Dwie rodziny, dwie chemie
Druk 3D w segmencie konsumenckim i półprofesjonalnym dzieli się na dwa obozy. Drukarki fotopolimerowe — SLA, DLP i LCD — utwardzają ciekłą żywicę światłem, budując część od góry do dołu, warstwa po warstwie. Drukarki filamentowe, FDM lub FFF, topią stały termoplast i odkładają go przez dyszę, kładąc ścieżki, które zastygają i łączą się ze sobą.
Chemia determinuje resztę. Żywica startuje jako ciecz i twardnieje tylko tam, gdzie dociera światło, więc rozdzielczość nie zależy od dyszy. Filament startuje jako lita laska, dlatego jego dokładność jest z gruntu ograniczona średnicą dyszy i tym, jak precyzyjnie można ułożyć stopiony materiał.
Jak naprawdę budują SLA, DLP i FDM
W SLA i DLP źródło światła — laser lub projektor — naświetla cienką warstwę żywicy na platformie; część się unosi, kolejna warstwa zostaje naświetlona, a podpory trzymają geometrię przy płycie. Warstwy od 25 do 50 mikronów są typowe, a ponieważ żadne narzędzie nie dotyka powierzchni, ściany pionowe wychodzą gładkie.
W FDM dysza prowadzi każdą warstwę jako ciągły stop. Rozdzielczość wyznacza średnica dyszy, często 0,4 mm, oraz wysokość warstwy, zwykle od 0,1 do 0,3 mm. Ścieżka zostawia widoczne linie, a przewieszenia wymagają podpór drukowanych z tego samego lub drugiego filamentu. Proces jest mechaniczny i wybaczający, ale zgrubny.
Detal, rozdzielczość i dokładność wymiarowa
Żywica wygrywa detalem. Drobny tekst, cienkie ścianki, małe otwory i organiczne, rzeźbione powierzchnie wychodzą ostro, bo krawędź definiuje piksel lub plamka lasera. Typowa tolerancja to około ±0,1 mm, a maszyny o wysokiej rozdzielczości schodzą niżej. Dlatego stomatologia, jubilerstwo i miniatury wybierają żywicę. Przy cechach krytycznych dochodzi kontrola na współrzędnościowej maszynie pomiarowej.
Filament jest zgrubniejszy, ale w zupełności wystarcza większości części funkcjonalnych. Licz się z ±0,2 do ±0,5 mm, a dokładność zależy od temperatury, naciągu pasków i orientacji detalu. Duże, klockowe przyrządy i obudowy drukują się dobrze; drobne elementy wzajemnie się blokujące mogą wymagać poprawek albo maszyny żywicowej.
Wykończenie powierzchni i problem linii warstw
Część wyjęta z wanny ma już gładkie, niemal wtryskowe powierzchnie na naświetlonych ściankach i wymaga tylko mycia oraz utwardzania UV. Powierzchnie krzywoliniowe i zdobione wyglądają na wykończone przy minimalnym szlifowaniu, co jest głównym powodem wyboru żywicy do modeli prezentacyjnych. Po utwardzeniu powierzchnia bywa lekko lepka i wymaga dodatkowego naświetlenia, zanim detal trafi do klienta.
Wydruki filamentowe pokazują schodki i linie ścieżek, zwłaszcza na powierzchniach krzywych i skośnych. Można je przeszlifować, zaszpachlować lub wygładzić parą w przypadku ABS, ale to dodatkowa robocizna. Przy ukrytych wspornikach konstrukcyjnych linie nie przeszkadzają; przy widocznych elementach użytkowych zwykle wymagają obróbki. Wtedy warto zaplanować szlifowanie na mokro i podkład.
Wytrzymałość, anizotropia i przydatność użytkowa
Standardowa żywica jest krucha: mocna na ściskanie, ale pęka lub rozpryskuje się pod udarem i przy zginaniu. Żywice udarowe i techniczne — typu ABS, o podwyższonej HDT, z napełniaczem szklanym — wyraźnie to poprawiają, choć nadal ustępują udarności dobrze wydrukowanego termoplastu.
Elementy filamentowe są twardsze i bardziej ciągliwe. ABS, PC, PA, nylon oraz gatunki z włóknem węglowym lub szklanym lepiej pochłaniają udar i znoszą zmęczenie, a struktura wytłaczanej ścieżki daje dobrą wytrzymałość w płaszczyźnie. Słabą osią jest przyczepność między warstwami, więc bardzo duże obciążenia przez grubość nadal wymagają namysłu konstrukcyjnego. Przy obciążeniach zmiennych lepiej pogrubić ściankę niż liczyć na anizotropowy wydruk.
