Różnica pomiędzy drukarkami 3D na filament a żywicę.

Wstęp do technologii druku 3D

Druk 3D, znany także jako technologia addytywna, to nowoczesna metoda produkcji, umożliwiająca tworzenie trójwymiarowych obiektów na podstawie modeli cyfrowych. W odróżnieniu od tradycyjnych technik produkcji, które polegają na cięciu, frezowaniu lub formowaniu materiałów, druk 3D tworzy przedmioty warstwa po warstwie, w wyniku czego jest to proces znacznie bardziej elastyczny i precyzyjny.

W tradycyjnej obróbce metalu czy drewna, np. przy użyciu maszyny CNC, materiał jest usuwany z większego kawałka materiału poprzez frezowanie, szlifowanie lub wiercenia. Prowadzi to do powstania odpadów. W druku 3D materiał jest nakładany warstwa po warstwie, co zmniejsza straty materiału, ponieważ tylko pożądane obszary są wypełniane.

Technologia ta zyskała ogromną popularność w ostatnich latach, przełomowo wpływając na wiele branż, w tym prototypowanie, produkcję, medycynę, sztukę, a także edukację. Drukowanie 3D umożliwia tworzenie wyjątkowo skomplikowanych struktur, które byłyby niemożliwe do wykonania za pomocą tradycyjnych metod. Zmienia to sposób, w jaki projektujemy, tworzymy i dostosowujemy produkty, oferując bezprecedensową swobodę w realizacji pomysłów.

Rodzaje technologii druku 3D

Drukarki na filament (FDM)

Drukarki na żywicę (SLA, DLP, LCD)

Drukarki FDM (Fused Deposition Modeling) wykorzystują filament w postaci cienkich włókien plastiku, które są podgrzewane i wytłaczane przez dyszę, nakładając materiał warstwa po warstwie. To najpopularniejsza i najbardziej dostępna technologia druku 3D, zwłaszcza wśród amatorów i hobbystów. FDM oferuje szerszą gamę materiałów, w tym PLA, ABS, PETG, a także materiały elastyczne czy kompozyty, co czyni je bardziej uniwersalnymi. Choć FDM zapewnia niższą rozdzielczość w porównaniu do żywicy, jest to metoda bardziej ekonomiczna, szczególnie w produkcji większych obiektów, takich jak części mechaniczne, prototypy czy elementy wyposażenia.

Drukarki oparte na żywicy wykorzystują proces utwardzania światłem za pomocą lasera (w technologii SLA) lub projektora (w technologii DLP), tworząc obiekty warstwami. Technologia ta charakteryzuje się wyjątkową precyzją, oferując bardzo wysoką jakość detali, co czyni ją idealną do wydruku drobnych, skomplikowanych elementów, jak biżuteria, prototypy medyczne, czy modele architektoniczne. Drukarki na żywicę są także cenione za możliwość uzyskania gładkich powierzchni oraz detali, które w technologii FDM byłyby trudne do osiągnięcia.

Zastosowanie technologii druku 3D

Druk 3D stał się istotnym narzędziem w wielu dziedzinach. W przemysłach takich jak motoryzacja czy lotnictwo, drukowanie 3D pozwala na tworzenie części prototypowych oraz na szybkie testowanie nowych rozwiązań. W medycynie, technologia ta umożliwia produkcję modeli do planowania operacji, a także implantów i protez dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjentów. W sztuce i designie, artyści wykorzystują druk 3D do tworzenia skomplikowanych rzeźb, biżuterii, a także unikalnych przedmiotów użytkowych.

Ewolucja i przyszłość druku 3D

Pierwsze drukarki 3D pojawiły się na początku lat 80-tych XX wieku, jednak dopiero w ciągu ostatnich dwóch dekad technologia ta stała się bardziej dostępna dla szerokiej publiczności. Z czasem, dzięki postępom w materiałach, oprogramowaniu oraz wydajności urządzeń, druk 3D stał się częścią codziennego życia w wielu branżach. W przyszłości możemy spodziewać się jeszcze większej różnorodności materiałów, jeszcze lepszej jakości wydruków oraz dalszego rozwoju urządzeń. Druk 3D może zrewolucjonizować sposób produkcji, przejście do bardziej zrównoważonych metod wytwarzania, zmieniając zasady wytwarzania towarów w skali globalnej.

Proces druku 3D – krok po kroku: Technologia żywiczna (SLA) vs. Technologia filamentowa (FDM)

Drukarki na filament (FDM)

Drukarki na żywicę (SLA)

Wybór materiału

W technologii FDM użytkownicy wybierają odpowiedni filament, taki jak PLA, ABS, PETG, TPU, który charakteryzuje się różnymi właściwościami – od łatwości druku po odporność na temperatury i elastyczność. Wybór materiału zależy od specyficznych wymagań aplikacji, takich jak twardość, odporność na chemikalia, elastyczność czy wytrzymałość mechaniczną. FDM umożliwia wymianę filamentu podczas druku, co pozwala na tworzenie wielokolorowych modeli. Dzięki tej funkcji użytkownik może zmieniać kolor lub materiał w trakcie procesu, co daje większą elastyczność w projektowaniu modeli o zróżnicowanych właściwościach i estetyce.

