La guida definitiva alle tecnologie di stampa 3D a resina
Stampa 3D SLA, DLP, LCD: cosa significa e qual è la differenza?
Facciamo un po’ di chiarezza su quali sono le diverse tecniche di fotopolimerizzazione, cioè di stampa 3D con resine liquide, e come funzionano.
Un anello di alta oreficeria stampato in 3D usando un fotopolimero liquido.
Negli ultimi tempi lo scenario della stampa 3D a resina è diventato un po’ confuso con l'introduzione della nuova tecnologia LCD. Mentre prima era abbastanza chiaro quando una stampante 3D utilizzasse la tecnologia SLA e quando quella DLP, ora sul mercato si possono trovare stampanti LCD vendute come DLP o SLA.
Tuttavia, ognuno di questi acronimi rappresenta una specifica tecnologia di fotopolimerizzazione e non è intercambiabile. Ogni tecnologia funziona in modo diverso, con le sue caratteristiche peculiari e i suoi pro e contro.
Noi di Lumi Industries, abbiamo esplorato tutte queste tecnologie di fotopolimerizzazione e abbiamo deciso che era tempo, per gli utenti di avere qualche precisazione, in modo da poter comprendere chiaramente cosa stanno acquistando e usando.
Le basi: cosa significa fotopolimerizzazione?
Processo di stampa 3D a resina
La fotopolimerizzazione è una tecnica che utilizza la luce (visibile o ultravioletta; UV) per creare una reazione chimica che fa in modo che un materiale liquido chiamato polimero (cioè una rete di molecole più piccole) diventi solido attraverso un "processo di indurimento" (curing). Questo è esattamente ciò che accade quando stampiamo in 3D a resina.
Prendiamo un materiale liquido, lo esponiamo alla luce e questo diventa solido. Ciò che varia è il tipo e la fonte di luce che utilizziamo per illuminarlo, nonché il modo in cui guidiamo questa luce a illuminare e indurire il materiale liquido, esattamente dove vogliamo, lasciando le zone attorno allo stato liquido.
Ed ecco ora gli acronimi di cui abbiamo parlato, SLA, DLP, LCD o MSLA.
Come funziona la stampa 3D SLA?
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È la madre di tutte le tecnologie di stampa 3D a resina. Brevettata nel 1984 da Charles Hull, fondatore di 3D System, implica l’utilizzo di un laser UV che disegna il layer dell’oggetto 3D oggetto sulla resina liquida, solidificandolo.
Normalmente si mantiene il laser UV fisso e si utilizzano specchi mobili (galvanometri) per orientare il raggio laser esattamente dove serve. Nella nostra stampante 3D Lumipocket LT All-in One , abbiamo provato un'alternativa a basso costo, spostando il laser UV stesso su un piano cartesiano, lo stesso sistema mobile delle comuni stampanti FFF.
La risoluzione di una stampante 3D sull'asse Z dipende sempre dalla precisione del sistema meccanico dell'asse Z, dal firmware e dal software che ne controllano il movimento. Tuttavia, la risoluzione sull'asse XY, sulle stampanti 3D SLA dipende dal diametro del raggio laser.
Le stampanti 3D SLA possono essere leggermente più lente poiché la polimerizzazione di uno strato diventa un percorso che il laser deve percorrere in un modo o nell'altro. Più grande o complesso è l'oggetto da stampare, più tempo impiegherà il laser per completare un singolo strato.
2015 - Lumipocket LT - soluzione originale SLA low cost.
Come funziona la stampa 3D DLP?
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DLP è una tecnologia inventata da Texas Instrument e applicata su proiettori per una modulazione della luce spaziale ad alta velocità, efficiente e affidabile.
Quando si parla di DLP, significa che utilizziamo un proiettore digitale per proiettare una singola immagine di ognistrato dell’oggetto 3D. La luce emessa da questo tipo di proiettore, può essere UV, se creto appositamente per essere utilizzato nel processo di stampa 3D..
Tuttavia, come molte altre aziende, anche noi abbiamo utilizzato proiettori DLP commerciali, perché, sebbene non UV pura, quando non troppo schermato, la luce aveva lo spettro giusto per curare la resina.
Questo è quello che abbiamo usato nelle stampanti 3D LumiFold, Lumipocket e LumiForge.
Nel caso delle stampanti 3D DLP, la risoluzione sull'asse XY dipende dalla dimensione dei pixel quadrati. Quindi da un lato, maggiore è la risoluzione nativa del proiettore, maggiore è la risoluzione del livello proiettato.