Zakres materiałów i właściwości
Biblioteki żywic skupiają się na fotopolimerach: standardowych, udarowych, elastycznych, odlewniczych, stomatologicznych i wysokotemperaturowych. Każdy dostraja jedną właściwość — przezroczystość, elastyczność, temperaturę ugięcia — kosztem pozostałych. Dostajesz znakomite cechy szczegółowe, ale w węższym oknie właściwości niż przy formowaniu. Katalog bywa szeroki, ale realnie dostępnych w danej chwili gatunków jest zwykle kilka.
Filament obejmuje szerokie menu termoplastów: PLA do łatwych wydruków, ABS i ASA do udarności i temperatury, PC do przezroczystości i wytrzymałości, nylon do odporności na ścieranie i chemię oraz kompozyty z włóknem węglowym lub szklanym do sztywnych, lekkich części. Jeśli potrzebujesz znanego tworzywa technicznego, filament zwykle je ma.
Obróbka po druku, bezpieczeństwo i porządek
Żywica to proces brudniejszy i bardziej wymagający. Części wychodzą mokre od żywicy i trzeba je umyć w alkoholu izopropylowym, następnie utwardzić UV, a czasem dodatkowo przeszlifować lub pomalować. Nieutwardzona żywica i opary wymagają rękawic, okularów i sprawnej wentylacji; to praca w rytmie laboratoryjnym, nie przy biurku. Zużyty alkohol i resztki żywicy to odpad, który trzeba utylizować zgodnie z przepisami.
Filament jest stosunkowo czysty. Części są suche, podpory się odłamuje lub odcina, a szlifowanie bywa kosmetyczne. Główna uwaga dotyczy kontroli oparów przy ABS i ASA oraz wentylacji obudowy. Przygotowanie i sprzątanie są przyjaźniejsze dla biura lub warsztatu, a drobny pył ze szlifowania warto odciągać.
Koszt sztuki, materiał i wydajność
Maszyny żywicowe i sama żywica są umiarkowanie drogie, ale koszt grama materiału jest wyższy niż w przypadku masowego filamentu, a mycie w alkoholu izopropylowym i utwardzanie dodają materiały eksploatacyjne. Przy małych, drobnych częściach zużycie materiału jest znikome, więc koszt sztuki pozostaje niski; przy dużych, pełnych bryłach żywica szybko drożeje.
Filament jest tani na szpuli i wydajny przy dużych, w większości pełnych częściach, bo płacisz za tworzywo, które wytłaczasz. Wydajność sprzyja filamentowi przy dużych detalach, a żywicy przy wielu małych częściach na jednej platformie. Wybieraj według rozmiaru i liczby sztuk, nie tylko ceny maszyny.
Termin realizacji i tempo iteracji
Oba procesy są szybkie od pliku do części, ale rytm jest inny. Żywica drukuje drobny detal wolno warstwa po warstwie, za to upycha wiele małych elementów w jednym cyklu wanny, więc partia miniatur kończy się sprawnie. Mycie i utwardzanie dodają stały etap niezależny od liczby sztuk.
Filament drukuje w sposób ciągły i skaluje się z objętością: duża obudowa może zająć wiele godzin, ale wymaga niewiele pracy po druku. W przypadku filamentu przy szybkim prototypie funkcjonalnym często wystarczy wydrukować część, oderwać podpory i przetestować ją tego samego popołudnia, podczas gdy żywica wymaga jeszcze okna na mycie i utwardzanie.
Typowe zastosowania w branżach
Żywica dominuje tam, gdzie rządzi wygląd i detal: modele stomatologiczne i prowadnice chirurgiczne, wzorce jubilerskie, miniatury i figurki oraz prototypy prezentacyjne o gładkich powierzchniach. Wykorzystuje się ją też do wzorców odlewniczych w odlewaniu metodą wosku traconego. Takie wzorce są jednorazowe, więc nie muszą być trwałe.
Filament dominuje tam, gdzie rządzi funkcja: przyrządy i uchwyty na hali, obudowy i wsporniki, części zamienne oraz wielkogabarytowe prototypy. Wspornik z nylonu z włóknem węglowym na ramieniu robota to podręcznikowy przypadek filamentu, któremu żywica nie dorówna udarnością. W studiach projektowych filament służy też do makiet wielkoformatowych, których żywica nie udźwignie.
Jak FabProto pomaga wybrać i wydrukować
FabProto prowadzi zarówno systemy żywicowe, jak i filamentowe, więc wybór wynika z Twojej części, a nie z tego, co potrafi jedna maszyna. Prześlij model, a wskażemy, czy proces powinien rozstrzygać drobny detal, gładka powierzchnia, udarność czy gabaryt. Dobór podpór i orientacji często decyduje o tym, czy detal w ogóle się wydrukuje.
Możemy wydrukować tę samą geometrię w obu technologiach do porównania, doradzić orientację i podpory, by ograniczyć wykończenie, oraz dobrać materiał do zastosowania — od modelu wystawowego z żywicy udarowej po uchwyt na halę z nylonu z włóknem węglowym. Dostajesz właściwy proces bez kupowania obu technologii.