Printer 3D Resin: SLA, DLP, dan LED-LCD Dijelaskan
Pencetakan 3D resin yang dapat dikuringkan cahaya telah mendapatkan ground dalam beberapa tahun terakhir untuk menjadi teknologi pencetakan 3D paling populer kedua setelah FFF, baik di lingkungan profesional maupun maker. Boom ini adalah hasil dari dua faktor penting. Di satu sisi, biaya lebih rendah printer 3D resin karena kemunculan teknologi baru telah menempatkan printer resin dalam segmen harga yang sama dengan FFF. Di sisi lain, kemunculan material baru seperti resin gigi, fleksibel dan teknik telah memungkinkan produksi bagian resin yang sebelumnya hanya feasible menggunakan FDM atau SLS.
Kekuatan utama pencetakan 3D resin, yang telah menarik perhatian beberapa sektor profesional seperti gigi atau perhiasan, adalah resolusi tinggi yang mampu dicapainya, berkisar dari 50 µm hingga 150 µm di XY dan dari 30 µm hingga 200 µm di Z, yang di bawah resolusi minimum printer 3D FFF. Akibatnya, bagian dicetak resin memiliki kualitas permukaan tinggi dan tingkat detail yang tinggi, memberikan kualitas estetika tertinggi dari semua teknologi manufaktur additive.
Dasar untuk pencetakan 3D resin
Pencetakan 3D resin didasarkan pada prinsip yang sepenuhnya berbeda dari yang digunakan dalam sebagian besar teknologi pencetakan 3D seperti FFF atau SLS. Sedangkan dalam ini, polimer termoplastik digunakan sebagai titik awal dan dipanaskan hingga suhu meleleh untuk membentuk bagian, pencetakan resin didasarkan pada polymerisasi campuran reaktif dari monomer dan oligomer dengan aplikasi selektif cahaya. Ini berarti bahwa, alih-alih menggunakan plastik sebagai bahan baku, dalam pencetakan resin komponen dasar yang menyusun plastik digunakan dan plastik dibentuk oleh reaksi kimia selama proses pencetakan.
Resin untuk pencetakan 3D terutama terdiri dari tiga komponen:
Monomer dan oligomer: Ini adalah molekul kecil yang bereaksi satu sama lain untuk membentuk rantai polimer panjang, yang merupakan komponen fundamental plastik. Panjang rantai ini akan secara besar bagian menentukan propertinya
Agen cross-linking: Merupakan molekul yang lebih besar atau lebih kecil dengan dua atau lebih grup reaktif yang mampu terikat di berbagai titik pada rantai polimer. Fungsinya adalah untuk menjaga rantai tetap terhubung erat satu sama lain. Secara umum, plastik yang terbentuk dalam kehadiran agen cross-linking menghasilkan yang dikenal sebagai plastik atau resin termoset.
Photoinitiator: Ini bertanggung jawab untuk mempromosikan reaksi antara monomer atau dari ini dengan agen cross-linking. Ini adalah molekul organik, umumnya pewarna atau fluorofor, yang mampu menghasilkan kation atau radikal bebas dalam kehadiran cahaya pada panjang gelombang tertentu, sehingga memulai reaksi polymerisasi radikal atau kationik.
Cahaya, umumnya biru (405 nm) atau ungu (365 nm - 385 nm), digunakan untuk mengaktifkan photoinitiator dan membuat resin membeku, karena ini adalah band paling energik dalam spektrum visible. Untuk melakukan ini, hanya area yang akan menjadi bagian yang diiluminasi di setiap lapisan.
Gambar 1: Spektrum cahaya visible. Sumber: Wikipedia.com
Teknologi pencetakan 3D resin ditentukan oleh jenis sumber cahaya dan metode pencahayaan selektif yang digunakan. Saat ini ada tiga teknologi umum: SLA, DLP dan LED-LCD.
Pencetakan 3D SLA
Pencetakan 3D SLA atau stereolitografi adalah teknologi pencetakan 3D komersial tertua. Ini dikembangkan selama separuh pertama tahun 1980 dan dipatenkan pada 1986 oleh pendiri 3D Systems Chuck Hull, hanya tiga tahun sebelum pendiri Stratasys Scott Crump mematenkan teknologi FDM.
