FDM или фотополимерный 3D-принтер, какой из них вам подходит? Узнайте об основных отличиях между двумя основными типами принтеров.
На сегодняшнем рынке настольной 3D-печати наиболее популярны два направления: печать методом послойного наплавления (FDM) и печать на основе смолы. Хотя можно сделать (и делают) обобщения и предположения об их различиях (например, FDM дешевле, а смола лучше для детализации), есть еще несколько вещей, которые необходимо знать, прежде чем вы примете решение и остановитесь на одном из них.
В этой статье мы подробно рассмотрим различия между ними, обсудим технологии, материалы, индивидуальные преимущества, ценовые диапазоны и так далее.
FDM-печать
3D-печать FDM — это особая технология 3D-печати, которая относится к более широкой категории аддитивного производства «экструзия материалов». Как следует из названия, любой принтер, относящийся к этой категории, экструдирует материал по определенным траекториям для получения конечной формы. В FDM в качестве среды для экструзии используется расплавленный пластик (иногда в комбинации с другими материалами).
Работа FDM очень похожа на работу термоклеевого пистолета: Твердая нить проталкивается в горячее сопло, которое расплавляет ее и позволяет растекаться и ложиться ровными слоями. В случае с принтером эти движения внутри слоя точно направлены вдоль (в основном) осей X и Y декартовой системы координат. Первый слой наносится на поверхность печати, быстро охлаждается и застывает. Затем поверх предыдущего слоя добавляется еще один, и процесс повторяется, медленно, слой за слоем, создавая 3D-объект.
В отличие от печати смолой, где существуют различные подходы к самому процессу печати, при печати FDM процесс экструзии и нанесения горячего пластика во всех принтерах одинаков. Поэтому все FDM-принтеры технически относятся к одной технологии. Тем не менее, конечно, существуют различные типы FDM-принтеров, наиболее популярным из которых является прямолинейный принтер (он же «декартов», хотя это может сбить с толку).
Наибольшие изменения происходят в принтерах для печати несколькими материалами, которые способны печатать несколькими цветами и материалами за один отпечаток. Кроме того, некоторые одноэкструзионные FDM-принтеры можно модернизировать с помощью таких дополнений, как MMU 2S от Prusa и Mosaic Palette 2S Pro.
Фотополимерная печать
«Печать смолой» — это скорее общий термин для обозначения технологий 3D-печати, которые относятся к категории аддитивного производства полимеризации в ванночках.
Большинство фотополимерных принтеров имеют контейнер с прозрачным гибким дном, называемый также ванночкой, которая заполняется светочувствительной смолой, отверждающейся или застывающей при контакте с ультрафиолетовым светом. В ванночку погружается печатная пластина для создания отпечатка и источник света под прозрачным дном отверждает смолу по определенной схеме, прикрепляя затвердевший первый слой к пластине.
Затем печатная пластина поднимается, чтобы освободить место для следующего слоя и дать возможность новой смоле затечь между предыдущим слоем и дном ванночки. Затем новый слой отверждается с помощью источника света и процесс повторяется до тех пор, пока не будет создан готовый 3D-объект.
Различия между типами фотополимерных принтеров заключаются в том, как свет генерируется и подается на смолу. Эти технологические различия означают, что каждый из следующих типов печати смолой представляет собой отдельную технологию.
LCD
Самая доступная форма печати на смоле называется LCD-печатью (также известной как MSLA-печать). В ЖК-принтере используется мощный источник ультрафиолетового света, способный осветить сразу весь слой. Этот свет выборочно блокируется и пропускается жидкокристаллическим дисплеем (LCD), расположенным над УФ-лампой. На ЖК-дисплее отображается негативное изображение слоя, чтобы пропускать свет только там, где необходимо отвердить смолу.
Считается, что использование этой технологии иногда снижает качество печати, поскольку разрешение ЖК-экрана определяет разрешение отпечатка. В свою очередь, LCD — это самый быстрый тип фотополимерной печати. ЖК-принтеры, безусловно, являются самыми дешевыми типами фотополимерных принтеров и поэтому больше подходят для новичков и любителей.
SLA
Самым первым типом печати смолой (и собственно, первым типом 3D-печати) является SLA, что означает стереолитография.
