Sul mercato esistono svariati processi di stampa 3D. Familiarizzare con le differenze di ciascuno ti consente di avere chiare aspettative riguardo al prodotto finale, così da poter decidere quale tecnologia è più adatta per la tua particolare applicazione.
La stereolitografia (SLA) e l'elaborazione digitale della luce (DLP) sono due dei processi più comuni per la stampa 3D basata su resina. Le stampanti 3D SLA sono molto diffuse per la realizzazione di parti e prototipi ad alta precisione, isotropici e impermeabili in una vasta gamma di materiali speciali con dettagli raffinati e una finitura superficiale liscia.
Se un tempo queste tecnologie erano complesse e costose, oggi le stampanti 3D SLA e DLP desktop di piccolo formato consentono di produrre parti di qualità industriale a un prezzo accessibile e con una versatilità ineguagliabile, grazie a una vasta gamma di materiali.
In entrambi i processi la resina liquida viene esposta in maniera selettiva a una sorgente luminosa (un laser nella stereofotografia e un proiettore nell'elaborazione digitale della luce), in modo da formare strati solidi molto sottili sovrapposti fino a creare un unico oggetto solido. Anche se in teoria le due tecnologie sono molto simili, possono produrre risultati decisamente diversi.
In questa guida approfondita, esamineremo i dettagli di ciascuna tecnologia e le metteremo a confronto in termini di risoluzione, precisione, volume di stampa, velocità, flusso di lavoro e molto altro.
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Come funzionano le stampanti 3D SLA?
Le stampanti 3D SLA desktop contengono un serbatoio resina con base trasparente e superficie antiaderente, che funge da substrato per la polimerizzazione della resina liquida, consentendo il delicato distacco degli strati appena formati.
Il processo di stampa inizia quando la piattaforma di stampa viene immersa in un serbatoio resina, lasciando uno spazio di altezza pari allo spessore dello strato tra la piattaforma di stampa, o l'ultimo strato completato, e il fondo del serbatoio. Un laser viene puntato in direzione di due galvanometri a specchio, che dirigono la luce verso le coordinate corrette su una serie di specchi, concentrando la luce verso l'alto attraverso il fondo del serbatoio e polimerizzando uno strato di resina.
Lo strato polimerizzato viene poi separato dal fondo del serbatoio e la piattaforma di stampa si sposta verso l'alto per lasciar scorrere al di sotto della resina fresca. Il processo si ripete fino al completamento della stampa.
La tecnologia Low Force Stereolithography (LFS), utilizzata dalla Form 3+ e dalla Form 3L, è la fase successiva della stampa 3D SLA.
Nelle stampanti 3D LFS i componenti ottici sono racchiusi all'interno di una Light Processing Unit (LPU). All'interno dell'LPU, un galvanometro posiziona il fascio laser ad alta densità sull'asse Y, lo fa passare attraverso un filtro spaziale e successivamente lo dirige verso uno specchio pieghevole e uno specchio parabolico per fornire costantemente un fascio perpendicolare al piano di stampa e assicurare stampe accurate e ripetibili.
Mentre l'LPU si muove lungo l'asse X, la parte stampata viene delicatamente staccata dal fondo flessibile del serbatoio, riducendo drasticamente le forze esercitate sulle parti durante il processo di stampa.
La stampa 3D LFS riduce drasticamente le forze esercitate sulle parti durante il processo di stampa, servendosi di un serbatoio flessibile e d'illuminazione lineare per ottenere una precisione delle parti e una qualità di superficie incredibili.
Questa forma avanzata di stereolitografia offre una qualità superficiale e un'accuratezza di stampa notevolmente migliorate. Forze di stampa ridotte consentono anche l'uso di strutture di supporto leggerissime e facili da rimuovere; questo processo apre inoltre le porte a una vasta gamma di possibilità per uno sviluppo futuro di materiali avanzati, pronti per il processo di fabbricazione.
Stampa 3D desktop stereolitografica
In questo whitepaper scoprirai come funzionano le tecnologie SLA, perché migliaia di professionisti usano oggi questo processo e cosa hai bisogno di sapere per esplorare come la stampa 3D SLA può essere utile per il tuo lavoro.
Come funzionano le stampanti 3D DLP?
Proprio come le loro controparti SLA, le stampanti 3D DLP desktop sono costruite attorno a un serbatoio resina con fondo trasparente e una piattaforma di stampa che viene immersa nel serbatoio resina per creare parti capovolte, strato dopo strato.