Dalam pencetakan 3D SLA, resin dikuringkan dengan sinar laser dengan diameter antara 150 dan 300 µm. Laser menyapu permukaan setiap lapisan menggunakan sistem cermin bergerak yang disebut galvanometer. Keuntungan utama dari teknologi ini adalah presisi tinggi yang dapat dicapainya, terutama di area tengah platform konstruksi, yang hanya diungguli oleh teknologi SLS.
Gambar 2: Proses pencetakan SLA. Sumber 3Dhubs.com
Keuntungan lainnya, yang sebagian berasal dari presisi tinggi ini, adalah ia mencapai finishing permukaan yang lebih baik daripada yang didapatkan dalam DLP dan LED-LCD karena tidak menunjukkan efek tangga yang dapat terlihat pada yang terakhir.
Gambar 3: Finishing permukaan dalam pencetakan 3D SLA dan DLP. Sumber: Formlabs.com
Namun, tidak semuanya keuntungan, karena ini adalah teknologi pencetakan resin yang paling lambat. Untuk setiap lapisan perlu menyapu seluruh permukaan bagian dengan laser, yang merupakan proses lambat, yang bertambah semakin banyak bagian yang kita tempatkan di ruang konstruksi. Selain itu, perlu menjaga kecepatan penyapuan dalam rentang tertentu, karena kecepatan sangat tinggi akan mengakibatkan kehilangan presisi, kekuatan utama dari teknologi ini.
Video 1: Cara kerja pencetakan SLA Sumber: Formlabs.com
Ini adalah teknologi yang digunakan oleh printer Formlabs yang terkenal, merek patokan untuk pencetakan resin. Printer seperti Form 3 atau Form 3B menggunakan teknologi ini bersama dengan galvanometer presisi tinggi untuk menawarkan standar kualitas tertinggi di sektor kritis seperti perhiasan tinggi, gigi atau kedokteran.
Gambar 4: Printer Form 3B. Font: Formlabs.com
Pencetakan 3D DLP
Teknologi pencetakan 3D DLP dikembangkan dengan tujuan untuk mengurangi waktu pencetakan 3D resin. Alih-alih menyapu permukaan bagian dengan laser, seluruh lapisan diproyeksikan secara bersamaan menggunakan sumber cahaya, perangkat yang terdiri dari array mikro-cermin bergerak yang dikenal sebagai DMD (Digital Micromirror Device) dan seperangkat lensa yang bertanggung jawab untuk memroyeksikan citra pada resin.
Video 2: Cara kerja DMD. Sumber: TI.com
Teknologi ini adalah revolusi, karena setiap lapisan terbentuk dalam beberapa detik dan waktu pencetakan independen dari jumlah bagian yang ditempatkan pada dasar, hanya dari tinggi ini.
Kelemahan utama adalah resolusi pencetakan ditentukan oleh kepadatan mikro-cermin yang membentuk DMD dan permukaan yang diproyeksikan. Untuk sistem DMD yang sama, permukaan pencetakan yang lebih besar akan selalu mengakibatkan penurunan resolusi proporsional, yang bukan kasus dengan sistem SLA, di mana resolusi ditentukan oleh diameter sinar laser dan independen dari permukaan pencetakan.
Selain itu, penggunaan lensa proyeksi dapat menyebabkan distorsi di area yang jauh dari pusat, yang semakin besar seiring dengan ukuran konstruksi. Mungkin untuk memperbaiki distorsi ini dengan menggunakan sistem optik yang lebih kompleks, namun, mereka sering membuat perangkat sangat mahal dan oleh karena itu tidak sangat populer.
Kualitas permukaan bagian biasanya sedikit lebih rendah daripada yang dihasilkan oleh SLA, dan dalam banyak kasus efek tangga muncul.
Gambar 5: Efek tangga yang dihasilkan oleh penggunaan voxel persegi dalam DLP Sumber: theorthocosmos.com
Meski waktu pencetakan secara kritis disingkat, teknologi ini tidak menggantikan teknologi SLA. Saat ini, ini adalah teknologi yang telah jatuh tidak digunakan, digantikan terutama oleh kemunculan teknologi LED-LCD.
