Всем привет. С Вами компания 3Dtool!
Современные 3D-принтеры для печати фотополимерными смолами в основном представлены аппаратами на жидкокристаллических матрицах (MSLA), хотя эта технология появилась далеко не первой. Рассказываем, почему MSLA 3D-принтеры потеснили лазерные (SLA) и проекторные (DLP) варианты, и делимся примерами.
Развитие стереолитографии началось с лазерных систем (Laser Stereolitography, SLA) в 1980-х. Отцом стереолитографии считается Чарльз Халл, основавший успешную компанию 3D Systems, хотя работы в этом направлении велись и другими изобретателями, например японским профессором Хидэо Кодамой, придумавшим термин «быстрое прототипирование», и французскими инженерами Жаном-Клодом Андре, Оливье де Витте и Аленом ле Меоте. Как минимум, Чарльза Халла можно считать автором термина «стереолитография», а первым продуктом 3D Systems стал лазерный 3D-принтер SLA-1.
Чарльз Халл (справа) и 3D-принтер SLA-1
Технология лазерной стереолитографии основана на выборочном отверждении фотополимера лазерным лучом, перемещаемым по поверхности до полного формирования одного слоя за другим. В ранних системах лазерные излучатели устанавливались над емкостями с фотополимером, хотя впоследствии появилась и более привычная в наши дни «перевернутая» схема с расположением излучателей под кюветой с прозрачным дном. Это позволяет обходиться без ракелей, необходимых для выравнивания поверхности расходного материала после построения каждого слоя и опускания платформы. Заодно можно конструировать более крупноформатные системы без огромных емкостей, так как по мере построения изделия как бы вытягиваются из фотополимера вверх, а не погружаются в смолу.
Схема SLA 3D-принтера с верхним расположением лазера
Главные недостатки лазерных стереолитографических систем — высокая стоимость и относительно невысокая производительность. Качественные гальванометрические сканаторы стоят немалых денег, а засветка осуществляется по сути точка за точкой. Стоимость ранних систем могла достигать пары сотен тысяч долларов за штуку, и хотя со временем ценники снизилось до десятков тысяч, позволить такое оборудование на первых порах могли только крупные предприятия, что сильно тормозило развитие аддитивной отрасли.
Схема DLP 3D-принтера
Попыткой снизить стоимость и повысить производительность стали 3D-принтеры по технологии цифровой проекторной стереолитографии (DLP, Digital Light Processing). Здесь вместо лазерных излучателей используются цифровые проекторы с ультрафиолетовой подсветкой. Преимущество таких систем в том, что они позволяют отверждать слои целиком вместо последовательной штриховки лазерным лучом. Впрочем, панацеей они не стали, все еще будучи довольно дорогими, да к тому же сильно ограниченными по полезному объему. Подходящие микрозеркальные устройства выпускают считанные компании, а их размер невелик.
Схема MSLA 3D-принтера
Настоящим шагом вперед стала технология ЖК-масочной стереолитографии (MSLA, Masked Stereolitography). Принцип такой же, как в проекторных принтерах, только вместо проекторов используются недорогие и широкодоступные жидкокристаллические матрицы, как на современных смартфонах и планшетах. Собственно, на первых порах производители буквально закупали матрицы от смартфонов и устанавливали их в 3D-принтеры прямо с уже наклеенными светофильтрами, совершенно бесполезными и даже вредными при 3D-печати, так как они несколько размывают картинку. Довольно быстро производители подстроились и стали устанавливать уже монохромные матрицы, то есть без лишних фильтров, что не только повысило резкость, но и улучило производительность за счет более высокой светопропускной способности.
Современные MSLA 3D-принтеры обеспечивают высокое разрешение при сравнительно низкой стоимости оборудования, а потому абсолютно доминируют на рынке фотополимерной 3D-печати. С другой стороны, полностью вытеснить проекторные и лазерные системы им все же не удалось
Лазерная стереолитография до сих пор остается востребованной в промышленной 3D-печати, так как такое оборудование легко масштабируется вверх без необходимости в производстве огромных проекторов или матриц. Такие системы можно использовать, например, в производстве крупных макетов или формовочной оснастки. DLP 3D-принтеры тоже занимают свою нишу, будучи в целом более доступными, чем лазерные системы, и при этом более живучими, чем ЖК-масочные: продолжительность жизни проекторов на порядок выше жидкокристаллических матриц, постепенно разрушающихся под воздействием ультрафиолета, хотя качественная ЖК-матрица с легкостью выдержит как минимум пару тысяч часов. DLP 3D-принтеры до сих широко используются зуботехническими лабораториями и ювелирными мастерскими.
