Unul dintre multele impulsuri pe care le-am avut pentru a începe o afacere în imprimarea 3D a fost când am citit prima dată despre imensa imprimantă Mammoth, dezvoltată și construită de Materialise pentru propria lor flotă de imprimante 3D (http://www.materialise.com/en/blog/materialises-mammoth-stereolithography-3d-printing-on-a-grand-scale).

Specificațiile imprimantei 3D Mammoth sunt uluitoare: dimensiunile maxime ale pieselor sunt de 2100 x 700 x 800 mm la o înălțime a stratului de 0,1 mm. Și, desigur, Mammoth se bazează pe stereolitografie, pe scurt SL (sau SLA, unde “A” vine de la “aparat” sau “aparatură”). Imaginați-vă doar cantitatea de rășină dintr-un recipient precum o cadă de baie mare – ​​atât de mare încât nu o mai putem numi “cuva”! Fără îndoială, Mammoth încă poate fi numită mama tuturor aparatelor SL. Ca să nu mai  spunem că laserul UV destul de mare,  cu punct focal de 0,8 mm, are nevoie de minim 3 zile pentru a-și termina treaba pentru un print la dimensiune maximă.

Mammoth se bazează pe celebrul brevet Chuck Hulls, depus inițial în 1984 și, după cum am menționat, folosește un fascicul laser UV pentru a polimeriza strat cu strat o rășină fotosensibilă. Presupun că voi mai scrie despre fotopolimeri, dar deocamdată să reținem conceptul simplu, dar uluitor, că un lichid poate fi solidificat în mod controlat, doar cu puțină lumină.

De la invenția lui Chuck Hulls și de la nașterea imprimantei 3D Mammoth, tehnologia SL s-a dezvoltat însă rapid în diverse direcții. Din perspectiva materialului, trebuie să separăm procesele cu rășină, polimer și pulbere metalică. Limitez acest articol doar la SL pe bază de rășină, care s-a ramificat în 3 tehnologii principale, bazate pe:

  1. Laser UV
  2. Procesarea digitală a luminii (DLP) Texas Instruments (TI) (http://www.ti.com/dlp-technology/markets.html)
  3. Tehnologia de mascare LCD

Acum, lăsând deoparte aspectele de calitate optică ale acestor 3 abordări tehnice complet diferite și luândîn considerare doar debitul, putem spune cu ușurință că sistemul bazat pe laser UV este de fapt cel mai lent. Există un mic spot laser 1D (de obicei între cca. 50 și 300 de microni) care este deviat mecanic (!) pentru a scana cât mai repede posibil o suprafață relativ mare (de obicei între cca. 100 și 1.000 cm2). Volumul de imprimare este de 4 milioane de ori mai mare decât suprafața spotului laser. Scalarea unei imprimante 3D de la un laser la 2 sau chiar 4 surse laser nu schimbă cu nimic partida în ce privește viteaza. Apropo, în prezent, configurația mecanică a oglinzii laser este atât de rapidă pe cât este posibil. Așa că deocamdată, putem trage concluzia că nu se întrevede o cale de creștere substanțială a vitezei de imprimare pentru sistemele SL bazate pe laser. Și aș merge și mai departe spunând că orice câștiguri viitoare de viteză vor fi contrabalansate de alegerea unor spoturi laser de dimensiuni mai mici ale pentru a crește rezoluția de imprimare.

În imprimarea 3D SL, jocul s-a schimbat și s-a făcut un pas înainte odată cu introducerea tehnologiei DLP de la TI. Atunci, dintr-o dată, a devenit posibilă proiectarea controlată a unei lumini structurate pe o suprafață simplă. Primele cipuri TI-DLP aveau rezoluții proaste, dar, datorită posibilității de a scana o suprafață dintr-un foc, în doar 1-10 secunde, față de cu 100-1.000 secunde sau peste pentru SLA-urile bazate pe laser, argumentul privind debitul a devenit motorul principal pentru o dezvoltare majoră. Unele configurații SLA împing chiar limitele (chimice) până la 0,1 secunde pentru o etapă de întărire a stratului.

Deci putem trage concluzia că, în funcție de configurație și de modelul 3D în cauză, DLP-SL este de 1 până la 4 ori mai rapid decât laser-SL! Aceasta este o diferență uriașă și reprezintă motivul principal pentru dezvoltările de produse destul de recente și majore în acest domeniu. Aici mă refer la tehnologia CLIP de la Carbon (www.carbon3d.com) și la tehnologia Figure4 de la 3D Systems (http://3dprinters.3dsystems.com/figure4), desi la cea din urmă se poate vorbi de ironia soartei…

Succesul de piață al Formlabs de acum câțiva ani, cu SLA-ul lor bazat pe laser, vine în esență din faptul că au avut îndrăzneala să fie primii care să se bată cu 3D Systems și cu proprietatea intelectuală a lui Chuck Hull și să vină cu un design simplu de imprimantă 3D, care să reducă marjele de profit astronomice la un fel de nivel normal, oferind o imprimantă de birou sub 5.000 € în loc de imprimante de 100.000 €. Nu există niciun motiv tehnic pentru care o imprimantă 3D laser-SLA structurată relativ simplu să nu fie „ieftină”. Așa că jos pălăria oricui încearcă să aducă SLA-uri cu laser pentru mase!

Dar când vorbim despre utilizare industrială și despre concepte de viitor, este clar că tehnologia DLP a câștigat în fața celei laser. Totuși, și DLP ar putea fi mort înainte de a fi apucat să crească cine știe ce. Un relativ nou venit, tehnologia LCD-SL, se luptă pentru primul loc în segmentul imprimării 3D pe bază de rășină. Și motivul nu constă nici în comparația performanței optice, nici în cea a randamentului. Este încă prea devreme pentru a pronunța un câștigător definitiv pe aceste două fronturi, dar poziția actuală a tehnologiei DLP-SL este pur și simplu amenințată, deoarece LCD-SL câștigă în mod clar din punct de vedere pur economic.

E momentul din nou pentru o abordare bazată pe principiile de bază, care ne va ajuta să înțelegem mai ușor despre ce e vorba. DLP se bazează pe milioane de microoglinzi montate pe un cip semiconductor din siliciu, care în sine este destul de complicat și costisitor, dar în plus, cip-ul DLP are nevoie de putere de calcul mare și optică relativ complicată pentru a funcționa corect și fiabil. În plus, acele microoglinzi scumpe tind să fie super sensibile exact la tipul de lumină UV necesar pentru fotopolimerizare. Vorbim de multe mii de Euro pentru cip-ul DLP, pentru puterea de calcul, pentru optică și, inevitabil, vorbim de încă pe atât dacă ceva se defectează. LCD-SL, prin comparație, folosește o tehnologie bazată exclusiv pe tehnologia cu semiconductoare pentru ecranele LCD, care vine, să zicem, în intervalul de preț 10-100 Euro. La fel de accesibile sunt și plăcile de control și optica. Astfel, chiar dacă ceva se defectează, reparațiile vor fi destul de accesibile financiar.

Deci, chiar dacă tehnologia LCD-SL nu o depășește neapărat pe cea DLP în ce privește rezoluția de imprimare sau viteza, o depășește, cu toate acestea, în cel mai simplu mod posibil: bani, bani și iar bani.

 

Yannick Bastian

Fondator & Președinte FormWerk