Pencetakan 3D LED-LCD atau MSLA
Ini adalah teknologi terbaru yang tiba di pasar dan telah mengalami pertumbuhan signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Ini dikembangkan sebagai evolusi dari teknologi DLP, dan saat ini hampir telah menggantikannya.
Operasi mirip dengan teknologi DLP, namun, alih-alih mencerminkan cahaya menggunakan perangkat mikrocermin digital (DMD), ia menggunakan perangkat LCD di mana setiap piksel bertindak sebagai jendela kecil yang memblokir atau membiarkan cahaya lewat.
Gambar 6: SLA vs DLP vs MSLA. Sumber: theorthocosmos.com
Perangkat LCD sama dengan yang digunakan di layar seluler atau panel TV atau komputer, jadi biaya jauh lebih rendah daripada perangkat DMD. Selain itu, mereka tersedia dalam ukuran dari 3" hingga 80", jadi proyeksi langsung dan tegak lurus pada dasar di seluruh permukaan. Ini menghindari penggunaan sistem lensa proyeksi yang mahal dan kompleks dan distorsi yang mereka verursakan pada bagian yang dihasilkan DLP.
Di antara keuntungan utamanya adalah kecepatan pencetakan tinggi dan biaya rendah. Selain itu, ia mengungguli teknologi DLP dalam dua hal kunci. Seperti yang disebutkan di atas, proyeksi tegak lurus mencegah distorsi dari proyeksi miring yang diberikan oleh lensa dalam sistem DLP. Kedua, perangkat LCD tidak hanya memblokir atau membiarkan cahaya lewat, tetapi juga dapat menyaringnya dengan memvariasi intensitas cahaya secara independen di setiap piksel. Ini memungkinkan penggunaan proses anti-aliasing yang mengurangi efek tangga dan memungkinkan kualitas permukaan yang sangat dekat dengan yang didapatkan oleh SLA
.
Gambar 7: Sampel sub-piksel atau anti-aliasing untuk menghindari efek tangga Sumber: hackaday.com
Semua ini telah berarti bahwa pertumbuhannya dalam beberapa tahun terakhir telah tidak hanya menggeser teknologi DLP tetapi mulai menggantikan teknologi SLA di industri seperti gigi, di mana teknologi SLA adalah standar.
Salah satu kelemahan utama adalah tingkat pemanasan yang tinggi yang dihasilkan oleh matriks LED yang digunakan, yang berarti bahwa sistem pendinginan efektif harus diimplementasikan untuk mencegah resin memanasi dalam cetakan panjang.
Gambar 8: Sistem pendingin cair printer Uniz. Sumber: Uniz.com
Ini adalah teknologi yang ada di semua printer 3D resin berbiaya rendah dan juga model profesional terbaru seperti Uniz Slash.
Gambar 9: Printer Uniz Slash Plus. Sumber: Uniz.com
Pilihan teknologi mana
Saat ini dilema dapat dikurangi menjadi dua teknologi: SLA atau LED-LCD.
Meski pertumbuhan teknologi LED-LCD, teknologi SLA masih mayoritas di lingkungan profesional. Ada dua alasan untuk ini, pertama kualitas dan akurasi tinggi yang dicapai oleh SLA dengan printer seperti Formlabs sulit untuk dicocokkan. Di sisi lain, teknologi baru memerlukan periode transisi untuk memberi ruang di perusahaan karena kebutuhan untuk menyusutkan peralatan saat ini dan kepercayaan terhadap sistem baru dengan implementasi rendah di sektor mereka.
Namun, printer profesional LED-LCD baru, seperti Uniz, dapat memberikan keuntungan kompetitif yang penting dengan memungkinkan produksi seri kecil dengan kualitas mirip SLA dan dalam sebagian waktu. Misalnya, dalam produksi model untuk cetakan lilin hilang, yang dipakai luas di beberapa cabang industri perhiasan dan yang dapat menghasilkan penghematan yang signifikan, tidak hanya dalam waktu dan sumber daya, tetapi juga dalam biaya.
Keputusan antara satu atau yang lain harus didasarkan pada kebutuhan pengguna antara presisi dan kapasitas produksi. Dalam banyak kasus mereka harus dianggap bukan sebagai teknologi rival, melainkan sebagai komplementer, memiliki tim yang didedikasikan untuk produksi seri kecil dan yang lain untuk pekerjaan yang lebih halus dan presisi.