Ниже поделимся примерами стереолитографических 3D-принтеров по разным технологиям.
MSLA 3D-принтеры
Anycubic Photon P1
Photon P1 — новейший стереолитографический 3D-принтер от компании Anycubic, причем выполненный по необычной схеме: можно использовать как одну полноразмерную кювету, так и две поменьше. Зачем разбивать рабочую зону на две? Так разработчики решили реализовать возможность 3D-печати двух изделий одновременно с использованием разных смол.
Логика такова: можно одновременно печатать отдельные части изделий с разными физико-механическими свойствами или просто разных цветов. В итоге — уже после сборки — получаются либо разноцветные изделия, либо изделия с твердыми и эластичными компонентами, либо и то, и другое.
Если такие ухищрения не нужны, можно заменить две кюветы на одну побольше и установить обычную плоскую платформу. Размер области построения в такой конфигурации достигает 223х126х230 мм. Как вариант, при 3D-печати небольших изделий можно использовать одну маленькую кювету, чтобы не возиться с большими объемами фотополимера.
Photon P1 может похвастаться высоким разрешением — 14K благодаря десятидюймовой жидкокристаллической матрице. Модуль подсветки LighTurbo 4.0 выполнен по технологии «чип-на плате», оснащен коллимирующей линзой Френеля и обеспечивает равномерность засветки на уровне 92%.
Еще одна интересная особенность — подогрев кювет для работы с высоковязкими смолами. Специальные емкости прогреваются до 40°С, за счет чего повышается текучесть полимеров. При подъеме платформы дно емкости продувается и изгибается, примерно вдвое снижая усилие, требуемой на отделение свежих слоев ото дна. Все это снижает риск отрыва или расслоения моделей и позволяет печатать инженерными, стоматологическими и эластичными смолами с вязкостью до 8 Па⋅с, сопоставимой со сгущенным молоком или жидким медом.
Характеристики 3D-принтера Anycubic Photon P1:
- Технология: ЖК-масочная стереолитография (MSLA)
- Размер области построения: 223х126х230 мм
- Полезный объем: 6,5 л
- Тип маски: 10,1-дюймовая монохромная ЖК
- Разрешение по XY: 13312х5120 (14K)
- Модуль подсветки: LighTurbo 4.0 (COB (чип-на-плате) с линзой Френеля)
- Равномерность засветки: свыше 92%
- Скорость построения по оси Z: 25-35 мм/ч (стандартной смолой, слоями по 0,05 мм)
- Толщина слоев: 0,02-0,15 мм
- Размер пикселя: 16,8х24,8 мкм
- Интенсивность засветки: 5 мВт/см^2
- Длина волны: 405 нм
- Платформа: стальная
- Система обнаружения остатков смолы: есть
- Функция отслеживания уровня смолы: есть
- Система дозаправки: нет
- Подогрев кюветы: до 40°С
- Система очистки воздуха: опциональная AirPure 2.0
- Функция сохранения при внеплановых отключениях питания: есть
- Дисплей: 4,5-дюймовый резистивный сенсорный
- Интерфейс: USB, Wi-Fi, LAN
- Программное обеспечение: Anycubic Photon Workshop
- Габариты: 366х338х539 мм
- Вес: 13,5 кг (нетто), 17,6 кг (брутто)
3D-принтер Anycubic Photon P1 можно приобрести у нашей компании.
Elegoo Saturn 4 Ultra 16К
Saturn 4 — одна из самых популярных моделей в сегменте настольных фотополимерных 3D-принтеров благодаря отличному сочетанию доступной цены, высокой производительности и отличного разрешения. Первые «Сатурны» четвертого поколения поступили в продажу в 2024 году. Изначально компания Elegoo предлагала два варианта — базовый и Ultra. Последний отличался более удобным, увеличенным дисплеем, наличием модуля беспроводной связи и системы машинного зрения для выявления сбоев, а также более мощным световым модулем и, как результат, вдвое повышенной производительностью, но обе модели оснащались десятидюймовыми матрицами с разрешением 12K.
