشم می‌آید، اما از طرف دیگر نیز بیشتر اوقات سبب سردرگمی می‌شود. بخش اصلی دستگاه فرآیندهای SLA و DLP، شکل متفاوتی دارند که همین باعث می‌شود مقایسه دستگاه‌های متفاوت تنها به واسطه مشخصه‌های عددی، دشوار شود.

در پرینت سه بعدی، سه بعد اهمیت دارند: دو محور دو بعدی مسطح (X و Y) و محور سوم عمود بر این دو به نام Z که باهم، چاپ سه بعدی را به وجود می‌آورند.

مقادیر ضخامت‌ لایه‌ها که یک پرینتر می‌تواند تولید کند، رزولوشن Z را مشخص می‌کنند. پرینترهای سه بعدی رزینی مانند SLA و DLP، برخی از بهترین رزولوشن‌های بعد Z و نازک‌ترین لایه را در بین کل فرآیندهای چاپ سه بعدی عرضه می‌کنند. مصرف کنندگان معمولا می‌توانند ارتفاع لایه دلخواه خود را در بازه ۲۵ تا ۳۰۰ میکرون انتخاب کنند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد بین جزئیات و سرعت پرینت تناسب ایجاد کنند.

در فناوری DLP، رزولوشن XY بر اساس اندازه پیکسل تعیین می‌گردد و اندازه پیکسل نیز کوچک‌ترین مقداری است که پروژکتور، هر لایه را به آن اندازه تکثیر می‌کند. این مقدار به میزان رزولوشن خود پروژکتور و فاصله آن تا پنجره نوری بستگی دارد؛ کیفیت فول اچ دی (۱۰۸۰ پیکسل) بیشتر از همه استفاده می‌شود. بنابراین، کیفیت رزولوشن بیشتر پرینترهای رومیزی DLP ثابت، و به طور کلی عددی بین ۳۵ تا ۱۰۰ میکرون است.

در پرینترهای سه بعدی SLA، اندازه نقاط لیزر و میزان رشد آن‌ها، کیفیت رزولوشن را تعیین می‌کند و خود پرتوی لیزر نیز قابل کنترل است.

هرچند رزولوشن، اغلب اوقات تنها یک معیار تجملی به حساب می‌آید. با برخی نشانه‌هایی که رزولوشن ارائه می‌دهد، می‌توان شناخت بهتری از نوع چاپ دریافت کرد اما این ویژگی لزوما ارتباط مستقیمی با درستی، دقت و کیفیت پرینت ندارد.

درستی و دقت

از آنجایی که پرینت سه بعدی یک فرآیند افزایشی است، با افزودن هر لایه احتمال ایجاد نادرستی وجود دارد و فرآیندی که در آن لایه‌های تشکیل دهنده بر میزان دقت تاثیر دارند، به تکرار دقت در هر لایه نیاز دارد. میزان درستی و دقت به عوامل متعددی بستگی دارد: نوع فرآیند پرینت سه بعدی، مواد، نرم‌افزار، تنظیمات، عملیات پسا پردازش و موارد دیگر.

در کل، پرینترهای سه بعدی SLA و DLP در میان فرآیندهای پرینت سه بعدی، از روش‌های با بیشترین دقت و درستی چاپ قرار به حساب می‌آیند. اغلب اوقات، مقایسه تفاوت‌های پرینترهای تولیدکنندگان مختلف، تفاوت‌های موجود در میزان درستی و دقت را بهتر و واضح‌تر از زمانی نشان می‌دهد که صرفا اختلاف خود فرآیندها را بررسی کنید.

برای نمونه، ممکن است در مدل‌های اولیه پرینترهای SLA و DLP از پروژکتورها، لیزرها و گالوانومترهای آماده بازار استفاده شود؛ تولیدکنندگان آن‌ها نیز سعی می‌کنند این قطعات را با بهترین عملکرد ممکن عرضه کنند.

انجام کالیبراسیون نیز ضرورت بسیار دارد. پروژکتورهای DLP نور را به صورت غیریکنواخت در صفحه ساخت توزیع می‌کنند و لنزها انحراف نوری دارند، از این رو سازندگان باید برای رفع آن‌ها تلاش کنند. در این حالت اندازه و شکل پیکسل‌های وسط صفحه، با پیکسل‌های لبه‌ها برابر نخواهد بود. در پرینترهای SLA، منبع نوری یکسانی برای چاپ بخش‌های مختلف قطعه استفاده می‌شود، که به خاطر تعریف یکسان اندازه‌ها، یکنواخت عمل می‌کنند؛ اما باز هم به کالیبراسیون گسترده‌ای نیاز دارد تا انحرافات عیب یابی شوند.

حتی اگر پرینتر سه بعدی دارای باکیفیت‌ترین اجزای سازنده و بیشترین درجه کالیبراسیون باشد، بسته به نوع مواد امکان دارد نتایج کاملا متفاوتی ارائه دهد. هر رزین، نیازمند تنظیمات بهینه مربوط به ماده مخصوص به خود است تا آنطور که انتظار می‌رود عمل کند. هرچند ممکن است برخی مواد یا رزین‌هایی که در بازار وجود دارند، هنوز به طور کامل در مدل خاصی از پرینترهای سه بعدی آزمایش نشده باشند، در نتیجه قابلیت استفاده از تنظیمات بهینه مربوط به آن‌ها وجود نخواهد داشت.

