При рассмотрении технологий 3D‑печати полимерами пользователи нередко задаются вопросом: что выбрать – фотополимерную смолу или пластиковую нить? Однозначного ответа здесь нет, всё зависит от целей и задач проекта. Чтобы облегчить вам выбор, сегодня мы выясним, какая технология лучше работает в тех или иных сценариях.
FDM/FFF (Fused Deposition Modeling / Fused Filament Fabrication) – послойное наплавление пластиковой нити (филамента). Это самая распространенная и бюджетная технология 3D‑печати. В решении промышленных задач также используется более производительный процесс FGF (Fused Granular Fabrication) – прямая экструзия гранул полимера.
Фотополимеризация в ванне (стереолитография) – процесс аддитивного производства, при котором жидкая фотополимерная смола затвердевает слой за слоем под воздействием ультрафиолетового света. Эта категория включает в себя три основные технологии:
-
SLA (Stereolithography Apparatus) – лазерная стереолитография
-
DLP (Digital Light Processing) – цифровая обработка света
-
LCD (Liquid Crystal Display) – засветка с использованием жидкокристаллического экрана
Фотополимеры служат расходным материалом и в таких аддитивных методах, как Polyjet и MJP (Multijet Printing), принцип действия которых основан на струйной печати с УФ‑отверждением.
Рассмотрим подробнее все аддитивные процессы с применением фотополимеризации.
3D‑печать фотополимерной смолой
SLA: идеально гладкая поверхность
SLA‑принтер использует точечное отверждение смолы лазером, обеспечивая наивысшую точность и наилучшее качество поверхности среди всех методов фотополимерной печати, что позволяет создавать исключительно точные сложные объекты. Однако, поскольку в процессе построения лазер сканирует точку за точкой, скорость построения сравнительно низкая.
Стоимость оборудования находится в сегменте относительно дорогого, а размеры изделий варьируются от средних до крупногабаритных (в зависимости от модели машины, от 100 до 2500 мм).
SLA подходит в первую очередь для сценариев, требующих чрезвычайно высокой точности, таких как производство сложных прототипов и функциональных промышленных деталей, корпусов электронных устройств, мастер-моделей ювелирных изделий, точных стоматологических моделей, ортодонтических аппаратов и пр.
DLP: компактность и производительность
В технологии DLP используется цифровой светодиодный проектор, что позволяет одновременно отверждать целые слои смолы. Обеспечивается оптимальный баланс между точностью и скоростью, создание гладких поверхностей достигается при значительно более быстрой печати, по сравнению с SLA.
Стоимость оборудования находится в среднем диапазоне, а размеры изделий ограничены проектором – как правило, от малых до средних. Всё это делает DLP‑принтер выгодным решением для производства мелких партий сложных деталей, таких как миниатюрные модели (фигурки для настольных игр, коллекционные модели) и визуальные прототипы небольших изделий.
LCD: бюджетное решение для несложных задач
Технология LCD использует ЖК‑экран в качестве маски для фильтрации ультрафиолетового света, обеспечивая фотополимеризацию целых слоев смолы за один проход. Скорость печати LCD- и DLP‑принтеров сопоставимы. При достаточно высокой производительносгладкость поверхности немного уступает SLA и DLP.
В то же время эта технология может похвастаться самой низкой стоимостью оборудования на рынке фотополимерной 3D‑печати, предлагая отличное соотношение цены и качества. Размеры изделия ограничены размерами экрана, что в основном подходит для изготовления небольших и средних изделий. LCD‑принтер подходит для задач, в которых приоритетом является экономическая эффективность с умеренными требованиями к качеству деталей (повседневные творческие проекты и функциональные прототипы начального уровня).
Polyjet/MJP: высокоточная печать несколькими материалами
Технология Polyjet (и ее аналоги MJP и MJM) используют струйные печатающие головки для последовательного распыления смолы слой за слоем с одновременным отверждением ультрафиолетовым светом.
Этот метод отличают исключительная детализация и гладкость поверхности на уровне SLA, а также возможность одновременной печати несколькими материалами. Скорость печати достаточно высокая, хотя при изготовлении сложных моделей может снижаться. Среди всех технологий печати фотополимерами Polyjet требует самых высоких затрат на оборудование и эксплуатацию.
Объем печати варьируется от небольшого до среднего, что в основном подходит для высокотехнологичных проектов, таких как визуальные прототипы продуктов, требующие безупречной отделки поверхности, и функциональные тестовые детали из нескольких материалов.