La differenza consiste nella fonte di luce. Le stampanti 3D DLP utilizzano uno schermo di proiezione digitale per far lampeggiare l'immagine di ogni strato su tutta la piattaforma in una sola volta, polimerizzando tutti i punti allo stesso tempo.
La luce viene riflessa su un Digital Micromirror Device (DMD), una maschera dinamica costituita da specchi di dimensioni microscopiche disposti in una matrice su un chip semiconduttore. Le coordinate in cui la resina liquida viene polimerizzata all'interno dello strato vengono stabilite dalla rapida commutazione di questi minuscoli specchi tra le lenti che dirigono la luce verso il fondo del serbatoio o un dissipatore di calore.
Poiché il proiettore è uno schermo digitale, l'immagine di ogni strato è composta da pixel quadrati. Questo comporta la creazione di uno strato tridimensionale formato da piccoli cubetti rettangolari chiamati voxel.
Stereolitografia ed elaborazione digitale della luce: comparazione diretta
Risoluzione
La risoluzione è un valore che compare molto più spesso di qualsiasi altro dato nelle specifiche delle stampanti 3D, ma è anche una delle maggiori cause di confusione. Le unità di base dei processi SLA e DLP sono forme differenti, quindi è difficile fare un confronto tra le diverse macchine solo in base ai dati numerici delle caratteristiche tecniche.
Nella stampa 3D ci sono tre dimensioni da considerare: le due dimensioni planari 2D (X e Y) e la dimensione verticale Z, che rende la stampa 3D.
La risoluzione Z viene definita dagli spessori degli strati che una stampante 3D è in grado di produrre. Stereolitografia ed elaborazione digitale della luce offrono entrambe alcune delle migliori risoluzioni Z (strati più sottili) di tutti i processi di stampa 3D, e gli utenti di solito possono scegliere tra una gamma di opzioni di altezza dello strato che vanno dai 25 ai 300 micron, consentendo quindi ai progettisti di trovare il giusto equilibrio tra precisione dei dettagli e velocità.
Nella stampa 3D DLP la risoluzione XY è definita dalla dimensione del pixel, il particolare più piccolo che il proiettore può riprodurre in un singolo strato. Questo dipende dalla risoluzione del proiettore, la più comune è full HD (1080p), e dalla sua distanza dalla finestra ottica. Di conseguenza, la maggior parte delle stampanti 3D DLP desktop hanno una risoluzione XY fissa, generalmente compresa tra 35 e 100 micron.
Per le stampanti 3D SLA, la risoluzione XY è una combinazione delle dimensioni del punto laser e degli incrementi con cui il fascio laser può essere controllato. Ad esempio, la stampante 3D LFS Form 3 è dotata di un laser con un punto da 85 micron, ma grazie al costante processo di scansione lineare, il laser può muoversi con incrementi più piccoli e la stampante può realizzare parti con una risoluzione XY di 25 micron.
Tuttavia, la risoluzione di per sé è spesso solo uno specchietto per le allodole. Offre qualche indicazione, ma non è necessariamente correlata direttamente con l'accuratezza, la precisione e la qualità di stampa.
Scopri di più sulla risoluzione nella stampa 3D nella nostra guida approfondita.
Accuratezza e precisione
Dato che la stampa 3D è un processo additivo, a ogni strato c'è la possibilità di introdurre un'imprecisione, e il processo di formazione degli strati incide sul livello di precisione, definito come ripetibilità dell'accuratezza di ciascuno strato. Accuratezza e precisione dipendono da svariati fattori diversi: processo di stampa 3D, materiali, impostazioni software, post-elaborazione e molto altro.
In generale, sia le stampanti 3D SLA che quelle DLP basate su resina sono tra i processi di stampa 3D più accurati e precisi. Le differenze nell'accuratezza e nella precisione sono spesso spiegate meglio dalle differenze tra le macchine dei vari produttori piuttosto che dalle differenze tra le tecnologie stesse.
Ad esempio, le stampanti SLA o DLP di base potrebbero utilizzare proiettori, laser o galvanometri di serie e i produttori cercheranno di ottenere le migliori prestazioni possibili da queste parti. Le stampanti 3D SLA e DLP professionali, come la Form 3+ di Formlabs, dispongono di un sistema ottico personalizzato adattato alle specifiche richieste dalle applicazioni professionali dei clienti.
Accuratezza e precisione sono fondamentali per parti come bite dentali (a sinistra) e dime chirurgiche (a destra).