Pierwszym krokiem w technologii SLA jest wybór odpowiedniej żywicy, której właściwości, takie jak twardość, elastyczność, przezroczystość, odporność na temperaturę oraz trwałość, mogą różnić się w zależności od potrzeb aplikacji. Należy jednak zauważyć, że drukowanie w technologii SLA odbywa się zazwyczaj w jednym kolorze i jednym materiale, co jest ograniczone przez konstrukcję procesu. Drukowanie wielokolorowych modeli w tej technologii jest niemożliwe z powodu faktu, że model drukowany jest zanurzony w wannie z żywicą, której nie można wymieniać w trakcie drukowania. Chociaż w niektórych zaawansowanych modelach drukarek SLA istnieje możliwość dopełnienia żywicy w przypadku jej ubytku, nie ma jednak opcji zmiany koloru żywicy w trakcie procesu druku.

Przygotowanie modelu

Proces przygotowania modelu w slicerze wygląda podobnie. Model również dzielony jest na warstwy, ale to filament jest używany do budowy kolejnych warstw. Dodanie podpór jest niezbędne w przypadku modeli z wiszącymi elementami, które muszą być wspierane podczas druku.

Po wyborze żywicy, użytkownik przechodzi do przygotowania modelu 3D w odpowiednim oprogramowaniu (slicerze). Program ten dzieli model na warstwy i umożliwia dodanie podpór w miejscach, które wymagają wsparcia. Modele w technologii SLA wymagają dokładnego zaplanowania podpór, ponieważ żywica jest utwardzana warstwa po warstwie, a brak podpór może skutkować deformacjami.

Proces druku

Proces druku polega na podgrzewaniu filamentu do temperatury topnienia, a następnie ekstrudowaniu go przez dyszę na stół roboczy. Filament jest nakładany warstwa po warstwie, a głowica drukująca przesuwa się zgodnie z zaplanowaną trajektorią, tworząc kolejne elementy modelu. W przypadku FDM ważne jest, aby temperatura ekstrudera oraz stołu roboczego była prawidłowo ustawiona dla wybranego materiału, aby zapewnić najlepszą jakość druku.

Po przygotowaniu wszystkiego, proces druku rozpoczyna się od utwardzania pierwszej warstwy żywicy za pomocą światła UV. Z każdą kolejną warstwą platforma robocza, do której zaczyna przywierać wydruk, powoli unosi się ku górze, a proces naświetlania warstwy powtarza się. Warstwa po warstwie model jest budowany, a żywica w każdym miejscu jest precyzyjnie naświetlana, co pozwala na uzyskanie bardzo wysokiej szczegółowości i jakości wydruku.

Po zakończonym wydruku

Po zakończeniu druku filamentowego model wymaga kilku prostych, ale kluczowych działań. Przede wszystkim należy usunąć podpory, które były użyte do podtrzymywania wiszących elementów. Jeśli drukarka jest dobrze skalibrowana, często można je usunąć ręcznie, bez użycia narzędzi. W przeciwnym razie pomocne będą szczypce lub nożyk do precyzyjnego oczyszczenia modelu. Alternatywnie można zastosować specjalne filamenty podporowe, które rozpuszczają się w wodzie lub innym rozpuszczalniku, jednak wymaga to zaawansowanej drukarki z wieloma głowicami drukującymi lub zestawem multimateriał do automatycznej wymiany filamentów. Po usunięciu podpór model może wymagać dalszego wykończenia, takiego jak szlifowanie, aby usunąć nierówności i wygładzić powierzchnię. Jeśli konieczne jest estetyczne wykończenie, model można również pomalować lub pokryć specjalnym lakierem ochronnym. Wszystkie te czynności mają na celu poprawienie wyglądu modelu oraz nadanie mu końcowej trwałości i funkcjonalności.

Po zakończeniu procesu druku na żywicę, model musi zostać oczyszczony z nadmiaru żywicy. Proces ten odbywa się poprzez umieszczenie modelu w kąpieli izopropylowego alkoholu, który skutecznie usuwa resztki materiału, które nie zostały utwardzone podczas druku. Następnie model jest umieszczany w komorze UV, gdzie następuje proces utwardzania, który pozwala na uzyskanie pełnej twardości i wytrzymałości materiału. Zazwyczaj trwa to od kilku minut do kilkudziesięciu minut w zależności od żywicy i jej właściwości. Utwardzanie za pomocą UV jest niezbędne, ponieważ pozwala na pełne osiągnięcie zaplanowanej trwałości wydruku.