Смолы vs филаменты: преимущества и ограничения
Технологии 3D‑печати смолой и пластиковой нитью – доминирующие аддитивные методы. Основанные на совершенно разных принципах, они демонстрируют значительные различия в производительности и сферах применения. Давайте сравним их возможности.
Принцип действия
Стереолитография (SLA/DLP/LCD) основана на фотополимеризации, при которой жидкая светочувствительная смола послойно подвергается воздействию ультрафиолета, вызывая химическую реакцию отверждения и формируя трехмерные детали.
FDM, в свою очередь, предполагает послойное наплавление материала. Твердая пластиковая нить, или филамент (PLA, ABS, PETG и т. д.), подается в нагреваемое сопло. Филамент при нагревании плавится, а затем экструдируется слой за слоем через сопло по заранее определенной траектории. При охлаждении пластик затвердевает, принимая окончательную форму. Этот процесс напоминает выдавливание зубной пасты из тюбика.
Плюсы
Если говорить о преимуществах, фотополимерная 3D‑печать превосходит другие аддитивные технологии по детализации и качеству поверхности: она обеспечивает исключительную точность печати с высокой детализацией до 10‑50 мкм. Напечатанные детали имеют гладкую поверхность практически без видимых линий слоев, что обеспечивает профессиональный визуальный эффект без сложной постобработки.
Широкий выбор смол – гибкие, термостойкие, жесткие, прозрачные, литейные и т.д. – удовлетворяет разнообразные потребности, от создания художественных моделей до производства медицинских компонентов.
Главные преимущества FDM‑технологии – экономичность и практичность. Материалы для филаментов недороги, а 3D‑принтеры, как правило, более доступны по цене, чем фотополимерные. Процесс печати проще и не требует таких сложных манипуляций, как промывка или дополнительное отверждение моделей в УФ‑печи.
Кроме того, FDM‑принтеры поддерживают более крупные размеры камер построения, а напечатанные модели обладают большей прочностью и ударостойкостью. Таким образом, вы можете печатать функциональные компоненты, работающие под нагрузкой или рассчитанные на ежедневную эксплуатацию.
Минусы
Ограничения рассматриваемых технологий также представляют собой резкий контраст. К главным минусам 3D‑печати фотополимерами можно отнести эксплуатационные барьеры и стоимость. Неотвержденная смола токсична, при работе с принтером необходимы средства индивидуальной защиты (перчатки, маски) и вентилируемое помещение. Когда модель напечатана, ее необходимо промыть изопропиловым спиртом, а затем подвергнуть дополнительному УФ‑отверждению, что усложняет рабочий процесс.
Фотополимерные смолы дороже филаментов, а принтеры и оборудование для постобработки требуют значительных первоначальных инвестиций. Кроме того, емкость резервуара для смолы ограничивает размер изделия, и большинство устройств рассчитаны на изготовление моделей небольшого и среднего размера.
Основные недостатки FDM‑печати – низкая детализация и качество поверхности. За счет послойного нанесения расплавленной нити детали имеют заметные линии слоев и более низкую точность (обычно 100‑300 мкм). Сложные микроструктуры (например, замысловатые текстуры, тонкие стенки) трудно воспроизвести с высокой точностью. Специфика термопластов делает невозможным достижение таких эффектов, как прозрачность или высокая детализация. Печать крупных деталей также может привести к снижению прочности из‑за проблем с адгезией слоев.
Выбор за вами
С точки зрения сценариев применения, технологии 3D‑печати фотополимерами больше подходят для проектов, где ключевые требования – высокая точность и детализация, небольшие или средние размеры изделия и хорошие эстетические качества (стоматологические модели, прототипы ювелирных изделий, миниатюрные фигурки для настольных игр и прозрачные демонстрационные модели).
FDM станет лучшим выбором, когда важны функциональность изделий, низкая стоимость производства и печать крупногабаритных объектов (прототипы больших корпусов, контейнеры для хранения, детали для испытаний механических конструкций и недорогие образовательные модели).
Как видим, ни один из описанных методов не является по своей сути лучшим или худшим, всё зависит от требований конкретного проекта к точности деталей, размеру, функциональным потребностям и бюджету.
-
Выбирайте 3D‑печать фотополимерами (и в первую очередь – SLA‑технологию), если вам нужны прототипы или мастер-модели с максимальным качеством поверхности и детализацией
- FDM‑принтер подойдет, когда приоритетны функциональность, невысокая точность и экономическая эффективность
В статье использована информация с сайта 3dprotomat.com (прежнее название компании – ProtoFab)
