Stereolitografia ed elaborazione digitale della luce: tecnologie di stampa 3D a confronto

La tecnologia alla base della stampa 3D stereolitografica (SLA) basata su laser e a elaborazione digitale della luce (ingl. "digital light processing", DLP) segue principi molto simili, ma può produrre risultati decisamente diversi.

Comprendere le sfumature di ogni processo di stampa 3D aiuta a determinare ciò che un utente può aspettarsi dalle parti finali e come sfruttare al massimo in maniera efficace il potenziale di ogni tipo di macchina.

La parola "stereolitografia" deriva dalle parole greche "stereo", che significa solido, e "(foto)litografia", che è una forma di scrittura con la luce. Nella stampa 3D la stereolitografia fa proprio questo: disegnare solidi con la luce. La tecnologia SLA utilizza la luce per trasformare la resina liquida in un oggetto solido, uno strato alla volta.

Per definizione, sia la stereolitografia basata su laser, sia l'elaborazione digitale della luce sono entrambi tipi di stereolitografia, ma disegnare uno strato con i laser può essere completamente diverso dal proiettare i livelli come immagine piatta. Vediamo nel dettaglio che cosa vuol dire tutto ciò.

Stereolitografia basata su laser ed elaborazione digitale della luce

In linea con la terminologia del settore, di seguito ci riferiremo alla stereolitografia basata su laser semplicemente come "SLA". Sia nel caso della SLA che della DLP, una vasca di resina liquida fotoreattiva viene esposta selettivamente alla luce, in modo da formare strati solidi molto sottili sovrapposti fino a creare un unico oggetto solido.

A graphic showing the process for SLA and DLP 3D printers. In SLA, parts are built through selective exposure of liquid resin to light by a laser, in dlp by a projector. Layers are accumulated through these processes to build a solid object.

Le stampanti 3D SLA utilizzano due motori, noti come galvanometri o galvos, (uno sull'asse X e uno sull'asse Y) per puntare rapidamente un raggio laser attraverso l'area di stampa, solidificando la resina durante il suo passaggio. Questo processo suddivide il design, strato per strato, in una serie di punti e linee che vengono dati ai galvos come un insieme di coordinate.

Le stampanti 3D DLP utilizzano uno schermo di proiezione digitale per far lampeggiare una singola immagine di ogni strato su tutta la piattaforma in una sola volta. Poiché il proiettore è uno schermo digitale, l'immagine di ogni strato è composta da pixel quadrati. Questo comporta la creazione di uno strato formato da piccoli mattoni rettangolari chiamati voxel.

A graphic showing the minimum laser spot size and rounded lines drawn by laser-based SLA, and the minimum pixel size and layers of reactangular voxels projected by DLP.

Il fatto che le unità di base dei due processi siano forme differenti rende difficile il confronto tra le diverse macchine solo in base ai dati numerici delle caratteristiche tecniche.

Scopri cosa significano realmente le specifiche della stampante 3D e ricevi alcuni consigli su come valutare in maniera efficace quale stampante 3D è quella giusta per te.

Dimensioni di stampa e velocità nella SLA e la DLP

La stampa DLP consente di ottenere tempi di stampa più rapidi per alcune parti, dato che ogni strato viene esposto tutto in una sola volta, anziché essere tracciato con un laser.

Sono due i casi in cui si possono ottenere questi tempi di stampa rapidi. Per stampe di grandi dimensioni, completamente dense, in cui la stampa riempirà gran parte della piattaforma, ogni strato è esposto alla fonte luminosa più velocemente rispetto a quanto non lo sarebbe se venisse tracciato da un laser. Per stampe molto piccole con numerosi dettagli, è possibile sostituire le lenti del proiettore a seconda dell'area del volume di stampa e, di conseguenza, utilizzare una quantità di luce minore per realizzare più rapidamente piccoli strati.

Anche se più veloce, la stampa a pieno volume con le stampanti 3D DLP costringe a scendere a compromessi in termini di risoluzione e finitura superficiale, sia che si tratti di parti di grandi dimensioni, sia di gruppi di diverse parti più piccole con numerosi dettagli.