Эта технология очень похожа на LCD-принтеры, однако в качестве источника света используется лазер. Лазер наводится на ванночку с помощью зеркала, управляемого мотором, которое может менять угол отражения. Лазер прорисовывает на смоле форму текущего слоя, подобно тому, как сопло обычного FDM 3D-принтера прорисовывает новый слой точка за точкой.
Эта технология зачастую дороже ЖК-дисплеев из-за повышенной сложности и количества движущихся частей, однако она обычно отличается высоким разрешением.
DLP
Последняя популярная технология печати смолой — DLP-печать, в которой используется проектор с цифровой обработкой света (DLP). Технология очень похожа на LCD-печать, поскольку весь слой экспонируется одновременно. Разница между ними заключается в том, как свет попадает на смолу в определенной форме. В частности, проектор передает изображение на массив зеркал, которые, в свою очередь, направляют отраженное изображение на дно ванночки, без необходимости в дополнительном экране для блокировки лишнего света.
Этот метод печати является наименее распространенным из трех упомянутых здесь, поскольку на качество печати влияет разрешение проецируемого изображения, часто оставляя мелкие пиксели на готовом отпечатке. С «исторической» точки зрения можно сказать, что DLP-печать проложила путь от SLA к LCD-печати.
Материалы
По своей природе материалы, используемые для FDM- и смоляной печати, сильно отличаются друг от друга. Однако внутри каждой из этих двух групп существует большое разнообразие.
Филамент
Основное требование к материалам для FDM-печати — наличие термопластичной основы. Эти материалы поставляются в виде длинной пластиковой нити диаметром 1,75 или 2,85 мм, намотанной на катушку.
Самый популярный тип филамента — полимолочная кислота (PLA); это наиболее часто используемый филамент благодаря простоте использования и высокому качеству. Кроме того, этот материал почти не имеет запаха и является одним из наименее вредных для окружающей среды. Из PLA можно напечатать множество вещей, в том числе модели, которые могут контактировать с пищевыми продуктами, при условии, что вы выбираете сертифицированные бренды.
Другой очень популярный филамент — полиэтилентерефталат гликоль-модифицированный (PETG). Этот материал, как и PLA, очень прост в использовании, но обладает гораздо лучшими механическими свойствами, такими как высокая прочность и повышенная гибкость. Основное отличие заключается в том, что PETG печатает при температуре около 245 °C, в то время как PLA — при 200 °C. PETG отлично подходит для различных целей, в том числе для моделей, которые подвергаются воздействию различных погодных условий или требуют большей прочности или долговечности.
Некоторые более современные материалы FDM, такие как ABS или нейлон, наполненный углеродными нитями, требуют специальных настроек принтера и безопасности перед успешным использованием. Для этих материалов часто требуется более высокая температура сопла, чем для PLA и нагрев стола, чтобы предотвратить усадку материала при охлаждении.
Для этих передовых материалов также полезно использовать корпус, окружающий область печати. Корпус не только поддерживает равномерную температуру воздуха внутри, но и предотвращают выход вредных испарений. Они могут иметь множество негативных последствий — от простого неприятного запаха до вредного воздействия на дыхательную систему. Чтобы предотвратить это, многие принтеры с корпусами оснащены встроенными системами фильтрации, которые очищают воздух.
Нельзя недооценивать универсальность филамента и технологии печати, лежащей в их основе: Дерево, шелк, мрамор, прозрачный, светящийся в темноте, меняющий цвет, радуга — вот лишь некоторые варианты PLA, а также множество различных комбинаций с углеродным волокном, металлом, ПК, нейлоном и даже переработанными филаментами — все это означает, что отпечатки FDM могут принимать самые разные формы и использоваться по-разному.
Стоит также отметить, что филамент нужно правильно хранить и даже сушить перед использованием, так как большинство из них гигроскопичны.
Смола
В фотополимерных принтерах выбор материалов немного ограничен, но все равно очень разнообразен: от обычных пластиков до литейных, гибких и водосмываемых. Все смолы хранятся в бутылках с защитой от ультрафиолетового излучения, что предотвращает попадание ультрафиолетовых лучей на жидкость, которые затвердевают смолу до использования.
