SLA 3D 프린팅 - 픽셀 크기가 정확도, 피처 크기, 표면 마감에 미치는 영향

3D 프린팅 해상도는 논란이 끊이지 않지만 흔히 오해하는 주제입니다. 3D 프린팅 기술의 다양성과 제조업체의 증가로 인해 문제는 더욱 복잡해졌습니다. 노출된 액체 레진의 의도된 영역만 경화시키기 위해 LCD 스크린으로 빛을 선택적으로 가리는 마스크형 광경화성 레진 조형형(MSLA) 3D 프린터의 도입은 해상도 논쟁을 한층 더 심화시킵니다. MSLA 3D 프린터는 고품질 파트를 빠르게 프린트할 수 있는 기능으로 큰 인기를 얻고 있습니다.

LCD 화면의 해상도는 일반적으로 장축에 걸쳐 있는 픽셀 수로 측정되며, 이는 휴대폰, 텔레비전 및 태블릿에서 디지털 화면을 일반적으로 사용함으로써 대중에게 친숙한 측정 기준입니다. 픽셀이 작을수록 해상도가 높아진다는 식으로 픽셀 수를 강조하는 것과 개별 픽셀 크기를 강조하는 것이 결합되어 있습니다.

그러나 픽셀 수나 개별 픽셀 크기에 대한 이러한 관심에도 불구하고 대부분의 3D 프린팅 사용자가 관심을 갖는 것은 표면 마감, 치수 정확도, 최소 피처 크기와 같은 3D 프린트의 가시적인 결과물입니다. 픽셀 크기는 이러한 결과물을 만드는 한 가지 요소이지만 재료 특성, 광학 설정, 기계적 일관성 등과 같은 다양한 요소의 복합 작용에 따라 달라집니다.

Form 4(데스크톱 MSLA, 50 µm 픽셀 크기, 10" 4K 화면), Form 3+(85 µm 스팟 크기의 레이저 구동식 SLA), 프린터 C(데스크탑 MSLA, 28 µm 픽셀 크기, 9" 8K 화면), 프린터 D(데스크탑 MSLA, 19 x 24 µm 픽셀 크기, 9" 12K 화면)에서 파트 여러 개를 프린트하고 분석하여 이 일반적인 해상도 측정 기준이 실제 프린트된 파트에 직접적인 영향을 주지 않는다는 것을 입증할 것입니다.

Form 4는 일부 경쟁사보다 개별 픽셀 크기가 더 크지만, 테스트 결과 픽셀 크기가 작은 MSLA 3D 프린터와 비교했을 때 표면 조도, 치수 정확도, 최소 피처 크기가 우수하지는 않더라도 비슷하다는 것이 입증되었습니다.적절한 균형을 찾음으로써 저희 팀은 더 빠른 속도, 더 나은 안정성, 훨씬 더 긴 컴포넌트 수명 등 고객이 실제로 중요하게 생각하는 다른 지표에 대해서도 Form 4를 최적화할 수 있었습니다.

하나의 입력으로 픽셀 크기를 포함한 프린터 설계는 프린팅 부품의 세 가지 주요 특성에 영향을 미칩니다. 표면 마감, 최소 피처 크기, 치수 정확도 등 이러한 특성은 측정 가능하고 표준화되어 있지만, 복잡한 공정과 컴포넌트의 조합에 영향을 받기 때문에 보고하기가 더 어렵습니다. 픽셀 크기가 약간 크다고 해서 마스킹하거나 투과하는 빛의 품질, 일관성, 균일성만큼 중요하지는 않습니다.

이러한 각 특성은 시스템, 광학, 재료, 프린팅 프로세스 및 매개변수의 거의 모든 주요 측면에 의해 크게 영향을 받을 수 있습니다. 단일 시스템 입력 매개변수를 단일 출력에 직접 연관시키는 것은 제한적인 경우를 제외하고는 불가능합니다.

예를 들어, 픽셀 또는 스팟 크기는 가로 평면에서 포지티브 피처 크기의 하한을 설정합니다(즉, 픽셀 또는 스팟 크기보다 작은 포지티브 피처는 하나도 가질 수 없음). 그러나 일반적으로 최소 피처 크기는 박리력과 같은 여러 요인으로 인해 이 제한보다 훨씬 더 커집니다(종종 100µm보다 훨씬 더 큰 경우가 많음).

레진 3D 프린터는 레이저(레이저 구동식 SLA), 디지털 광원 프로젝터(DLP) 또는 LED (MSLA)처럼 광원을 선택적으로 가리는 광 처리 장치(가장 일반적으로 LCD 스크린)를 사용합니다.

