Stampa 3D SLA e PolyJet (getto di materiale): confronto approfondito

Durante il processo di getto di materiale, una testina si muove sulla piattaforma di stampa sugli assi X e Y, spruzzando goccioline di resina sulla piattaforma. Nello stesso movimento, la luce ultravioletta proveniente dalla testina di stampa polimerizza le goccioline sulla piattaforma. Una volta completato lo strato, la piattaforma di stampa si sposta verso il basso, in modo che la testina possa distribuire un secondo strato. L'oggetto stampato continua crescere fino al termine del processo.

Per geometrie più complesse, come le sporgenze, la stampante 3D spruzza un materiale di supporto simile a un gel. Le testine di stampa possono anche mescolare più materiali per ottenere proprietà e colori unici.

La stampa 3D PolyJet appartiene alla famiglia dei processi di produzione additiva a getto di materiale. La tecnologia è stata sviluppata da Objet, che è stata in seguito acquisita da Stratasys. Sul mercato ci sono altre stampati 3D a getto di materiale, ma quelle con il marchio PolyJet sono vendute solo da Stratasys.

Le stampanti 3D a stereolitografia invertita più comuni 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.

Esistono diversi tipi di SLA o processi di stampa 3D a resina, definiti in gran parte dal tipo di sorgente luminosa utilizzata per solidificare la resina. Al momento, il processo più comune è la stampa 3D a stereolitografica mascherata (MSLA), in cui la fonte di luce viene coperta, o mascherata, in modo selettivo da uno schermo LCD.

La Form 4 e la Form 4L per la stampa 3D di grande formato sono alimentate dal motore di stampa Low Force Display™ (LFD), una forma avanzata di stampa 3D MSLA.

Il cuore del motore di stampa LFD è l'unità di retroilluminazione, una sorgente di luce ad altissima potenza che emette un'area uniforme di luce che passa attraverso una serie di lenti e arriva alla Light Processing Unit (LPU) 4, dove viene modellata nella forma dello strato stampato. Una volta che la luce raggiunge la resina liquida all'interno del serbatoio, l'intero strato liquido si polimerizza immediatamente trasformandosi in uno strato solido. A questo punto, la piattaforma di stampa viene sollevata rispetto alla resina e un asse Z di precisione stacca lo strato dal fondo del serbatoio.

Una delle maggiori differenze tra le stampanti a getto di materiale e quelle SLA riguarda i costi. Quando i brevetti SLA hanno iniziato a scadere alla fine degli anni 2000 e sono state introdotte sul mercato macchine desktop di formato più piccolo, il costo delle stampanti SLA è diminuito di 100 volte. Oggi il prezzi di partenza delle stampanti SLA professionali è circa 2500 €, mentre quello delle stampanti a resina di grande formato è circa 5000 €.

Per contro, le stampanti 3D PolyJet (getto di materiale) sono notevolmente più costose, con prezzi che vanno dai 20 000 € a oltre 500 000 €. E questo è solo il costo della macchina: i piani di assistenza obbligatori possono arrivare a costare annualmente fino al 20% del prezzo della stampante, un importo che consentirebbe di acquistare ogni anno una flotta di stampanti SLA.

Inoltre, le resine per le stampanti 3D a getto di materiale sono in genere da due a tre volte più costose delle resine SLA. Ne consegue che il costo complessivo per parte delle stampe PolyJet è molte volte superiore a quello di una stampa SLA. Le stampanti PolyJet richiedono anche maggiore manutenzione, il che aumenta la manodopera necessaria per utilizzare queste macchine.

Quindi, a meno che il getto di materiale non sia specificamente necessario per una determinata applicazione, come modelli a colori o parti multi-materiale, è probabile che con una stampante SLA il ritorno sull'investimento sia maggiore.

Dato che la stampa 3D è un processo additivo, a ogni strato è possibile che si verifichi un'imprecisione, e il processo di formazione degli strati influenza il livello di precisione, definito come la ripetibilità dell'accuratezza di ogni strato. Tolleranza, accuratezza e precisione della stampa 3D dipendono da molti fattori diversi: processo di stampa 3D, materiali, impostazioni del software, post-elaborazione e altro.

