تفاوت پرینتر سه بعدی SLA و FDM

شما کدام نوع از پرینترهای سه بعدی را ترجیح میدهید؟ چاپگرهای سه بعدی با متریال فیلامنت (FDM) یا پرینتر سه بعدی لیزری (SLA)؟ اکنون این دو فناوری محبوب را مورد مقایسه قرار میدهیم و مزایا و معایب و کاربرد هر کدام شرح داده میشود. پس این مقاله را از دست ندهید و خواندن را ادامه دهید!

شرح دو تکنیک چاپ سه بعدی SLA و FDM

فناوری FDM

مختصر شده عبارت Fused Deposition Modeling یا نمونه سازی لایه گذاری ذوب شونده است. برخی رفرنسها از آن با عنوان FFF به معنی Fused Filament Fabrication که همان مفهوم ذوب رشته های فیلامنت (ماده مصرفی پرینتر) برای ساخت سه بعدی شی است.

روش FDM یکی از فناوریهای چاپ سه بعدی یا additive manufacturing (ساخت لایه افزایشی) است که در پرینتر های سه بعدی صنعتی به کار می رود. جنس فیلامنت نیز از انواع ترموپلاستیک که مانند رشته های نخ به دور یک قرقره (رول) پیچیده میشوند. هر رول فیلامنت معمولا یک کیلوگرم وزن دارد و قطر رشته فیلامنت نیز ۱٫۷۵ یا ۳ میلیمتر و به ندرت ۲ میلیمتر میباشد.

پرینتر سه بعدی چیست؟

در طول فرآیند چاپ، رشته فیلامنت به درون بخشی بنام اکسترودر مکیده میشود، در آنجا حرارت دیده و ذوب شده و با کنترل نرم افزاری از نازل هد پرینتر سه بعدی خارج شده و با دقت میکرون یک لایه را روی بستر چاپ تشکیل میدهد (به تدریج سرد و جامد نیز میگردد). بدین ترتیب با هر لایه گذاری (لایه جدید روی لایه قبلی قرار میگیرد) بخشی از شی سه بعدی تکمیل شده تا در آخر کل مدل ساخته شود.

در تکنولوژی پرینترهای سه بعدی FDM ، طیف وسیعی از انتخاب وجود دارد: از چاپگرهای سه بعدی رومیزی ارزان قیمت یا گرانتر با کیفیت تا پرینترهای سه بعدی صنعتی سایز بزرگ. ماده مصرفی یا همان فیلامنت نیز قیمت چندانی ندارد. این ویژگیها باعث شده است که انتخاب اول تمامی سازندگان خانگی و طراحان صنعتی برای نمونه سازی، پرینتر FDM باشد.

فناوری SLA

مخفف عبارت additive StereoLithoGraphy (استریولیتوگرافی) و یکی دیگر از روشهای ساخت لایه افزایشی است. (تجاری سازی از سال ۱۹۸۵ میلادی و به ابتکار چاک هال). در این متد از متریال مایعی بنام رزین استفاده میشود که فوتوپلیمری حساس به نور است.

این ماده در برابر تابش منبع نوری یا لیزر ماوراء بنفش شروع به سخت شدن میکند (این فرآیند جامد شدن اصطلاحا Curing نام دارد). پرینترهای سه بعدی SLA مدل را در ظرفی غوطه ور از رزین از بالا به پایین میسازند و البته در این پلتفرم مدل به صورت برعکس در ظرف ساخته میشود و به تدریج از سینک خارج میشود.

پرینتر sla

اگر در این فرآیند ساخت از پرتو لیزر استفاده شود آنرا SLA و در غیر این صورت با تابش انواع دیگر پرتو نوری به آن DLP یا Digital Light Projector می گویند. ضعیفترین و ارزانترین دقت چاپ رزینی در فناوری LCD است که تابش بر پایه نمایشگر کریستال مایع میباشد. تفاوت دیگر در نحوه تکمیل شدن فرآیند ساخت است: در DLP‌ پرتو تابش شده یکباره برشی کاملی از لایه را میسازد (در حالی که در SLA لایه ها متناوب (همانند روش FDM اما بسیار سریعتر) ساخته میشوند.

