SLS vs SLA vs FFF

Η παρασκευή προσθέτων (κοινώς γνωστή ως εκτύπωση 3D) είναι ένα όλο και πιο πολύτιμο εργαλείο για τις επιχειρήσεις. Η εσωτερική παραγωγή μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος σε σχέση με την εξωτερική ανάθεση και προσφέρει μεγαλύτερη ελευθερία δημιουργίας και πολλαπλές επαναλήψεων σχεδίων. Οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης που κυριαρχούν σήμερα είναι οι FFF (fused filament fabrication), η SLA (stereolithography) και η SLS (selective laser sintering). Κάθε τεχνολογία έχει τα δικά της οφέλη αλλά και περιορισμούς, ποια είναι η καλύτερη τεχνολογία για τις επιχειρηματικές σας ανάγκες;

Όλες οι τεχνολογίες 3D εκτύπωσης βασίζονται σε μια κοινή αρχή – ένα 3D CAD μοντέλο τεμαχίζεται οριζόντια σε ξεχωριστές διατομές, οι οποίες εκτυπώνονται διαδοχικά το ένα πάνω στο άλλο για να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο αντικείμενο. Ωστόσο, οι τεχνολογίες FFF, SLA και SLS λαμβάνουν θεμελιωδώς διαφορετικές προσεγγίσεις για την εκτύπωση αυτών των διατομών.

FFF (fused filament fabrication)

Η FFF είναι η συνηθέστερη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία εκτύπωσης 3D, λόγω της ευκολίας χρήσης και της έλλειψης εξάρτησης από σκληρές χημικές ουσίες.H FFF χρησιμοποιεί ένα παχύ στρώμα πρώτης ύλης, συνήθως αναφέρεται ως νήμα. Το νήμα έχει σταθερό πλάτος 1,75 mm ή 2,85 mm και είναι συνήθως ένα θερμοπλαστικό που παραδίδεται σε ένα καρούλι. Η διαδικασία FFF εξωθεί το νήμα μέσω ενός θερμαινόμενου ακροφυσίου, το οποίο είναι τοποθετημένο σε ένα σύστημα κίνησης που το μετακινεί γύρω από μια περιοχή κατασκευής. Το τετηγμένο νήμα από το ακροφύσιο αποτίθεται πάνω σε μια πλάκα κατασκευής, όπου ψύχεται και στερεοποιείται για να σχηματίσει ένα στρώμα. Στη συνέχεια, το κρεβάτι κινείται προς τα κάτω κατά ένα κλάσμα ενός χιλιοστού για να ξεκινήσει ένα άλλο στρώμα. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να σχηματιστεί το πλήρες αντικείμενο.

Πλεονεκτήματα

  • Ο εξοπλισμός είναι σχετικά απλός στη λειτουργία και συντήρηση
  • Ο εξοπλισμός και η διαδικασία είναι πιο προσιτά και οικονομικά σχετικά με άλλες  μεθόδους 3D εκτύπωσης
  • Η διαδικασία είναι σχετικά καθαρή και δεν απαιτεί τη χρήση σκληρών χημικών ουσιών
  • Η συμπαγής φύση του εξοπλισμού σημαίνει ότι μπορεί να χωρέσει σε επιφάνεια εργασίας ή να τοποθετηθεί σε ράφι
  • Η όλη διαδικασία λαμβάνει χώρα σε ένα μόνο σταθμό – δεν απαιτείται επιπλέον εξοπλισμός
  • Υπάρχει μεγάλη ποικιλία υλικών με διάφορες μηχανικές ιδιότητες
  • Η σχετικά χαμηλή τιμή του εξοπλισμού σημαίνει ότι πολλοί εκτυπωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί, για ευέλικτη κλιμάκωση κατασκευής και μικρότερους χρόνους παράδοσης

Μειονεκτήματα

  • Οι γραμμές επιπέδων στα τελικά μέρη είναι συχνά ορατές
  • Η ποιότητα της πρόσφυσης στρώματος μπορεί να επηρεάσει τη μηχανική αντοχή του τμήματος (ανισότροπες μηχανικές ιδιότητες)