Sia il getto di materiale che le SLA sono tra i processi di stampa 3D più accurati e precisi, con tolleranze di ± 0,2% circa (limite inferiore: ± 0,1 mm). Grazie a sorgenti di luce ad alta precisione, questi processi permettono di produrre dettagli precisi e ottenere sempre risultati di alta qualità.

A seconda della geometria del modello, le parti stampate in 3D in PolyJet e SLA possono richiedere strutture di supporto, che sono fondamentali per ottenere un'alta precisione dimensionale, specialmente con geometrie complesse o pareti sottili di grandi dimensioni.

Con la stereolitografia, i supporti vengono rimossi manualmente durante la post-elaborazione. Le stampanti SLA Formlabs offrono strutture di supporto leggerissime migliorate e supporti raggruppati, che possono essere rimossi in pochi secondi, così da risparmiare tempo in fase di post-elaborazione. Le parti stampate in stereolitografia sono anche note per la finitura superficiale liscia che, a seconda del materiale, può essere opaca o lucida.

Con le stampanti PolyJet, le strutture di supporto vengono lavate via con un getto d'acqua durante la post-elaborazione. Questo workflow esercita delle forze sulle parti e può rompere dettagli intricati o piegare pareti sottili. Le stampanti PolyJet permettono di creare stampe con una superficie opaca o lucida. Tuttavia, la finitura lucida è limitata alle sezioni del modello in cui non viene usato il materiale di supporto.

Una delle maggiori differenze tra PolyJet e SLA è la disponibilità di materiali, che definisce anche le applicazioni possibili per queste stampanti.

A seconda del modello di stampante, la maggior parte delle stampanti 3D PolyJet (getto di materiale) supporta da cinque a 10 materiali diversi. Questi vanno da materiali standard per prototipi a materiali di colori diversi, materiali trasparenti e materiali biocompatibili. Stampanti 3D PolyJet di gamma più alta supportano anche la stampa con più materiali contemporaneamente, permettendo nuove applicazioni, come la stampa di prototipi multicolori e multi-materiale.

Tuttavia, le stampanti PolyJet possono lavorare solo con materiali a bassa viscosità, il che limita molto la gamma di proprietà meccaniche disponibili. I materiali PolyJet hanno anche una bassa temperatura di distorsione termica, in genere attorno ai 45-50 °C, perciò possono anche iniziare a scorrere e perdere la forma se sottoposti a un'illuminazione intensa. Ne risulta che la stampa PolyJet è ideale solo per la creazione di modelli concettuali e l'applicazione a prototipi non funzionali, nonché ad alcune applicazioni mediche e dentali che richiedono biocompatibilità.

Le stampanti 3D a resina supportano una gamma di materiali molto più ampia rispetto a una tipica stampante 3D a getto di materiale. Le stampanti 3D Formlabs, ad esempio, supportano oltre 45 materiali, di cui oltre 15 biocompatibili. Le resine SLA offrono un'ampia gamma di proprietà: possono essere morbide o rigide, trasparenti oppure opache, rinforzate con materiali secondari quali vetro, cera o ceramica, o dotate di proprietà meccaniche quali elevata temperatura di distorsione termica o resistenza a impatto e sostanze chimiche. Per questo motivo, i materiali SLA possono corrispondere perfettamente ai materiali termoplastici per utilizzo finale più comuni per la prototipazione rapida.

Sebbene la SLA non offra stampa 3D multicolore, è l'unica altra tecnologia di stampa 3D che offre colori personalizzati per applicazioni professionali grazie alla Color Resin. La Color Resin è personalizzata e consente una produzione rapida, facile e conveniente di parti a colori che vanno da sfumature neutre a colori saturi e audaci per prototipi realistici, dime e fissaggi con codice colore o parti per utilizzo finale colorate su misura.

Formlabs offre anche la Open Material Mode (OMM), che sblocca la possibilità di stampare con qualsiasi resina fotopolimerica da 405 nm, consentendo a ricercatori e utenti esperti di avere pieno accesso a materiali di terze parti o allo sviluppo di materiali.