Разные смолы имеют разные настройки печати, например, время экспозиции на которое также может влиять цвет смолы.
Стоит отметить, что, хотя некоторые бренды предлагают большее разнообразие цветов, чтобы получить многоцветную печать, вам придется печатать детали отдельно (возможно, сначала разделить модель на части). В качестве альтернативы можно окрашивать смолу для получения различных результатов.
Используемая технология может повлиять на выбор смолы. Смолы по-разному отверждаются в зависимости от длины волны света, поэтому необходимо проверить их совместимость в зависимости от установки печати. SLA-лазеры обычно излучают волны длиной около 395 нм, в то время как LCD и DLP-принтеры имеют длину волны около 405 нм.
Разрешение и качество
FDM-печать и фотополимерная печать, как правило, различаются по качеству и разрешению готовых отпечатков. Эти факторы варьируются от общего внешнего вида до качества мелких деталей, а также включают механические факторы, такие как прочность.
FDM-печать
Одно из самых очевидных различий между FDM и фотополимерной печатью — это разрешение. Поскольку в принтерах FDM для создания моделей используются слои расплавленного пластика, результаты получаются менее точными и аккуратными, поскольку материал обычно наносится линиями шириной 0,4 мм. Фактические слои также велики по сравнению с печатью на смоле — от 0,1 до 0,35 мм на слой. Такая высота слоя создает видимые линии на всех поверхностях и часто не позволяет использовать детали, напечатанные методом FDM в качестве идеальных моделей.
Чтобы решить проблему видимых линий слоя, готовый отпечаток можно отшлифовать или даже сгладить с помощью паров растворителя. Эти методы позволяют сделать отпечатки FDM абсолютно гладкими, но требуют времени и навыков, чтобы сделать это хорошо, так как сглаживаются мелкие детали поверхности.
Еще одно качество готовых отпечатков — их прочность. На этом этапе FDM обычно работает лучше, чем печать смолой и в зависимости от используемого материала и определенных настроек печати. Например, использование высокого процента заполнения, соответствующего шаблона заполнения и увеличенной толщины стенок сделает деталь более прочной, но в свою очередь, увеличит время печати.
Фотополимерная печать
С другой стороны, фотополимерные принтеры обычно создают гораздо более детализированные модели. По этой причине печать смолой отлично подходит для миниатюр или моделей с высокой детализацией, которые стоят дополнительных усилий.
Благодаря технологии высота слоя невероятно мала — от 10 микрон (0,01 мм) до 100 микрон (0,1 мм). Стандартная высота слоя составляет 50 микрон (0,05 мм), что примерно на четверть меньше, чем при печати FDM. Разрешение по оси XY также находится в этом диапазоне.
Такая маленькая высота слоя позволяет печатать невероятные детали и высококачественные объекты, причем готовые отпечатки часто не имеют признаков слоев, а выглядят как один гладкий цельный кусок пластика. Готовые отпечатки можно также отшлифовать, чтобы добиться еще большей гладкости, но в большинстве случаев этот шаг не нужен, поскольку слои и так очень малы.
Что касается прочности, то из жестких смол получаются детали, которые, как правило, прочнее, чем из FDM. Однако это непростое сравнение, поскольку зависит от того с какими филаментами они сравниваются.
Скорость
Еще одно существенное различие между FDM и печатью на смоле — это скорость печати. Она зависит от многих факторов, включая конкретную используемую технологию и настройки печати.
FDM-печать
Время, необходимое FDM-принтеру для завершения печати, зависит в основном от размера печатаемого объекта, а также от выбранной высоты слоя, наполнения и скорости. Проще говоря, чем больше предмет и чем меньше высота слоя, тем дольше будет идти печать и наоборот.
Еще один параметр влияющий на время печати — плотность заполнения. Чем выше плотность заполнения, тем больше филамента нужно заложить в принтер и тем дольше длится печать.
Фотополимерная печать
Когда речь заходит о печати на смоле, время печати становится более понятным. При печати на LCD-дисплеях и DLP-матрицах слои отверждаются быстро, поскольку весь слой застывает за 2-10 секунд, независимо от того, сколько смолы затвердевает на слой. При использовании SLA время печати значительно увеличивается, поскольку лазеру необходимо добраться до каждой точки.