مقایسه فناوری فتوپولیمر DLP و LCD

پس متوجه شده اید که شیوه SLA به خاطر سطح تابش لیزر، کندتر از DLP است. به علاوه، پرژکتور استفاده شده در روش DLP قابل اعتمادتر و نگهداری ساده تری نسبت به تابنده خاص ماوراء‌ بنفش لیزری SLA دارد. در واقع تابنده نوری پرینتر سه بعدی DLP تفاوت چندانی با پرژکتورهای سینمایی خانگی و صنعتی ندارد.

مقایسه دو فناوری پرینتر سه بعدی SLA و FDM

متریال و رنگ بندی

ماده مصرفی چاپگرهای سه بعدی FDM همانطور که قبلا گفتیم، فیلامنت PLA یا ABS است که از جنس ترموپلاستیک میباشد. خود این فیلامنت ها در انواعی مثل طرح فلز، طرح چوب، شفاف، درخشنده و غیره در بازار وجود دارد که تنها ظاهر متفاوتی به شی میدهند و ترکیب اصلی همان پلاستیک است. رنگبندی فیلامنت ها و جنس ظاهری آنها کاملا متنوع است.

اغلب پرینترهای سه بعدی FDM‌ دو اندازه استاندارد فیلامنت را مصرف میکنند: قطر ۱٫۷۵ یا ۳ میلیمتر. (منظور قطر رشته در هر رول یک کیلوگرمی). البته برخی از برندهای سازنده چاپگر سه بعدی، فیلامنت اختصاصی با قطر متفاوت مثلا ۲mm نیز تولید میکنند که مقبولیت کمتری دارند. در کشورمان ایران نیز معمولترین استاندارد قطر ۱٫۷۵ است که با انواع مدلهای موجود در بازار کشور سازگار بوده و قیمت کمتری نیز نسبت به ۳ میلیمتر دارد.

میرسیم به دارندگان چاپگر سه بعدی SLA یا DLP. در این متد، انتخابها محدودتر است. متریال رزین بدون تنوع خاصی (در مقایسه با بافت ظاهری گسترده فیلامنت) و در رنگ بندی محدودی در دسترس است.

باید دقت کنید که معمولا هر برند سازنده چاپگرهای سه بعدی لیزری، متریال رزین خاص خود را نیز عرضه میکند که رنگبندی محدودی دارد، برای مثال برند FormLab تنها رزین سیاه، سفید،‌ طوسی و شفاف را عرضه میکند. پس مشتریان از نظر تامین رزین به سازنده دستگاه متکی هستند. در ایران با توجه به محدودیت مدلهای چاپگر لیزری، متریالهای محدود مناسب آن وجود دارد.

دقت و کیفیت ساخت FDM و SLA

در پرینترهای سه بعدی متریال فیلامنت (FDM)، رزولوشن بستگی مستقیمی با فاکتور سایز نازل و دقت حرکت اکسترودر در محورهای X و Y دارد. البته دقت و نرمی مدل ساخته شده وابسته به عوامل دیگری نیز هست: مثلا میزان کشش بافت لایه ها در روش FDM نسبت به SLA کمتر است یا میزان ازدیاد وزن لایه های بالایی نسبت به سطوح پایینتر که خطاهایی مثل ترک خوردگی، نامتوازن شدن لایه ها، جداشدن لایه ها، لایه اول خراب و غیره را ایجاد میکند. (warping, misalignment of layers, shifting of layers, shrinking …).

فیلامنت درخشان در تاریکی پرینترهای سه بعدی FDM

این توضیح به معنی عیب فناوری FDM نیست بلکه تنها شرایط ساخت را واضح میکند. تنظیمات چاپ سخت نیست و براحتی فرآیند چاپ تکمیل میشود. در صورت بروز مشکل نیز راهنما و شرایط عیب یابی و برطرف کردن مشکل در اغلب موارد آسان است و با جستجو در اینترنت رفرنسهای فراوانی یافت میشود.

به طور خلاصه حداکثر روزولوشن پرینتر FDM به میزان 50 میکرون است (با دقت ۱۰۰ میکرون نیز کیفیت قابل قبول است). دقت کنید که با افزایش دقت چاپ، میزان مصرف مواد و زمان ساخت افزایش می یابد.

چاپگرهای سه بعدی SLA در مقایسه با FDM مسلما رزولوشن و دقت بسیار بالاتری دارند. دلیلش چیست: دقت رزولوشن با توجه به سایز منبع نور یا لیزر روی جسم تعیین میشود که اندازه بسیار کوچکی دارد و باعث افزایش کیفیت ساخت میشود. و البته که تابش نور دقیقتر از حرکت مکانیکی نازل FDM است.

