آشنایی با انواع پرینتر سه بعدی رزینی

ابتدا با تعریف تکنولوژی استریولیتوگرافی در تولید افزایشی آغاز می کنیم و سپس با انواع پرینتر سه بعدی رزینی ، یعنی SLA ، DLP و LCD ، را به ترتیب توضیح می دهیم. هر کدام از این روش ها کاربرد های خاص خود را دارند و ما در این مقاله سعی خواهیم کرد مرزبندی واضحی بین این روش ها ایجاد کنیم.

تکنولوژی استریولیتوگرافی یکی از اعضاء خانواده تولید افزایشی می باشد که در کنار روش های FDM و SLM و SLS قرار می گیرد. شما می توانید در وبسایت آذرین تک مقالات مربوط به مقایسه این روش ها با هم را جستجو و اطلاعات بیشتری را کسب کنید.

نام دیگر این روش Vat Polymerization یا همان پلیمریزاسیون مخزن است که مایع چسبناک و حساس به نور به نام رزین (RESIN) بعنوان ماده اولیه ،همانند فیلامنت در پرینتر سه بعدی FDM ، مورد استفاده قرار می گیرد. در مقایسه با سایر روش های تولید افزایشی، روش چاپ سه بعدی رزینی را می توان قدیمی ترین و اولین روش استفاده شده توسط بشر دانست.

در واقع، رزین یک فتو پلیمر (Photopolymer) حساس به نور UV (فرابنفش) است که در پرینتر سه بعدی به صورت لایه لایه نور را جذب می کند و سپس فرآیند سخت سازی و تبدیل به شکل جامد اتفاق می افتد. در برخی منابع نام پلیمر بسپار و فرآیند پلیمریزاسیون را بسپارش می گویند.

در تکنولوژی پلیمریزاسیون مخزنی سه روش چاپ وجود دارد که در جدول پایین به تفکیک توضیح داده شده است. فرآیند چاپ مانند تابش نور، تشکیل لایه چاپ و ماده اولیه پلیمری در همه این روش ها یکسان است و تنها تفاوت مربوط به ساختار دستگاه، نوع منبع نوری، ابعاد و دقت چاپ می باشد.

در بین انواع پرینتر سه بعدی رزینی ، روش اول استریولیتوگرافی (Stereolithography) نام دارد که همان قدیمی ترین تکنولوژی چاپ سه بعدی رزینی می باشد و با مخفف SLA شهرت دارد.

روش دوم که چند سالی در ایران ورود پیدا کرده و مخاطبان این حوزه آشنایی بیشتری دارند، روش Direct Light Processing است که بیشتر به نام DLP شناخته می شود. در برخی از منابع این روش را Digital Light Processing اسم گذاری کرده اند که در واقع بیشتر اشاره به نوع نور دیجیتالی صفحه پروژکتور است. در ادامه این روش را کامل توضیح خواهیم داد.

روش سوم Liquid Crystal Display (LCD) نام دارد که جدیدترین و به صرفه ترین تکنولوژی چاپ رزینی می باشد. از نظر نویسنده نام صحیح این روش MSLA یعنی Mask SLA هست چرا که LCD همان صفحه نمایشگر کنترل کننده نور در این پرینتر سه بعدی رزینی نقش ماسک را برای تصویرسازی انجام می دهد.

تکنولوژی پلیمریزاسیون مخزنی
ردیف	مشخصات فنی	SLA	DLP	LCD (MSLA)
1	منبع نوری	لیزر SPOT LASER	نور لامپی پروژکتور	نور گسترده LED
2	هدایتگر نور	گالوانومتر	DMD	LCD
3	جهت تابش منبع	از کف رو به بالا از بالا رو به پایین	از کف رو به بالا از بالا رو به پایین	از کف رو به بالا
4	دقت در راستای محور Z / Laser Spot Size	25 تا 300 میکرون	50 میکرون	50 میکرون
5	رزولوشن محور X-Y	10 تا 25 میکرون	2k / 4k	2k / 4k
6	دقت ابعادی	بسیار بالا 10 تا 25 میکرون	بالا از 25 میکرون	متوسط از 50 میکرون
7	دقت جزییات چاپ	بسیار بالا	بالا	متوسط
8	ابعاد چاپ از نظر کاربرد	صنعتی (بزرگ) / رومیزی (کوچک)	صنعتی (بزرگ) / رومیزی (کوچک)	رومیزی (کوجک)
9	سرعت چاپ	پایین تر از DLP	10 برابر بیشتر از SLA	10 برابر بیشتر از SLA
10	ساپورت گذاری	دارد	دارد	دارد
11	پرداخت نهایی بعد چاپ	دارد	دارد	دارد
12	هزینه خرید	بالا	متوسط	پایین تر از SLA و DLP

موضوع مهمی که در اینجا باید توضیح داده شود این است که وقتی از دقت پرینتر سه بعدی صحبت می کنیم هیچگاه نمی توان از یک عدد واحد استفاده کرد و آنچه امروزه در جواب سئوال "دقت دستگاه چند هست می گویند" اصولی نیست. پرینتر سه بعدی دارای دو نوع دقت در راستای محور Z و در راستای محور X_Y است. پس باید بدانیم دستگاه در راستای محور Z حداکثر دقت ابعادی چند دارد و در صفحه X-Y تا چه میزان می تواند دقیق و نرم حرکت کند.