Anche la calibrazione è cruciale. I produttori di proiettori DLP devono risolvere il problema della distribuzione della luce non uniforme sul piano di stampa e la distorsione ottica delle lenti, ossia il fatto che i pixel al centro non hanno le stesse dimensioni o la stessa forma dei pixel sui bordi. Le stampanti 3D SLA utilizzano la stessa sorgente luminosa per ogni parte della stampa, quindi questa è uniforme per definizione, ma richiedono comunque una profonda calibrazione per tenere conto delle distorsioni.
Anche una stampante 3D con componenti e un grado di calibrazione di altissima qualità può produrre risultati molto diversi a seconda del materiale. Resine differente richiedono impostazioni dei materiali ottimizzate per ottenere i risultati previsti, ma queste potrebbero non essere disponibili per materiali standard o resine che non vengono testate accuratamente con uno specifico modello di stampante 3D.
Il punto? Accuratezza e precisione sono quasi impossibili da comprendere solo dalle specifiche tecniche. In definitiva, il modo migliore per valutare una stampante 3D è quello di ispezionare parti reali o chiedere al produttore di creare una stampa di prova di uno dei tuoi design.
Volume di stampa
Nelle stampanti 3D DLP c'è un rapporto diretto tra risoluzione e volume di stampa. La risoluzione dipende dal proiettore, che definisce il numero di pixel/voxel disponibili. Se si avvicina il proiettore alla finestra ottica, i pixel diventano più piccoli e si aumenta quindi la risoluzione, ma si limita l'area di stampa disponibile.
Alcuni produttori affiancano più proiettori o utilizzano un proiettore 4K ad alta definizione per aumentare il volume di stampa, ma questo comporta costi decisamente più elevati, che spesso rendono questi dispositivi inaccessibili per il mercato desktop.
Di conseguenza, le stampanti 3D DLP vengono generalmente ottimizzate per casi d'uso specifici. Alcune dispongono di un volume di stampa ridotto e offrono una risoluzione elevata per la produzione di parti piccole e dettagliate come i gioielli, mentre altre possono produrre parti di dimensioni maggiori ma con una risoluzione inferiore.
I sistemi SLA possono essere adattati molto più facilmente, dato che 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. In questo modo è possibile stampare in 3D parti di grandi dimensioni ad alta risoluzione o un lotto composto da numerose parti piccole e dettagliate per aumentare il rendimento con la stessa macchina.
L'altra barriera principale per aumentare il volume di stampa delle stampanti 3D SLA e DLP è la forza di distacco. Se si stampano parti di grandi dimensioni, le forze esercitate sui modelli aumentano in modo esponenziale quando uno strato polimerizzato si separa dal serbatoio.
Nella stampa 3D LFS, il film di rivestimento flessibile alla base del serbatoio resina si stacca delicatamente quando la piattaforma di stampa tira la parte verso l'alto, riducendo in maniera significativa la sollecitazione sulla parte. Questa caratteristica unica nel suo genere ha permesso di aumentare notevolmente il volume di stampa della prima stampante 3D SLA accessibile di grande formato: la Form 3L.
La Form 3L è la prima stampante 3D SLA accessibile di grande formato, con un volume di stampa di 30 cm x 33,5 cm x 20 cm.
L'ecosistema completo per la stampa 3D SLA di grande formato
Illustrazione della procedura completa di una stampa 3D nell’ecosistema della Form 3L / Form 3BL per produrre parti di grandi dimensioni pronte all’uso finale.
Presentazione dell’ecosistema completo della Form 3L e Form 3BL, dall’impostazione della stampa alle fasi di post-elaborazione con la Form Wash L e la Form Cure L.
Finitura superficiale
Le stampanti 3D SLA e DLP basate su resina sono entrambe note per la creazione di parti con la finitura superficiale più liscia di tutti i processi di stampa 3D esistenti. Quando descriviamo le differenze, nella maggior parte dei casi queste sono visibili solo su parti minuscole o modelli molto dettagliati.
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.
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. Per rimuovere le linee voxel e le linee degli strati bisogna eseguire operazioni di post-elaborazione, come la levigazione.
Nella stampa 3D LFS, le linee degli strati sono quasi invisibili. Ne consegue una riduzione della ruvidità superficiale che, in definitiva, comporta una finitura superficiale liscia e, per i materiali trasparenti, parti più traslucide
Velocità e rendimento
Quando si parla di velocità nella stampa 3D, è importante considerare non solo la velocità di stampa grezza, ma anche il rendimento.