اما از این بحث چه نتیجه‌ای می‌گیریم؟ در حقیقت، تنها مطالعه مشخصات فنی درک خوبی از درستی و دقت چاپ به شما نمی‌دهد. در پایان، بهترین روش برای ارزیابی یک پرینتر سه بعدی، بررسی قطعات واقعی است؛ یا اینکه از سازنده بخواهید یک نمونه از طراحی شما را به صورت آزمایشی چاپ کند.

حجم ساخت

در پرینترهای سه بعدی DLP، میان رزولوشن و حجم ساخت یک رابطه معکوس برقرار است. کیفیت رزولوشن به پروژکتور بستگی دارد که چه تعداد پیکسل/وکسل تعریف کند. اگر پروژکتور را به پنجره نوری نزدیک کنید، اندازه پیکسل‌ها کوچک‌تر می‌شود و در نتیجه کیفیت رزولوشن بالا می‌رود اما از طرف دیگر، فضای قابل استفاده برای ساخت محدود می‌شود.

برخی تولیدکنندگان، چندین پروژکتور را کنار هم قرار می‌دهند یا از یک پروژکتور با کیفیت ۴K استفاده می‌کنند تا این چنین حجم ساخت نیز افزایش یابد، اما همه این کارها هزینه تهیه‌ دستگاه را به میزان زیادی بالا می‌برد به گونه‌ای که اغلب، قیمت آن‌ها از رده قیمت دستگاه‌های رومیزی خارج می‌شود.

بنابراین، پرینترهای سه بعدی DLP معمولا برای موارد استفاده‌ی خاص ایده‌آل‌تر هستند. برخی از این پرینترها با داشتن حجم ساخت کوچک و رزولوشن بالا، مناسب ساخت قطعات کوچک و پرجزئیاتی چون جواهرات هستند در صورتی که بقیه آن‌ها می‌توانند قطعات بزرگ‌تری با رزولوشن پایین‌تر تولید کنند.

فرآیند استریولیتوگرافی اساسا ارتقای بیشتری می‌پذیرد؛ زیرا مقدار حجمی که یک پرینتر SLA می‌تواند بسازد، هیچ ارتباطی با رزولوشن چاپ ندارد. با هر اندازه و هر رزولوشن، و در هر موقعیتی از ناحیه ساخت، امکان چاپ وجود دارد. این ویژگی به شما این امکان را می‌بخشد که قطعات بزرگ با رزولوشن بالا پرینت کنید، یا با چاپ یک دسته بزرگ متشکل از قطعات کوچک پرجزئیات، ظرفیت و توان عملیاتی دستگاه را بالا ببرید.

نیروی زیادی که ورآمدگی لایه‌ها به وجود می‌آورد، عامل مهم دیگری است که از افزایش حجم چه در پرینترهای SLA و چه در پرینترهای DLP جلوگیری می‌کند. در چاپ قطعات بزرگ‌تر، نیرویی که به قطعه‌ها وارد می‌شود با جدا شدن هر لایه از مخزن، به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.

در روش پرینت سه بعدی LFS، هرگاه بستر ساخت قطعه را به سمت بالا می‌کشد، یک لایه نازک و انعطاف پذیر به آرامی از کف مخزن جدا می‌شود؛ به دنبال این امر، مقدار تنشی که به قطعه وارد می‌شود به میزان چشمگیری کاهش می‌یابد.

کیفیت سطح

قطعاتی که با پرینترهای رزینی SLA و DLP تولید می‌شوند، در میان همه فرآیندهای پرینت سه بعدی، به داشتن سطح صاف و یکنواخت معروف هستند. تفاوت‌های تعریف شده اغلب فقط در قطعات بسیار کوچک، یا مدل‌هایی که جزئیات بسیاری دارند قابل مشاهده است.

در فرآیند پرینت سه بعدی اجسام از [نهشت] لایه‌ها ساخته می‌شوند، بنابراین قطعات چاپی اغلب دارای خطوط لایه‌ای افقی و برجسته هستند. در فرآیند DLP خروجی سه بعدی تصاویر با وکسل‌های مستطیلی گرفته می‌شود، بنابراین علاوه بر خطوط افقی، اثر خطوط وکسل‌های عمودی نیز مشاهده می‌شود.

از آنجایی که واحد تعریف شده به شکل مستطیل است، وکسل‌ها حتی بر لبه‌های خمیده هم اثر می‌گذارند. مثلا اگر بخواهید یک آجر لگو به شکل گرد بسازید، لبه‌های آجر در هر دو محور Z و صفحه X-Y شکل پلکانی‌مانند به خود خواهند گرفت.