Затем Saturn 4 Ultra модернизировали, установив новую матрицу с разрешением уже 16K. Даже при внушительном полезном объеме, достигающем 218,88х122,88х220 мм, усовершенствованная система дает пиксели размером всего 14х19 мкм. Мощный модуль засветки по технологии «чип-на-плате» с линзой Френеля обеспечивает производительность до 150 мм/ч.
Калибровка выполняется автоматически, а встроенная вебкамера выполняет сразу несколько задач, позволяя удаленно наблюдать за рабочими процессами, делать записи в разрешении 720p и отслеживать сбои с помощью системы машинного зрения.
Для снижения нагрузок на печатаемые изделия кювета при подъемы платформы наклоняется, помогая аккуратно отделять свежие слои ото дна. Уровни смолы отслеживаются специальным датчиком. Отдельный сенсор отвечает за экстренную остановку при перегреве светового модуля.
Бортовой интерфейс включает удобный четырехдюймовый сенсорный дисплей, передача данных осуществляется по USB и Wi-Fi. C собственным слайсером компания решила не заморачиваться, вместо этого предлагая проверенный временем Chitubox.
Характеристики 3D-принтера Elegoo Saturn 4 Ultra 16K:
- Технология: ЖК-масочная стереолитография (MSLA)
- Размер области построения: 218,88х122,88х220 мм
- Тип маски: 10-дюймовая монохромная ЖК
- Разрешение по XY: 15120х6230 (16K)
- Точность позиционирования по Z: 0,02 мм
- Размер пикселя: 14х19 мкм
- Максимальная скорость построения по оси Z: 150 мм/ч
- Толщина слоев: 0,01-0,2 мм
- Модуль подсветки: (COB (чип-на-плате) с линзой Френеля)
- Длина волны: 405 нм
- Камера с машинным зрением: есть
- Подогрев кюветы: есть
- Дисплей: 4-дюймовый емкостный сенсорный
- Интерфейс: USB, Wi-Fi
- Программное обеспечение: Chitubox
- Габариты: 327,4х329,2х548 мм
- Вес: 16,1 кг (нетто), 18,7 (брутто)
3D-принтер Elegoo Saturn 4 Ultra 16K можно заказать у нашей компании.
DLP 3D-принтеры
Raise3D DF2
Компания Raise3D вышла на рынок фотополимерной 3D-печати довольно поздно, изначально специализируясь на экструзионных 3D-принтерах профессионального класса. Первая и пока единственная стереолитографическая система под этим брендом — Raise3D DF2, выпущенная в 2023 году.
Слои формируются цифровым микрозеркальным устройством со светодиодной подсветкой, разрешением 2560х1440 и размером пикселя 78,5 мкм. Полезный объем достигает 200х112х300 мм. При работе с вязкими смолами рабочий объем можно прогревать до 40°С для повышения текучести. Оборудование поставляется с заводской калибровкой и готово к работе сразу после подключения к сети и заправки фотополимером.
Компания предлагает целый комплекс оборудования, помимо 3D-принера включающий опциональные вспомогательные станции промывки от остатков смолы и дозасветки. Автоматизированная промывочная станция DF Wash может работать с водой, изопропиловым спиртом или монометиловым эфиром дипропиленгликоля, в зависимости от используемого фотополимера. За окончательное отверждение отвечает устройство DF Cure с ультрафиолетовыми излучателями.
Конструкторы постарались максимально автоматизировать весь производственный процесс: система умеет распознавать фирменные материалы по RFID-меткам и самостоятельно настраивать параметры 3D-печати, промывки и дозасветки.
Характеристики 3D-принтера Raise3D DF2:
- Технология: цифровая проекторная стереолитография (DLP)
- Размер области построения: 200х112х300 мм
- Максимальная масса изделий: 10 кг
- Разрешение по XY: 2560х1440
- Максимальная скорость построения по оси Z: 80 мм/ч
- Толщина слоев: 0,05-0,2 мм
- Длина волны: 405 нм
- Подогрев рабочего объема: до 40°С
- Функция отслеживания уровня смолы: есть
- Система дозаправки: есть
- Функция распознавания расходных материалов по RFID-меткам: есть
- Калибровка: заводская
- Дисплей: сенсорный с разрешением 1920х720
- Интерфейс: USB, Wi-Fi, LAN
- Программное обеспечение: ideaMaker, RaiseCloud
- Форматы файлов: STL, OBJ, 3MF, OLTP
- Габариты: 450х408х730 мм
- Вес: 40 кг (нетто)
3D-принтер Raise3D DF2 можно приобрести у нашей компании.