Porównanie drukarek 3D: SLA vs FDM

Cena

Pod względem cenowym drukarki FDM są bardziej przystępne i dostępne w szerokim zakresie – od budżetowych modeli za około 700 zł po zaawansowane urządzenia kosztujące kilka tysięcy złotych. Drukarki żywiczne (SLA/DLP) zazwyczaj zaczynają się od wyższej półki cenowej, z podstawowymi modelami w granicach 1000 zł i profesjonalnymi wariantami osiągającymi kilka tysięcy złotych. Warto jednak pamiętać, że oprócz samej drukarki żywicznej konieczny jest zakup dodatkowego wyposażenia, takiego jak komora do utwardzania wydruków, co zwiększa całkowity koszt użytkowania. W przypadku drukarek FDM opcjonalnym, ale przydatnym akcesorium może być suszarka do filamentów, pomagająca utrzymać ich optymalne właściwości. Ostateczny wybór zależy od potrzeb użytkownika – jeśli priorytetem jest precyzja i jakość detali, warto rozważyć drukarkę żywiczną, natomiast dla większej wszechstronności i niższych kosztów eksploatacji lepszym wyborem może być technologia FDM.

Powierzchnia robocza

Drukarki FDM zwykle oferują większą powierzchnię roboczą, co pozwala na drukowanie większych obiektów. W typowych drukarkach 3D powierzchnia robocza wynosi od 200x200mm do 500x500mm, modele przemysłowe mogą oferować znacznie większe powierzchnie robocze. Drukarki SLA, ze względu na metodę druku, mają mniejsze obszary robocze, zazwyczaj do 200 x 200 mm, ale nadal wystarczają do tworzenia szczegółowych prototypów i modeli.

Czas druku

Czas druku w technologii SLA/DLP i FDM zależy od konkretnej drukarki, ale zazwyczaj w drukarkach żywicznych cała warstwa jest utwardzana jednocześnie. Oznacza to, że niezależnie od tego, jak skomplikowany jest model, czas utwardzania każdej warstwy pozostaje taki sam, a całkowity czas wydruku zależy głównie od wysokości modelu i ustawionej grubości warstw.

W przypadku drukarek FDM każda warstwa powstaje w inny sposób – materiał jest nakładany przez dyszę, która rysuje kształt warstwa po warstwie. Oznacza to, że im większa i bardziej skomplikowana warstwa, tym więcej czasu zajmuje jej stworzenie. Czas druku zależy więc nie tylko od wysokości modelu, ale także od tego, ile szczegółów i jak dużą powierzchnię ma każda warstwa.

Podsumowując, drukarki żywiczne mają bardziej przewidywalny czas druku, ponieważ utwardzają warstwy jednocześnie. W FDM czas może się wydłużyć, jeśli model ma duże i skomplikowane warstwy, ponieważ każda z nich musi zostać „narysowana” przez dyszę.

Jakość modeli

Drukarki SLA oferują wyższą jakość detali, szczególnie w małych wydrukach. Dzięki precyzyjnemu utwardzaniu żywicy, modele są gładkie, z minimalnymi widocznymi warstwami. Drukarki FDM, choć oferują dobrą jakość, zwłaszcza przy wyższych rozdzielczościach, mogą mieć widoczne ślady warstw, co może być problematyczne przy skomplikowanych modelach. Jednak nowoczesne drukarki FDM oferują coraz wyższą jakość, a techniki takie jak “ironing” mogą pomóc w wygładzaniu powierzchni.

Podsumowanie

Drukarki na żywicę (SLA/DLP/LCD) są idealne do precyzyjnych, małych wydruków, zapewniając wysoką jakość detali. Jednak wymagają one znacznie więcej pracy w trakcie eksploatacji – od konieczności częstej wymiany filtrów w ekranach, które mogą się zużywać przez zabrudzenia, po skomplikowane procesy czyszczenia modeli po druku. Dodatkowo, żywice używane w tych drukarkach są toksyczne, co wiąże się z koniecznością zachowania większej ostrożności i dbałości o bezpieczeństwo podczas pracy z nimi.

Drukarki na filament (FDM), mimo że oferują mniej precyzyjne detale w porównaniu do drukarek na żywicę, wymagają mniejszej ilości pracy związanej z obsługą. Proces czyszczenia jest prostszy, a materiał (filament) jest bezpieczniejszy w użytkowaniu. FDM oferują również większą powierzchnię roboczą i szerszą gamę materiałów, co czyni je idealnym wyborem do większych projektów.

Wybór odpowiedniego typu drukarki zależy od specyfiki projektu. Drukarki SLA/DLP będą lepszym rozwiązaniem dla osób, które potrzebują wyjątkowej precyzji i wysokiej jakości detali, ale trzeba liczyć się z większym nakładem pracy przy ich obsłudze i eksploatacji. Z kolei drukarki FDM, choć nie osiągają tej samej precyzji, oferują prostszą obsługę i mniejszą ilość problemów związanych z eksploatacją, co czyni je bardziej odpowiednimi do większych i mniej wymagających projektów.