레이저로 구동되는 광경화성 레진 조형 방식 3D 프린터는 일반적으로 레이저를 XY 평면에서 정밀하게 제어할 수 있고 스폿 크기가 작기 때문에 해상도가 매우 높습니다. 그러나 이러한 특성은 하나의 입력일 뿐이며 실제 최소 피처 크기는 여전히 여러 요소의 영향을 받기 때문에 측정값은 레이저를 사용하지 않는 전문 MSLA 프린터와 동등한 수준입니다. 또한 레이저 기반 SLA 프린터는 전체 레이어에 걸쳐 레이저 스팟을 추적해야 하기 때문에 프린팅 시간이 느린 경우가 많습니다.

DLP 3D 프린팅에서 XY 해상도는 프로젝터가 단일 레이어 안에서 재현할 수 있는 가장 작은 형상인 픽셀 크기로 정의합니다. 이는 프로젝터의 해상도와 광학 윈도우까지의 거리에 따라 다르며 해상도의 가장 일반적인 값은 완전 HD(1080p)입니다. 결과적으로 데스크톱 DLP 3D 프린터의 XY 해상도는 고정되어 있으며 대개 35~100 μm 사이의 값입니다.

빌드 볼륨이 커지면 DLP 3D 프린터의 해상도는 줄어드는 데 이는 픽셀 수가 크게 늘어나면 처리 가능한 프로젝터가 존재하지 않기 때문입니다. 따라서 광원으로부터의 거리를 늘어난 픽셀 수 만큼 늘려야 하고 이에 따라 해상도와 프린트물 품질은 떨어집니다.

표면 마감, 피처 크기 및 정확도는 3D 프린터의 모든 파트와 공정에 영향을 받습니다. 픽셀 크기와 같은 단일 입력은 현실적인 상황에서는 볼 수 없는 이론적인 하한을 설정할 수 있습니다. 예를 들어, 이론적으로 80마이크론의 픽셀 또는 레이저 스폿 크기는 원통형 핀의 직경과 같은 단일 포지티브 피처를 경화하는 데 제한 요소가 될 수 있지만, 박리력으로 인해 파트가 당겨져 실패할 수 있으므로 이러한 핀의 최소 직경은 약 500마이크론이 되어야 합니다.

LCD 스크린을 사용하여 빛을 가리는 MSLA 3D 프린터에서는 일반적으로 레진에 투사되는 실제 이미지가 원본 픽셀보다 훨씬 크고 확산이 심합니다. 이 효과를 포인트 스프레드 함수(PSF)라고 하는데, 영사 과정에서 원본 또는 이상화된 이미지가 흐려지는 방식입니다. 따라서 MSLA 프린터의 경우 픽셀의 크기는 레진에 닿는 빛의 배분과 모양만큼 중요하지 않습니다.

Form 4(50µm 픽셀로 구성된 LCD 화면을 통해 투사된 빛)와 Form 3+(80µm 스팟 크기의 레이저에서 나온 빛)의 PSF를 비교하면, Form 4의 빛이 집중되고 직접적이며 가장 높은 에너지가 픽셀 중앙에 단단히 모여 있는 것을 알 수 있습니다.

제조업체들이 픽셀 크기를 3D 프린트 해상도의 전부인 것처럼 쉽게 선전하지만, 진실(그리고 실제 영향)은 더 복잡합니다.

해상도는 LCD 화면을 통과하거나 레이저 또는 광 프로젝터에서 방출되는 빛의 크기와 모양에만 의존하지 않습니다. 또한 해당 빛의 PSF, 프린팅 프로세스, 기계적 일관성 및 레진의 광학적 물성에 따라 달라집니다. 해상도는 표면 마감, 피처 크기 및 치수 정확도의 결과에 대해 이야기할 때 입력으로 간주해야 합니다. 이러한 정보와 관점을 통해 3D 프린터 사용자는 자신의 특정 요구 사항에 가장 적합한 3D 프린터를 평가할 수 있습니다.

Formlabs는 Form 4의 Light Processing Unit을 만들 때 픽셀 크기, 속도, 신뢰성, 컴포넌트 수명의 장단점을 신중하게 평가했습니다. LCD 화면 픽셀 크기는 해상도라는 세 가지 주요 결과에 실질적인 영향을 미치지 않기 때문에 픽셀 크기가 커진다는 것은 성능과 속도에 대한 투자로, 타협이 아닙니다.

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