La velocità di stampa grezza per le stampanti 3D SLA e DLP basate su resina è generalmente comparabile. Poiché il proiettore espone ciascuno strato tutto in una volta sola, la velocità di stampa per l'elaborazione digitale della luce è uniforme e dipende solo dall'altezza del modello, mentre le stampanti 3D SLA realizzano ogni parte con un laser. In generale, questo significa che le stampanti 3D SLA hanno una velocità simile o superiore quando si stampano parti singole di piccole o medie dimensioni, mentre le stampanti 3D DLP sono più veloci nella realizzazione di stampe di grandi dimensioni, completamente dense, o di modelli con diverse parti che occupano gran parte della piattaforma.
Ancora una volta, però, bisogna considerare il compromesso necessario tra risoluzione e volume di produzione delle stampanti DLP. Una piccola stampante 3D DLP può realizzare velocemente e ad alta risoluzione una parte piccola o un lotto (ridotto) di parti più piccole, ma il volume di stampa limita le dimensioni della parte e il rendimento. Una macchina diversa, con un volume di stampa più grande, può realizzare parti di dimensioni maggiori o un lotto di parti più piccole in meno tempo, ma con una risoluzione inferiore rispetto a quella di una stampante 3D SLA.
Le stampanti 3D SLA offrono tutte queste opzioni in un'unica macchina e danno all'utente la libertà di decidere se ottimizzare la risoluzione, la velocità o il rendimento.
Le stampanti 3D SLA offrono un volume di stampa maggiore, consentendo quindi agli utenti di raggruppare le parti in lotti e stampare durante la notte, così da aumentare il rendimento.
La velocità può dipendere anche dal materiale utilizzato. Grazie alla sua velocità di stampa quattro volte superiore rispetto ai materiali standard di Formlabs, la Draft Resin è ideale per la realizzazione di prototipi iniziali e iterazioni rapide, nonché di modelli ortodontici e dentali. Dall'alta velocità di preparazione della stampa fino ai tempi ridotti al minimo per la rimozione dei supporti, il lavaggio e la polimerizzazione, la Draft Resin dispone di un flusso di lavoro ottimizzato per massimizzare l'efficienza.
100 Micron | 200 Micron |
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Flusso di lavoro e materiali
Proprio come con accuratezza e precisione, il flusso di lavoro e i materiali disponibili dipendono di più dalla macchina specifica che dalla tecnologia.
La maggior parte delle stampanti SLA e DLP sono "plug and play", con piattaforme di stampa e serbatoi resina che possono essere sostituiti con facilità. Alcuni modelli più avanzati sono inoltre dotati di un sistema a cartuccia per il riempimento automatico del serbatoio con resina liquida, che richiede meno attenzione e facilita la stampa notturna.
Alcune stampanti sono dotate di software proprietario per preparare i modelli 3D alla stampa, come PreForm per le stampanti 3D SLA di Formlabs, mentre altri produttori offrono soluzioni standard. Le funzionalità variano in base allo strumento software. Ad esempio, PreForm offre l'impostazione di stampa in un clic, pratici controlli manuali per ottimizzare la densità e le dimensioni dei supporti, lo spessore dello strato adattabile o funzioni per risparmiare materiale e tempo. Per fortuna, il software può essere scaricato e testato prima dell'acquisto di una stampante 3D.
Le stampanti 3D basate su resina dispongono di una varietà di materiali per una vasta gamma di applicazioni
Uno dei vantaggi più significativi della stampa 3D basata su resina è la varietà di materiali che consentono di creare parti per diverse applicazioni. Le resine sono disponibili in una vasta gamma di formulazioni: i materiali possono essere morbidi o duri, rinforzati con materiali secondari quali vetro o ceramica o dotati di proprietà meccaniche quali elevata temperatura di distorsione termica o resistenza all'impatto.
Tuttavia, la gamma di materiali supportati dipende dal modello di stampante 3D, perciò consigliamo di chiedere al produttore prima di procedere con l'acquisto.
Dopo la stampa, le parti realizzate con tecnologia SLA o DLP richiedono la post-elaborazione. Per prima cosa, le parti devono essere lavate in un solvente per rimuovere la resina in eccesso. Alcuni materiali funzionali come quelli per l'ingegneria o le parti biocompatibili richiedono anche la polimerizzazione post-stampa. Per le stampanti 3D SLA, Formlabs offre soluzioni per automatizzare questi passaggi, risparmiando così tempo e sforzi.
Infine, le parti stampate in 3D su supporti richiedono la rimozione di queste strutture, un processo manuale che è simile sia per le stampanti 3D SLA che per quelle DLP. La stampa 3D LFS semplifica questo passaggio, perché offre strutture di supporto leggerissime, che usano punti di contatto minuscoli, così da facilitare la rimozione e lasciare pochissimi segni.
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