علاوه بر آن در هنگام چاپ فشار کمتری به مدل وارد میشود. بنابراین سطح کار نیز کاملا صیقلی خواهد بود. پرینترهای سه بعدی SLA جزییات بسیار ریزی را که FDM قادر به تکمیل آن نیست براحتی میسازند. حقیقت این است که دلیل اصلی استفاده از چاپگر SLA دقت بسیار بالای آن برای اهداف خاص مدلسازی (مثلا طراحی جواهرات) است.

نکته مهم دیگر ابعاد تولید این دو فناوری است در حالی که در FDM محدودیت در ابعاد بسیار کوچک داریم و بزرگی اندازه طرح مطرح نیست این قضیه در SLA برعکس میشود: ابعاد پرینت به چند سانتیمتر محدود است. در واقع فناوری SLA یا DLP یا LCD برای قطعات پیچیده و پرجزییات با اندازه کوچک کاربرد دارد (مثلا طراحی مدل جواهر).

چسبندگی و شرایط خارج سازی نمونه تکمیل شده از پلتفرم ساخت

در ساخت لایه افزایشی به شیوه FDM جداسازی نمونه از بستر چاپ و آماده سازی دوباره آن ساده و سریع صورت میگیرد (با یک کاردک کف لایه نگهدارنده جسم به بستر یا همان raft را جدا کنید). بستر چاپ نیز به راحتی شسته یا با کاردک تمیز میگردد و آماده پرینت سه بعدی است.

در چاپ به روش SLA کار برداشتن مدل معمولا راحت است. گرچه ممکن است مقداری رزین خشک شده به دیواره و کف بستر چسبیده باشد و جدا کردن آنها زمان بیشتری ببرد.

فرآیندهای مورد نیاز پس از چاپ SLA و FDM

در روش FDM چنانچه مدل دارای قسمتهای آویزان (overhangs) باشد، ساپورت گذاری میشوند که پس از تکمیل مدل به راحتی با دست یا انبرک قابل جداشدن است. افراد حرفه ای از کاغذ سمباده نیز برای تمیزتر شدن استفاده میکنند.

در پرینترهای سه بعدی لیزری مثلا برند FormLab در رزین چسبناک غوطه ور میشوند، پس باید در حمام ایزوپروپیل الکل قرار گیرند و این امر نیاز به استفاده از دستکش است. با توجه به مدل در این شیوه هم ساپورت گذاری ممکن است لازم شود. جداسازی ساپورتها همانند FDM آسان است.

هزینه پرینت سه بعدی FDM و SLA

در چاپگر سه بعدی FDM تنها ماده مصرفی که برای آن باید متناوب هزینه شود، فیلامنت است که در قسمتهای قبل گفتیم قیمت چندان بالایی ندارد. فرضا در ایران با توجه به تاریخ این مقاله، قیمت مرسوم یک رول استاندارد و باکیفیت فیلامنت ۱٫۷۵ میلیمتر در میانگین ۸۵۰۰۰ تومان است. یک رول به وزن یک کیلوگرم بوده و در مدلسازی نرمال، می توان ساعتها با آن پرینت گرفت.

در پرینترهای سه بعدی لیزری، قضیه کمی پیچیده تر میشود، با توجه به کیفیت بسیار بالای ساخت، علاوه بر رزین گرانقیمت آن (در ایران میانگین قیمت دو میلیونی برای هر لیتر)، معمولا نیاز دارید تا پس از هر چند لیتر استفاده از رزین، سینک نیز تعویض گردد (ممکن است پس از مدتی سطح آن کثیف،‌ خش دار و سوخته شود و تابش نور به خوبی صورت نگیرد). قیمت هر تانک پرینتر سه بعدی لیزری بالاست.

قطعه دیگری که تعویض متناوب آن لازم است، بستر ساخت است که در سینک رزین قرار میگیرد. چون با کاردک جسم از آن جدا میشود، پس از مدتی سطح خدشه دار میشود که دقت چاپ را پایین می آورد. این بخش هم قیمت بالایی دارد. پس یکی از فاکتورهای مهم هنگام خرید پرینتر سه بعدی، دوام سینک رزین و بستر ساخت آن میباشد.