شما کدام نوع از پرینترهای سه بعدی را ترجیح میدهید؟ چاپگرهای سه بعدی 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 نداده و خواندن را ادامه دهید! در صورتیکه قصد خرید یا مشاهده قیمت تمام پرینترهای سه بعدی را دارید، به صفحه خرید پرینتر سه بعدی مراجعه کنید.
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. 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.
در طول فرآیند چاپ، رشته فیلامنت به درون بخشی بنام اکسترودر مکیده میشود، در آنجا حرارت دیده و ذوب شده و با کنترل نرم‌افزاری 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 تا 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 نمونه‌سازی، پرینتر FDM باشد. جهت مشاهده قیمت این نوع پرینترها به صفحه خرید پرینتر سه بعدی FDM مراجعه کنید.
فناوری SLA:
مخفف عبارت additive StereoLithoGraphy یا (Stereo lithography Aparatus (SLA (دستگاه استریولیتوگرافی) و اولین روش ساخت لایه افزایشی پرکاربرد تجاری جهان است، بنابراین طولانیترین قدمت را بین تکنیکهای 3D Printing داراست. (سال ۱۹۸۵ میلادی و به ابتکار مخترع ایالات متحده آمریکا چاک هال). در این متد از متریال مایعی بنام رزین استفاده میشود که فوتوپلیمری حساس به نور است (فرآیند پلیمریزاسیون).
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.
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.
نکته: نوعی فناوری رزینی که در مرحله نهایی تجاری سازی قرار دارد بنام CLIP 3D Printing توسعه یافته است که با سرعت و دقت بسیار بالا قادر به ساخت قطعات خواهد بود.
مقاله مرتبط: 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.
فیلم چاپگر سه بعدی FDM یا متریال فیلامنت
فیلم کارکرد چاپگر سه بعدی رزینی
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 یا PETG و دیگر انواع رشته ترموپلاستیک است. خود این فیلامنتها 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.
پرینترهای سه بعدی FDM عمدتا قطر رشته فیلامنت 1.75 میلیمتر را مصرف می کنند چاپگرهایی با متریال قطر 2.85 یا 3 میل هم هستند. (منظور قطر رشته پیچیده شده در هر رول یک کیلوگرمی متریال). 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 کمی محدودتر است. متریال مایع رزین نسبتا با تنوع کمتری (در مقایسه با بافت ظاهری گسترده فیلامنت) و در رنگ بندی محدودتر 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 رزین سیاه، سفید، طوسی، شفاف و انواع خاص دیگری برای خرید وجود دارد. البته مشتریان SLA از نظر تامین رزین به استاندارد تابنده دستگاه محدود 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 …).
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.
بطور خلاصه حداکثر رزولوشن 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.
نکته: در وبسایتهای فروش چاپگر fdm دقت (رزولوشن) بخاطر تبلیغات با اعدادی مثل 20 میکرون نیز قید میشود که بی معنی است. استاندارد و ذات تکنیک FDM بیش از 50 میکرون نخواهد بود.
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 تولیدی 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 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
هر دو روش FDM و SLA چنانچه مدل دارای قسمتهای آویزان (overhangs) باشد، ساپورت گذاری میشوند (با بافت ستونی یا درختی) که پس از تکمیل مدل با دست یا انبرک قابل جداشدن است. افراد حرفه ای از کاغذ سمباده نیز برای تمیزتر شدن استفاده میکنند.
قطعه پرینت سه بعدی لیزری در رزین چسبناک غوطه ور میشوند، پس معمولا باید در حمام ایزوپروپیل الکل قرار گیرند و این امر نیاز به استفاده از دستکش دارد.
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 500.000 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 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 چاپگر sla، دوام سینک رزین و بستر ساخت میباشد.
مطلب مرتبط: انواع پلتفرم چاپگرهای سه بعدی متریال ترموپلاستیک
پرینتر سه بعدی لیزری یا چاپگر متریال فیلامنت، کدام را بخریم؟!
مخلص کلام: اگر به دقت بسیار بالای چاپ نیاز دارید و مسئله هزینه مطرح نیست و کارهایتان ظریف و کوچکند، فناوری SLA برای شما مناسب است اما اگر ارجحیت اصلی شما میزان مخارج چاپ قطعات متوسط تا بزرگ است باید به فکر چاپگر سه بعدی FDM باشید.
- چاپگر سه بعدی FDM:
چه زمانی از چاپگر سه بعدی FDM استفاده کنیم؟
- برای نمونه سازی سریع قطعات سری کم تعداد که در مقایسه با روش سنتی قالبسازی خرج و زمان بالایی میطلبد.
- وقتی دوام و مقاومت مدل ساخته شده برای شما مهم است.
- برای چاپ سه بعدی مدل های کوچک تا بزرگ با هزینه کم
- برای ارزیابی قطعات قبل از تولید انبوه
- وقتی به سطح کاملا صیقلی و جزییات بسیار بالا در طرح نیاز ندارید.
- هنگامی که ابعاد خیلی کوچک مطرح نیست.
- وقتی سایز چاپ بزرگ است مثلا نمونه سازی ماکت معماری
- چاپگر سه بعدی SLA:
چه زمانی از پرینترهای سه بعدی نوری (DLP یا SLA) استفاده کنیم؟
- وقتی کارتان حوزه پزشکی یا دندانسازی یا جواهرسازی است.
- دستگاه SLA مختص اپراتورهای ماهر است و وسیله ای برای تفریح نیست.
- وقتی طرحی بسیار پیچیده و کوچک داریم که دقت و رزولوشن کاملا دقیق، امری حیاتی است.
- هنگامی که به استحکام معمول مدل سه بعدی ساخته شده نیازی نداریم (اگرچه مواد رزینی جدید کاملا مقاوم هم عرضه شده اند).
- وقتی که نیاز به ساخت قالبهای دقیق مشاغل خاص همچون طلاسازی، ایمپلمنت دندانی و قطعات دقیق قالبسازی داریم.
- وقتی زمان ساخت برای ما مهم است.
- وقتی دغدغه مالی مطرح نیست (خرید متریال و تعمیرات دوره ای SLA هزینه بسیار زیادی روی دست شما میگذارد).
- هنگامی که با ابعاد بزرگ سر و کار نداریم.
حالا با دانستن این مطالب، امکان انتخاب آگاهانه و کاربردی بین این دو فناوری کارساز خواهید داشت. هر دو شیوه در استاندارد خود بی همتا هستند؛ پس بسته به نیاز شماست که برایتان مفیدتر هستند. اکنون میتوانید راحت تصمیم بگیرید.