Le stampanti 3D DLP non sono in grado di stampare parti ad alta risoluzione in grado di riempire gran parte del volume di stampa. Ad esempio, una stampante DLP può stampare bene un anello dettagliato, oltre che più rapidamente di una stampante SLA. Tuttavia, la stampa di molti anelli dettagliati in una sola volta richiederebbe una stampante 3D SLA, perché questa offre un'alta risoluzione uniforme sull'intero volume di stampa.
Le stampanti 3D DLP non sono in grado di stampare parti ad alta risoluzione in grado di riempire gran parte del volume di stampa. Ad esempio, una stampante DLP può stampare bene un anello dettagliato, oltre che più rapidamente di una stampante SLA. Tuttavia, la stampa di molti anelli dettagliati in una sola volta richiederebbe una stampante 3D SLA, perché questa offre un'alta risoluzione uniforme sull'intero volume di stampa.

Scopri di più sulla differenza tra risoluzione e dimensioni minime dei dettagli, e sui concetti di risoluzione X-Y e urisoluzione Z.

La risoluzione delle stampanti 3D DLP dipende dal proiettore, che definisce quanti pixel/voxel sono disponibili. Ad esempio, full HD vuol dire 1080p.

Per ottenere una determinata risoluzione X-Y, il proiettore in una stampante 3D DLP deve essere messo a fuoco in una dimensione dell'immagine. Se si vogliono ottenere pixel piccoli, si limita l'area di stampa complessiva restringendo l'intera immagine. Ossia, una stampa dettagliata su una stampante DLP deve utilizzare solo una frazione dell'area di stampa complessiva, e i modelli di grandi dimensioni possono essere stampati solo con una risoluzione grezza.

Le stampanti 3D DLP sono limitate dalle dimensioni dei pixel. Una stampante con un ampio volume di stampa ha una quantità fissa di pixel di grandi dimensioni, rendendo quindi impossibile la realizzazione di piccoli dettagli a pieno volume di stampa.

Il volume di stampa di una stampante 3D SLA laser è completamente indipendente dalla risoluzione della stampa. Una singola stampa può essere di qualsiasi dimensione e risoluzione in un punto qualunque all'interno dell'area di stampa.

Finitura superficiale: voxel e linee degli strati

Dato che nella stampa 3D gli oggetti sono costituiti da strati, spesso sulle parti sono visibili delle linee orizzontali. Tuttavia, poiché l'elaborazione digitale della luce stampa le immagini utilizzando voxel rettangolari, le parti DLP possono presentare delle linee verticali.

Puoi notare queste linee nella foto di seguito. Presta attenzione alle linee verticali sulla superficie delle stampe 3D DLP.

Le stampanti 3D DLP creano le parti utilizzando voxel rettangolari, quindi queste possono presentare delle linee verticali. In questa immagine, a sinistra puoi vedere le linee voxel verticali come appaiono naturalmente, mentre a destra sono state delineate, così da poterle identificarle più facilmente.
Le stampanti 3D DLP creano le parti utilizzando voxel rettangolari, quindi queste possono presentare delle linee verticali. In questa immagine, a sinistra puoi vedere le linee voxel verticali come appaiono naturalmente, mentre a destra sono state delineate, così da poterle identificarle più facilmente.

Dato che l'unità è rettangolare, i voxel hanno un effetto anche sui bordi curvi. Immagina di costruire una forma rotonda in mattoncini Lego: i bordi appariranno a gradino sia sull'asse Z, sia sul piano X-Y.

La forma rettangolare dei voxel fa assomigliare i bordi curvi a dei gradini.
La forma rettangolare dei voxel fa assomigliare i bordi curvi a dei gradini.

Per rimuovere le linee voxel e le linee degli strati bisogna eseguire operazioni di post-elaborazione, come la levigazione.

Una volta chiarite le differenze tra tecnologie e quali risultati si possono ottenere, è molto più facile scegliere la soluzione di stampa 3D che meglio si adatta al tuo flusso di lavoro e alle tue esigenze. È assolutamente importante capire quale sia la finitura superficiale richiesta per le stampe finali, nonché le dimensioni e la complessità delle parti. Ecco alcune linee guida generali per individuare quali tipi di parti sono più adatte per l'elaborazione digitale della luce (DLP) e la stereolitografia (SLA):

Le stampanti 3D DLP sono ideali per: Le stampanti 3D SLA sono ideali per:
Piccole parti uniche molto complesse Stampa di più parti piccole e complesse contemporaneamente
Stampa rapida di pezzi di grandi dimensioni con pochi dettagli Grandi stampe dettagliate

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