Σημαντικές πληροφορίες

Το FFF είναι ιδανικό για περιβάλλον γραφείου, καθώς ο εξοπλισμός είναι εύκολο να λειτουργήσει, να συντηρηθεί και η διαδικασία δεν βασίζεται στη χρήση οποιωνδήποτε σκληρών χημικών ουσιών ή σταθμών μετά την επεξεργασία. Υπάρχει μια εξαιρετικά ευρεία ποικιλία αναλώσιμων που είναι σχετικά φθηνές σε σύγκριση με τις άλλες μεθόδους. Τα αναλώσιμα διανέμονται με τη μορφή ενός νήματος σε ένα καρούλι, το οποίο είναι εύκολο στη χρήση και μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη FFF μπορεί μερικές φορές να απαιτούν δομές υποστήριξης, αλλά αυτό μπορεί να αποφευχθεί εάν η διαδικασία σχεδιασμού CAD λαμβάνει υπόψη τη μέθοδο κατασκευής. Η διπλή εξώθηση καθιστά δυνατή τη χρήση δύο υλικών σε μια ενιαία εκτύπωση. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αισθητικούς σκοπούς, χρησιμοποιώντας πολλαπλά χρώματα του ίδιου υλικού. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μεταβολή των μηχανικών ιδιοτήτων, χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικούς τύπους συμβατού υλικού. Μία άλλη δυνατότητα είναι η χρήση ειδικού υλικού υποστήριξης, όπως είναι το υδατοδιαλυτό υλικό υποστήριξης PVA το οποίο μπορεί να εκτυπώνει διαλυτές δομές υποστήριξης. Η χρήση αποκλειστικού υλικού υποστήριξης διασφαλίζει ότι το τελικό τμήμα έχει ομαλή επιφάνεια, για ένα τμήμα υψηλής ποιότητας με ελάχιστη μεταγενέστερη επεξεργασία.

SLA (stereolithography)

Μια άλλη σημαντική τεχνολογία 3D εκτύπωσης είναι η SLA, η οποία χρησιμοποιεί ρητίνη σκληρυνόμενη με υπεριώδη ακτινοβολία ως πρώτη ύλη. Η ρητίνη χύνεται σε δοχείο με γυάλινο πυθμένα, το οποίο βυθίζεται σε πλατφόρμα κατασκευής. Ένας υπεριώδης λέιζερ ή DLP προβολέας φωτίζει το υπεριώδες φως στη ρητίνη για να το σκληρύνει επιλεκτικά σε ένα οριζόντιο στρώμα των δεδομένων CAD. Η πλατφόρμα έρχεται στη συνέχεια έξω από το δοχείο, αφήνοντας τη μη σκληρυμένη ρητίνη. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται μέχρι να σχηματιστεί ένα πλήρες αντικείμενο.

Πλεονεκτήματα

  • Εκτυπώνει μέρη με πολύπλοκη γεωμετρία που έχουν φινίρισμα υψηλής ποιότητας και το υψηλότερο επίπεδο λεπτομέρειας από τις τρεις τεχνολογίες, καθιστώντας το SLA ιδανικό για μικρής κλίμακας μέρη
  • Ο εξοπλισμός είναι συμπαγής και σχετικά εύκολος στη λειτουργία
  • Είναι δυνατή η εκτύπωση πολλαπλών υλικών με διάφορες ιδιότητες χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο

Μειονεκτήματα

  • Τα αναλώσιμα δεν είναι ασφαλή για χειρισμό χωρίς γάντια, μυρωδιά δυσάρεστη και εύφλεκτα
  • Απαιτείται περαιτέρω σκλήρυνση κατά τη διάρκεια της μετεπεξεργασίας
  • Τα αναλώσιμα υλικά είναι κολλώδη και μπορεί να προκαλέσουν μόλυνση στο χώρο εργασίας εάν δεν αποθηκευτούν σωστά
  • Οι δομές υποστήριξης είναι σχεδόν πάντοτε απαραίτητες, οι οποίες αφήνουν αντικείμενα στην επιφάνεια της εκτύπωσης
  • Δεν είναι δυνατό να συνδυάσετε πολλαπλά υλικά ή χρώματα σε μια ενιαία εκτύπωση
  • Ο όγκος δημιουργίας εκτυπωτών SLA για επιτραπέζιους υπολογιστές είναι σχετικά μικρός σε σύγκριση με τις άλλες δύο τεχνολογίες
  • Τα μέρη πρέπει να είναι κατασκευασμένα με οπές έτσι ώστε η μη σκληρυμένη ρητίνη να μπορεί να αποστραγγιστεί από κλειστές δομές

Σημαντικές πληροφορίες

Το SLA είναι κατάλληλο για μέρη με σύνθετη γεωμετρία που απαιτούν λεπτομέρεια, αλλά τα τυπωμένα μέρη θα πρέπει να χρησιμοποιούν δομές υποστήριξης σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις.

Η μετα-επεξεργασία είναι μια πιο σύνθετη διαδικασία σε σύγκριση με το FFF: τα μέρη πρέπει να καθαρίζονται με σκληρές χημικές ουσίες όπως η ισοπροπυλική αλκοόλη και πρέπει να σκληρύνεται σε φούρνο UV πριν να μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Λόγω της χρήσης σκληρών χημικών ουσιών, απαιτείται ένας καλά αεριζόμενος χώρος για λειτουργία και μετεπεξεργασία.

Η πρώτη ύλη είναι μια ρητίνη, η οποία είναι εύφλεκτη, μυρίζει δυσάρεστα και έχει περιορισμένη διάρκεια ζωής. Η παλιά και η νέα ρητίνη δεν μπορούν να αναμειχθούν μαζί, πράγμα που σημαίνει υψηλότερο κόστος λόγω σπατάλης υλικών. Η τιμή της πρώτης ύλης είναι σχετικά υψηλή σε σύγκριση με τις άλλες τεχνολογίες.

SLS (selective laser sintering)

Η τρίτη κύρια μέθοδος εκτύπωσης είναι η SLS, η οποία χρησιμοποιεί μια κονιοποιημένη πρώτη ύλη, τυπικά ένα πολυμερές. Η σκόνη αποθηκεύεται σε ένα δοχείο, όπου μια λεπίδα επαναβαφής διανέμει ένα λεπτό στρώμα υλικού στην περιοχή κατασκευής. Ένα υψηλής ισχύος λέιζερ συνδέει τα μικρά σωματίδια του υλικού μαζί, για να σχηματίσουν ένα ενιαίο οριζόντιο στρώμα των δεδομένων CAD. Ο περιεκτικότης μετακινείται έπειτα σε ένα κλάσμα ενός χιλιοστού για να ξεκινήσει μια νέα στρώση και μια λεπίδα επαναβαφής μετατοπίζεται στην περιοχή κατασκευής για να αποθέσει ένα νέο στρώμα πρώτης ύλης. Η μη χρησιμοποιημένη σκόνη ανακυκλώνεται με κοσκίνισμα και ανάμιξη της σκόνης που έχει κοσκινιστεί με αχρησιμοποίητη σκόνη. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να σχηματιστεί ένα πλήρες αντικείμενο.

Πλεονεκτήματα

  • Τα τελικά μέρη δεν έχουν ορατά στρώματα, αν και μπορούν να έχουν μια ‘κοκκώδη’ επιφάνεια
  • Τα τελικά μέρη έχουν σχετικά υψηλές μηχανικές ιδιότητες σε όλες τις κατευθύνσεις (ισοτροπικές μηχανικές ιδιότητες)
  • Το υλικό υποστήριξης δεν είναι απαραίτητο κατά την εκτύπωση