در انواع پرینتر سه بعدی رزینی داستان کمی متفاوت است. مانند پرینتر سه بعدی FDM یک دقت مربوط به حرکت محور Z در راستای صفحه کار است که می تواند 50 میکرون و حتی کمتر (تا5میکرون) باشد و یک دقت مربوط به صفحه کار X-Y است. تفاوت اینجاست که در نوع رزینی مدل DLP و LCD به دلیل استفاده از نور و صفحه نمایشگر دقت بر حسب پیکسل یا همان رزولوشن بیان می شود مثلا در نسل جدید پرینتر های سه بعدی LCD از رزولوشن 4k استفاده می شود. در پرینتر سه بعدی SLA دقت دستگاه بر حسب دقت لیزر که همان قطر ابعادی لیزر هست بیان می شود.

جدول بالا که مشخصات عمومی سه روش از انواع پرینتر سه بعدی رزینی را با هم مقایسه کرد در واقع بر اساس قالب های جدید طراحی دستگاه گردآوری شده است و میانگین عملکردی را مدنظر قرار داده است.

توضیح مختصری در مورد نوع رزین مصرفی هم در اینجا ارائه می کنیم. رزین مورد استفاده معمولا در طیف پرتو UV بین 380 تا 405 نانومتر است. این نوع رزین از مونومرهای اپوکسی یا اکریلیک و متا اکریلیک تشکیل شده است و در برخورد با نور پلیمریزه و سفت می شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر از انواع رزین و کاربرد های صنعتی می توانید مقالات زیر را مطالعه نمایید:

معرفی انواع رزین در پرینتر سه بعدی رزینی

تفاوت های رزین های صنعتی

شناخت بهتر رزین های شرکت لانگر

همان طور که قبلا گفتیم فرآیند Stereolitography یا همان SLA یکی از قدیمیترین روشهای پرینت سه بعدی است که قدمت آن به اوایل دهه 1980 برمیگردد که با رفت و آمد لیزر بر روی ظرف رزین، یک لایه از پرینت مطابق با طرح سه بعدی شکل می گیرد.

فرآیند Digital Light Processing (DLP) اولین تکنولوژی چاپ سه بعدی با تکنیک تصویرسازی است که در اواخر دهه 1980 به وجود آمد. در این روش از یک پروژکتور جهت تابش نور به صفحه حاوی رزین استفاده می شود که باعث ایجاد پلیمریزاسیون و ساخت هر لایه می شود.

تفاوت اصلی روش SLA و DLP در منبع نور خلاصه می شود. در SLA از یک پرتو نور نقطه ای (Laser Spot) برای شکل گیری استفاده می شود در حالیکه در DLP از گستره نور لامپ پروژکتور استفاده می شود و این نور توسط دستگاهی به نام DMD کنترل می شود. در DLP ، نور لایه ای (برشی) از تصویر قطعه را با هدایت DMD بر روی لایه ای نازک از رزین قرار می دهد.

هدایتگر DMD چیست؟

digital micromirror device، یک ماسک دینامیک است که از حرکت آینه های بسیار کوچک به وجود می آید که نور را به رزین می رسانند یا از آن دور می کنند. این کار امکان ایجاد فرآیند پلیمریزاسیون رزین در نقاط مختلف یک لایه را فراهم می کند.

دستگاه های مدرن DLP معمولا از هزاران LED بسیار کوچک به عنوان منبع نور استفاده می کنند. حالت روشن و خاموش آنها را می توان جداگانه کنترل کرد و به همین دلیل میتوان رزولوشن XY را افزایش داد.

اگر بخواهیم ساختار مولکولی و بافت قطعات را با روش های دیگر مقایسه کنیم. قطعات تولیدی با تکنولوژی استریولیتوگرافی بیشتر شبیه روش تزریق پلاستیک هست و کیفیت سطح و بافت داخلی قطعات بسیار متفاوت تر از روش چاپ با پرینتر سه بعدی FDM است.

در ادامه این مبحث می توانید مقالات زیر را در وبسایت آذرین تک دنبال نمایید.