Elegoo Mars 4 DLP
Линейка Mars задумана как компактная и бюджетная и пользуется высоким спросом. Практически все фотополимерные 3D-принтеры от Elegoo работают по технологи ЖК-масочной стереолитографии, включая базовый Mars 4, но компания все же решила сделать вариант с цифровым светодиодным проектором.
Elegoo утверждает, что срок эксплуатации проектора достигает двадцати тысяч часов, то есть примерно в десять раз дольше, чем живучесть жидкокристаллических масок. Разрешение, с другой стороны, невелико по современным меркам — всего 2K или 2560х1440.
Проектор отделен от рабочего объема закаленным стеклом с высокой светопропускной способностью — порядка 95% с аналогичным показателем равномерности распределения светового потока. Даже при невысоком разрешении получаются очень четкие слои. Помимо этого система очень экономична в плане энергопотребления.
В роли слайсера компания рекомендует использовать программное обеспечение Voxeldance Tango, поддерживающее динамический режим работы. В динамическом режиме скорость подъема платформы регулируется в зависимости от площади формируемых слоев и, соответственно, нагрузок при отделении ото дна. Если модель небольшая, платформа поднимается быстрее, повышая общую производительность. Elegoo также разработала собственный формат файлов GOO, совместимый со слайсерами Chitubox и Lychee.
Характеристики 3D-принтера Elegoo Mars 4 Pro:
- Технология: цифровая проекторная стереолитография (DLP)
- Размер области построения: 132,8х74,7х150 мм
- Оптическая система: цифровой светодиодный проектор
- Максимальная скорость построения по оси Z: 70 мм/ч
- Разрешение по XY: 2560х1440
- Размер пикселя: 50 мкм
- Максимальная скорость построения по оси Z: 70 мм/ч
- Толщина слоев: 0,01-0,2 мм
- Модуль подсветки: COB (чип-на-плате) с линзой Френеля
- Равномерность засветки: до 95%
- Длина волны: 405 нм
- Шумность: менее 48 дБ
- Система фильтрации воздуха: опциональная
- Дисплей: 3,5-дюймовый резистивный сенсорный
- Интерфейс: USB
- Программное обеспечение: Voxeldance Tango, Chitubox
- Габариты: 246х230х453 мм
- Вес: 6,8 кг (нетто), 10,34 кг (брутто)
SLA 3D-принтеры
Formlabs Form 3
Массачусетская компания Formlabs образована выходцами из Массачусетского технологического института и быстро завоевала нишу настольной лазерной стереолитографии. До прихода Formlabs лазерные системы стоили запредельно дорого, но команде удалось сделать линейку бюджетных 3D-принтеров, доступных даже любителям. Правда, по мере роста популярности ЖК-масочных стереолитографических систем внимание разработчиков сместилось в сторону более дорогих систем профессионального класса.
Третье поколение SLA 3D-принтеров от Formlabs включает два базовых варианта — стандартный Form 3 и увеличенный Form 3L. Оба варианта также предлагаются в «стоматологическом» исполнении, но это касается в основном выбора специализированных расходных материалов.
Система позиционирования собственной разработки состоит из зеркал и линз, обеспечивающих падение луча строго под прямым углом по всей рабочей площади. Гальванометр позиционирует лазерный луч по оси Y, затем луч пропускается через пространственный фильтр и направляется на параболическое зеркало, откуда отражается на фотополимер.
Рабочий объем Form 3 — 145х145х185 мм, тогда как увеличенный Form 3L предлагает уже 335х200х300 мм. При работе с вязкими смолами емкости можно слегка подогревать до 35°С. Фотополимеры поставляются в удобных картриджах, для постобработки предлагаются опциональные станции промывки и ультрафиолетовой дозасветки Form Wash и Form Cure. Штатным программным обеспечением служит фирменный слайсер PreForm.