На время печати также влияют высота оси Z, высота слоя и время, необходимое принтеру для перемещения печатной формы вверх и вниз для нанесения следующего слоя. Тем не менее, при условии использования ЖК-принтера, можно сказать, что в большинстве случаев печать смолой значительно быстрее печати FDM.
Простота в использовании
Простота в использовании 3D-принтера волнует как новичков, так и опытных пользователей, ведь больше работы приводит к тому, что больше времени тратится не на печать (или на другие дела). Технологии FDM и фотополимерная имеют множество преимуществ и проблем.
FDM-принтеры
FDM-принтеры, как правило, просты в использовании и поэтому вполне доступны для новичков.
После загрузки филамента запустить печать — это практически все, что нужно сделать. После завершения печати она должна легко сниматься и в большинстве случаев может быть сразу использована по назначению. Некоторые отпечатки, например водонепроницаемые контейнеры, могут потребовать либо очень точных настроек, либо какого-либо покрытия, чтобы они были полностью готовы к использованию. И, как уже говорилось выше, для достижения определенной эстетики может потребоваться постобработка.
Естественно, с FDM-принтерами все еще существуют некоторые проблемы, включая струну, коробление и «слоновью ногу». Машины FDM обычно требуют более тщательного обслуживания и калибровки, чтобы предотвратить возникновение этих проблем.
Фотополимерные принтеры
В отличие от FDM-печати, печать смолой требует немного больше усилий для обеспечения безопасности и успеха. Во-первых, смола токсична, то есть ее нельзя трогать, а пары небезопасны для вдыхания. Из-за этой опасности при работе со смолой и отпечатками до их полного отверждения необходимо использовать перчатки и маски.
Ключевой особенностью всех фотополимерной принтеров является наличие колпака, который закрывает зону печати и ванночку со смолой. Колпаки часто выполнены из прозрачного оранжевого или красного пластика. Их основная задача — блокировать УФ-лучи от попадания на неотвержденную смолу в ванночке и защищать глаза от УФ-излучения принтера. Кроме того, вытяжка призвана предотвратить распространение токсичных и часто вонючих паров.
После того как смола залита в ванночку принтера, процесс печати становится относительно простым. Но только что извлеченный из принтера отпечаток все еще покрыт неотвержденной смолой. Эту смолу необходимо смыть с помощью растворителя, в большинстве случаев изопропилового спирта. Затем отпечаток необходимо полностью отвердить под ультрафиолетовым излучением, например, специальной лампы или просто на солнце, чтобы довести его до окончательного состояния. После завершения всех этих этапов с отпечатком можно работать в обычном режиме, и он больше не токсичен.
Эти дополнительные этапы означают, что 3D-печать смолой требует больше времени для обучения, поэтому она не так удобна для новичков, как FDM-печать. Кроме того, общее рабочее пространство должно быть больше и оснащено дополнительными расходными материалами и оборудованием (для полимеризации и стирки).
У фотополимерных принтеров есть несколько распространенных проблем, которые приводят к неудачным отпечаткам, но в целом их легче решить, чем в случае с FDM-принтерами. Самая большая проблема заключается в том, что отвержденные слои не прилипают к печатной пластине.
И последнее, но не менее важное замечание: необходимо правильно утилизировать смолу.
И какой же выбрать?
Теперь перейдем к самому важному вопросу: какой из них подходит именно вам?
В общем, если вы хотите принтер, который можно настроить для печати всего понемногу, то вам подойдет FDM. Эти принтеры идеально подходят для печати широкого спектра объектов с приемлемым качеством, от больших структурных кронштейнов, достаточно прочных, чтобы выдерживать большие нагрузки, до небольших моделей с низкой детализацией и аксессуаров.
Но если речь идет о небольших моделях и впечатляющих деталях, о печатных работах, в которых выгодно использовать прозрачность, прочность или гибкость материала, или о печати ювелирных изделий, то печать на смоле может оказаться самым подходящим способом. Хотя кривая обучения может быть немного круче, а первоначальные инвестиции — немного выше, это все же вариант, подходящий для любителей.
Выбор в ту или иную сторону (если он необходим) в основном сводится к следующему: Что вы хотите печатать и для чего?