سرعت و بازده

هنگام ارزیابی سرعت پرینت سه بعدی، باید در نظر داشته باشیم که تنها سرعت چاپ ماده اولیه اهمیت ندارد، بلکه بازده نیست برای ما مهم است.

در حالت کلی، امکان مقایسه سرعت چاپ مواد خام پرینترهای SLA و DLP وجود دارد. سرعت چاپ در روش DLP یکنواخت است و فقط به ارتفاع قطعه بستگی دارد، زیرا پروژکتور همه لایه را یکباره در معرض تابش قرار می‌دهد. اما لیزر پرینترهای SLA هر بخش مجزا جداگانه کامل می‌کند. بنابراین در عمل، پرینترهای سه بعدی SLA برای چاپ قطعات تکی کوچک یا متوسط بهتر و سریع‌تر هستند، در حالی که پرینترهای سه بعدی DLP در چاپ قطعات بزرگ و بسیار متراکم، یا سازه‌های چند بخشی که بیشتر فضای ساخت را اشغال می‌کنند، سرعت بیشتری دارند.

اما یکبار دیگر یادآور می‌شویم، توجه به رابطه معکوس حجم ساخت و رزولوشن در پرینترهای DLP اهمیت بسیاری دارد. یک پرینتر DLP کوچک قادر است قطعات کوچک یا یک دسته (کوچک) شامل تعدادی قطعه کوچک‌تر چاپ کند که رزولوشن بالایی داشته باشند اما همانطور که اشاره شد، کاهش حجم ساخت، اندازه قطعه و بازده را محدود می‌کند. دستگاه دیگری از این فناوری که حجم ساخت بالاتری داشته باشد می‌تواند قطعات یا دسته بزرگ‌تری را سریع‌تر چاپ کند، اما رزولوشن چاپ پایین‌تر از SLA خواهد بود.

با استفاده از پرینترهای SLA می‌توان همه این موارد را تنها با یک دستگاه تولید کرد و مصرف‌کننده نیز در انتخاب رزولوشن، سرعت یا بازده بهینه، آزاد است.

ماده‌ای که انتخاب می‌کنید نیز، بر میزان سرعت تاثیر دارد.

روند کار و مواد

درست مانند درستی و دقت، تفاوت روند کار و مواد قابل تهیه، بیشتر از آنکه در فناوری‌های مختلف دیده شود، با مقایسه خود دستگاه‌ها به دست می‌آید.

استفاده از بیشتر پرینترهای SLA و DLP به این روش است که کافیست آن‌ها را «نصب» و سپس «استفاده» کنید. بستر ساخت و مخزن رزین آن‌ها نیز به سادگی تعویض می‌شود. همچنین، برخی مدل‌های پیشرفته دارای سیستم کارتریج هستند تا اگر مخزن خالی شود، دوباره به صورت خودکار با رزین مایع پر شود؛ در این حالت عملیات پرینت به توجه کمتری نیاز دارد و انجام فرآیند چاپ در طول مدت شب آسان‌‌تر می‌شود.

یکی از بهترین مزیت‌های روش پرینت سه بعدی، تنوع مواد قابل استفاده است که امکان ساخت قطعه‌هایی با کاربردهای گوناگون را به وجود می‌آورد. پیکربندی فرمولاسیون رزین‌ها تنوع گسترده‌ای دارد: مواد نرم یا سخت، آن‌هایی که تا حد زیادی با مواد دست دوم از جنس سرامیک یا شیشه پر شده‌اند یا موادی که دارای چندین خواص مکانیکی، مانند مقاومت در برابر ضربه یا دمای خمش حرارتی بالا هستند.

نوع مواد تقویتی قابل استفاده اما، به مدل پرینتر سه بعدی بستگی دارد. بنابراین توصیه ما به شما این است که قبل از خرید، درباره این مورد از سازنده سوال کنید.

قطعاتی که به روش فناوری‌های SLA و DLP تولید می‌شوند، در هر دو مورد، به عملیات پسا پردازش نیاز دارند. نخست، قطعه‌ها باید در یک حلال شستشو داده شوند تا رزین اضافه از بین برود. همچنین، برخی مواد حرفه‌ای مانند موادی که در ساخت قطعات مهندسی یا زیست‌سازگار به کار می‌روند، علاوه بر پسا پردازش به پخت تکمیلی نیز، نیاز دارند.

نکته آخر آنکه، برخی قطعه‌ها با بخش‌های تقویتی چاپ می‌شوند که این سازه‌ها پس از اتمام پرینت باید برداشته شوند. این فرآیند به صورت دستی انجام می‌شود و برای پرینترهای سه بعدی SLA و DLP مشابه هم انجام می‌شود. فناوری پرینت سه بعدی LFS با استفاده از ساختارهای سبکی که به آسانی جدا می‌شوند، انجام این فرآیند را ساده‌تر می‌کند؛ این نوع سازه‌ها نقاط تماس کوچکی با قطعه اصلی دارند که همین جدا کردن آن‌ها را آسان می‌کند و بعد از برداشته شدن نیز، اثر بسیار کمی از خود به جا می‌گذارند.