Характеристики 3D-принтера Formlabs Form 3:
- Технология: лазерная стереолитография (SLA)
- Количество лазеров: 1
- Класс лазера: 1
- Мощность лазера: 250 мВт
- Точность по XY: 25 мкм
- Размер лазерного пятна: 85 мкм
- Длина волны: 405 нм
- Размер области построения: 145х145х185 мм
- Толщина слоя: 0,025-0,3 мм
- Подача расходного материала: автоматическая
- Подогрев расходного материала: до 35°С
- Дисплей: 5,5-дюймовый сенсорный c разрешением 1280х720
- Интерфейс: USB, Ethernet, Wi-Fi
- Программное обеспечение: PreForm
- Форматы файлов: STL, OBJ, FORM
- Системные требования: Windows 7 (64-разрядная) и выше, Mac OS X 10.12 и выше, OpenGL 2.1, 4 Гб ОЗУ
- Габариты: 405х375х530 мм
- Вес: 17,5 кг (нетто)
Наша компания предлагает как базовые 3D-принтеры Formlabs Form 3, так и увеличенные Form 3L, в том числе стоматологические варианты Form 3B и Form 3BL.
Eplus3D EP-A800
EP-A800 — это уже по-настоящему крупноформатная стереолитографическая система промышленного класса с полезным объемом 800х800х450 мм. Оборудование можно использовать как для 3D-печати крупногабаритных изделий, так и мелкосерийного производства мелких деталей — прототипов, литейных мастер-моделей, пресс-форм и тому подобного.
Позиционирование луча осуществляется прецизионным гальванометрическим сканатором со скоростью штриховки до двенадцати метров в секунду. В комбинации с системой VarioBeam диаметр пятна может регулироваться в пределах от 0,08 до 0,8 мм для точной прорисовки внешних элементов и быстрого построения внутренних структур. 3D-принтер можно оснастить одним или двумя твердотельными лазерами, в двухлазерной конфигурации производительность вырастает примерно на 30-45%.
Программное обеспечение EPResin автоматически анализирует цифровые модели и подбирает оптимальные параметры 3D-печати каждого участка, исходя из толщины стенок, геометрической сложности, выступающих элементов. Все основные параметры, включая толщину слоев, скорость сканирования, мощность излучения и другие, также можно регулировать вручную. Регулировка уровня смолы и прогрев камеры выполняются автоматически.
Расходными материалами служат фотополимерные смолы, оптимизированные под отверждение ультрафиолетовым излучением с длиной волны 355 нм. Оборудование позволяет работать с фотополимерами от сторонних производителей.
Характеристики 3D-принтера Eplus3D EP-A800:
- Технология: лазерная стереолитография (SLA)
- Размер области построения: 800х800х450 мм
- Максимальная масса изделий: 120 кг
- Количество лазеров: 1 или 2
- Лазерный источник: твердотельный с диодной накачкой
- Мощность лазера: 3 Вт
- Система позиционирования лазерного луча: прецизионный гальванометрический сканатор
- Скорость сканирования: 6-12 м/с
- Система фокусировки: асферические линзы F-theta
- Размер лазерного пятна: 0,08-0,2 мм, 0,08-0,8 мм (с модулем VarioBeam)
- Длина волны: 355 нм
- Толщина слоя: 0,05-0,25 мм
- Точность: ±0,15 мм (при размере детали менее 100 мм), ±0,15% (при размере детали выше 100 мм)
- Кнопка аварийного отключения: есть
- Платформа: мраморная
- Интерфейс: USB
- Программное обеспечение: EPResin
- Форматы файлов: STL, SLC, CLI, EPI
- Минимальные системные требования: Windows 7 (64-разрядная), процессор Intel Core i3 с тактовой частотой 2,1 ГГц, 4 Гб ОЗУ
- Габариты: 1650х1500х2250 мм
- Вес: 1500 кг (нетто)
3D-принтер Eplus3D EP-A800 можно приобрести у нашей компании.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию по 3D-принтерам и другому производственному оборудованию в нашем ассортименте..
3Dtool — российский дистрибьютор и интегратор 3D-оборудования, станков с ЧПУ и промышленной робототехники.
Связаться с нами можно:
По телефону: 8 (800) 775-86-69
Электронной почте: Sales@3dtool.ru
На нашем сайте: 3dtool.ru
Наши материалы также доступны в Telegram канале, на Dzen и в группе Вконтакте