Μειονεκτήματα

  • Ο εξοπλισμός είναι μεγάλος που το καθιστά ακατάλληλο για το περιβάλλον γραφείου
  • Η πρώτη ύλη είναι μια σκόνη που μπορεί να είναι επικίνδυνη αν εισπνευστεί
  • Είναι δύσκολο να αλλάξετε εύκολα υλικά ή χρώματα
  • Ο εξοπλισμός και τα αναλώσιμα είναι δαπανηρά για την αγορά, και η λειτουργία και η συντήρηση απαιτούν εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό, το οποίο θα έχει επιπλέον κόστος
  • Η διαδικασία απαιτεί σταθμό μετεπεξεργασίας και σταθμό ανακύκλωσης σκόνης, ο οποίος προσθέτει επιπλέον κόστος
  • Η διαδικασία μπορεί να είναι ασύμφορη εάν δεν χρησιμοποιηθεί ολόκληρος ο όγκος του δοχείου

Σημαντικές πληροφορίες

Η ελευθερία του σχεδιασμού περίπλοκων, πολύπλοκων σχημάτων χωρίς την ανάγκη δομών υποστήριξης επιτρέπει πολλή ελευθερία σχεδίασης και οι γραμμές στρώματος δεν είναι ορατές στο τελικό μέρος.

Το κόστος έχει μια σημαντική αύξηση – η SLS είναι η πιο ακριβή λύση των τριών μεγάλων τεχνολογιών 3D εκτύπωσης από την άποψη της αρχικής εγκατάστασης και συντήρησης. Η περίπλοκη φύση του εξοπλισμού απαιτεί επίσης την εξειδίκευση της εργασίας, η οποία προσθέτει επιπλέον κόστος.

Απαιτείται η εκτύπωση με το μέγιστο δυνατό όγκο ώστε να αποφευχθεί η χρήση πολλών υλικών, γι ‘αυτό δεν είναι ιδανική για μεμονωμένα τμήματα μικρών διαδρομών παραγωγής.

Λόγω της χρήσης ισχυρών λέιζερ και σκόνης που δημιουργούνται από τη διαδικασία, το SLS μπορεί να είναι μια επικίνδυνη διαδικασία και σε συνδυασμό με το μέγεθος του εξοπλισμού, απαιτείται ένας ειδικός χώρος για την εγκατάσταση.

Συνοπτικά

Αυτές οι τρεις κύριες τεχνολογίες έχουν τις μοναδικές περιπτώσεις χρήσης τους. Το SLA είναι ιδανικό για μικρά αντικείμενα με περίπλοκα χαρακτηριστικά και λεπτομέρειες. Το SLS είναι ιδανικό για μεγαλύτερες, μεγάλου όγκου παραγωγές και βιομηχανικές εκτυπώσεις, όπου ολόκληρος ο όγκος κατασκευής γεμίζεται κάθε φορά.

Η τεχνολογία  FFF είναι ποιο άμεση και προσιτή για οποιονδήποτε χρήστη. Η προσιτή, προσβάσιμη και ευπροσάρμοστη φύση της τεχνολογίας FFF σημαίνει ότι η υλοποίηση μιας εσωτερικής λύσης εκτύπωσης 3D δεν απαιτεί πρόσθετο χώρο ή εξειδικευμένο προσωπικό για να λειτουργεί. Οι επιχειρήσεις είναι σε θέση να μειώσουν σημαντικά τον χρόνο και το κόστος ανάπτυξης σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους και οι διαδικασίες είναι πιο ευέλικτες, καθώς τα προϊόντα μπορούν να αναπτυχθούν με επαναληπτικό τρόπο. Το FFF συνεπάγεται με τη μικρότερη δυνατή μεταποίηση και το χάος που δημιουργείται από όλες τις σημαντικές τεχνολογίες, δίνοντάς του ένα σαφές πλεονέκτημα έναντι των εναλλακτικών λύσεων για χρήση στο περιβάλλον γραφείου. Ως πρόσθετο πλεονέκτημα, η ευρεία χρήση της εκτύπωσης 3D FFF σημαίνει ότι υπάρχει πληθώρα πληροφοριών και πόρων που διατίθενται δωρεάν.