Tuttavia, anche la distanza focale tra la lampada del proiettore e l'area di stampa 3D è importante. Più ci allontaniamo, più l'area di stampa diventa più grande, ma anche i suoi pixel. Questo è il motivo per cui nelle stampanti 3D DLP è possibile avere risoluzioni diverse corrispondenti ad aree di stampa inversamente proporzionali.
Come funziona la stampa 3D LCD o MSLA (Masked Sterolithography)?
Abbiamo testato questa tecnologia in fase embrionale già nel 2015. Ma a quel tempo gli schermi LCD non erano ancora destinati ad essere utilizzati per la stampa 3D. Avevano una retroilluminazione difficile da rimuovere e tendevano a filtrare la luce UV, molto più di quello che fanno ora, quindi era molto difficile stampare in 3D. Il film FEP non era facilmente reperibile allora ed usare una vasca per la resina in vetro con l’aggiunta dello strato di silicone (PMDS), si rivelò essere troppo spesso per consentire la creazione del tipo di immagine dettagliata che stavamo cercando.
Negli ultimi cinque anni, la tecnologia è avanzata molto velocemente e ora la stampa con schermo LCD è diventata un uso comune.
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Si chiama MSLA (masked Stereolithography) perchè lo schermo LCD funziona come una maschera sopra una fonte di luce UV.
Lo schermo LCD è costituito da minuscoli pixel che sono attivi o inattivi, creano l'immagine di ogni singolo strato dell’oggetto 3D, lasciando passare la luce UV attraverso di essi.
Le tecnologie DLP e LCD tendono ad essere più veloce della SLA, poiché proiettano uno strato completo alla volta. Non importa quanto sia grande o complesso l'oggetto da stampare, solo la sua altezza e la risoluzione Z selezionate influiranno sul tempo di lavoro.
Una risoluzione della stampante 3D MSLA, o più comunemente LCD, sull'asse XY dipende dalle dimensioni dei pixel dello schermo LCD. Risoluzioni dello schermo più elevate significano una maggiore risoluzione XY dell'oggetto stampato in 3D.
2019 - Lumi³ LumiCube - LCD/MSLA
La sorgente luminosa può essere un singolo modulo di LED UV o può essere una struttura più complessa, che comprende lenti in grado di focalizzare la luce in modo più diretto in modo da illuminare i pixel dello schermo LCD in modo più accurato, aumentando la risoluzione.
Con la nostra ultima stampante 3D Lumi³, LumiCube stiamo finalmente esplorando di nuovo la tecnologia di stampa 3D LCD o MSLA, che avevamo messo in stand-by nel 2015. Stiamo usando uno schermo LCD 2K ad alta risoluzione che permette una dimensione minima possibile di 47,3 micron sugli assi XY insieme ad un sistema parallelo a luce UV in grado di trasmettere la luce in modo da sfruttare appieno la risoluzione dello schermo LCD per raggiungere la massima precisione. La risoluzione meccanica sull'asse Z raggiunge i 20 micron, al di sotto di questo livello è inutile andare, perché i fotopolimeri (resine), allo stato dell'arte attuale, non sono ancora in grado di andare sotto i 25-20 micron. Ci siamo invece assicurati che queste prestazioni siano costanti e ripetibili, permettendo un risparmiano tempo, grazie a un robusto sistema lineare ad alta precisione sull’asse Z, che non ha bisogno di regolazione e manutenzione continue per funzionare correttamente.
Ulteriori soluzioni in attesa di brevetto che abbiamo applicato per supportare completamente l'utente finale, introdurranno una rivoluzione nel modo di sviluppare stampanti 3D in resina.
Conclusioni
Questa guida non intende essere scientifica, completa di tutti i possibili aspetti della stampa 3D o comparativa. Questa guida vuole solo darvi un'idea più chiara di cosa sia cosa.
Volevamo solo trasmettervi quello che abbiamo acquisito grazie alla nostra lunga esperienza e competenza in queste diverse tecnologie di stampa 3D a resina: SLA; DLP. LCD.
Se la stampante 3D è sviluppata e costruita correttamente, con componenti di qualità e una reale comprensione dell'utente finale, non esiste una tecnologia migliore dell'altra. Dipende sempre da cosa dovete stampare in 3D e da cosa si adatta meglio alle vostre esigenze!