Co to jest drukowanie MSLA? Plusy i minusy

MSLA, czyli Masked Stereo Lithography Apparatus, to zaawansowana technologia druku 3D, stanowiąca udoskonalenie tradycyjnej stereolitografii (SLA). W metodzie tej, wykorzystującej światłoutwardzalne żywice, proces polimeryzacji zachodzi pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Drukarki MSLA używają obszernego źródła światła UV, maskowanego ekranem LED, w przeciwieństwie do drukarek SLA, które precyzyjnie wyznaczają kształt każdej warstwy przy pomocy lasera UV. Dzięki możliwości szybkiego tworzenia dużej liczby wysokiej jakości elementów, drukarki MSLA znajdują szerokie zastosowanie w różnorodnych branżach. Ten artykuł ma na celu kompleksowe wyjaśnienie, czym jest druk 3D MSLA oraz jakie różnice dzielą go od techniki SLA.

Na czym polega drukowanie MSLA?

Zdjęcie udostępnione przez ZMorph Fab 3D Printer z Pixabay

Druk MSLA to technologia wytwarzania trójwymiarowych obiektów poprzez nakładanie i utwardzanie kolejnych warstw żywic światłoczułych. Umożliwia produkcję seryjną wyrobów o wysokiej jakości, przy zachowaniu relatywnie niskich kosztów, szybkości i precyzji w porównaniu z innymi technikami druku 3D. Z uwagi na wysoki koszt zakupu, drukarki MSLA są wybierane przez bardziej wyspecjalizowane podmioty. Charakteryzuje je zdolność do tworzenia dużych i skomplikowanych form. Drukarki te nadają się zarówno do produkcji małoseryjnej, jak i do tworzenia prototypów. Przykładem drukarki MSLA jest model Peopoly Phenom L 3D.

Zasada działania

W druku MSLA światłoczuła żywica jest umieszczana nad panelem LCD i diodami LED, które są oddzielone cienką warstwą z tworzywa FEP (fluorowany etylen propylen). Ekran LCD kontroluje naświetlanie żywicy, znajdującej się powyżej. Wyświetlacz LCD składa się z pikseli, które definiują kształt utwardzanej warstwy. Poprzez sterowanie włączaniem i wyłączaniem tych pikseli, tworzone są kontrastowe wzory, umożliwiające etapowy proces drukowania. Proces utwardzania jednej warstwy trwa zazwyczaj od 3 do 8 sekund, po czym następuje przejście do kolejnej.

Dlaczego wybrać MSLA?

Druk MSLA jest korzystny z następujących powodów:

• Dostępność cenowa drukarek i żywic, choć wyższa niż w innych technologiach.
• Wysoka gładkość wykończenia powierzchni drukowanych elementów.
• Możliwość tworzenia skomplikowanych geometrii.
• Szeroka gama dostępnych materiałów, w tym elastyczne, transparentne, ceramiczne i odporne na uderzenia.
• Wysoka rozdzielczość druku.
• Zdolność do szybkiej produkcji seryjnej.

Zastosowanie MSLA w jubilerstwie

Druk MSLA znalazł szerokie zastosowanie w jubilerstwie, gdzie żywice woskowe spalają się bez pozostałości podczas odlewania. W tradycyjnych metodach odlewania z małą zawartością wosku, jubilerzy mieli trudności z precyzyjnym odtworzeniem skomplikowanych wzorów. Dzięki MSLA, projekty te mogą być tworzone z łatwością i dokładnością. Jedyne, co jest potrzebne to wcześniej przygotowany plik CAD biżuterii.

MSLA w medycynie

Druk 3D MSLA jest wykorzystywany w medycynie, szczególnie w bioinżynierii tkanek, procesie zwanym biodrukowaniem. Polega on na tworzeniu modeli z żywych komórek. Technika ta znajduje zastosowanie w produkcji implantów kości i zębów, sztucznych naczyń krwionośnych oraz rusztowań narządów.

Materiały w druku MSLA

W druku 3D MSLA stosuje się specjalne żywice fotopolimerowe, które twardnieją pod wpływem intensywnego światła UV. Najczęściej wykorzystywane są żywice akrylowe i epoksydowe. Oto przegląd najczęściej używanych żywic:

• Żywica trwała: Charakteryzuje się elastycznością i wytrzymałością, podobnymi do polipropylenu (PP). Używana jest do prototypowania elementów takich jak zatrzaski i przeguby kulowe.

• Żywica twarda: Wytrzymuje krótkotrwałe, wysokie obciążenia. Jest bardzo sztywna, często porównywana do termoplastycznego tworzywa ABS.

• Żywica standardowa: Stosowana do wydruków, gdzie wymagana jest wysoka rozdzielczość i precyzja odwzorowania detali.

• Żywica transparentna: Podobna do standardowych, ale z lepszymi właściwościami mechanicznymi. Po odpowiedniej obróbce, może uzyskać pełną przejrzystość.

Zalety i wady druku MSLA

Zdjęcie autorstwa Gavina Allanwooda z Unsplash

Przyjrzyjmy się bliżej plusom i minusom drukowania 3D MSLA.

Zalety druku MSLA:

• Drukarki MSLA utwardzają całą warstwę na raz, niezależnie od jej grubości.
• Stół roboczy drukarki MSLA porusza się wzdłuż osi Z, co jest różnicą w stosunku do drukarek SLA, gdzie nie ma ruchomych elementów wewnątrz maszyny.
• Wykorzystanie monochromatycznych świateł LCD, które wyświetlają skalę szarości na krawędziach, pozwala uzyskać gładkie powierzchnie.
• Zapewnia wysoką rozdzielczość wydruków.

Wady druku MSLA:

• Drukarki MSLA należą do droższych urządzeń.
• Wymagają stabilnej temperatury otoczenia, w zakresie 20-30 stopni Celsjusza.
• Proces drukowania powinien odbywać się w zaciemnionym środowisku, co zwiększa ryzyko uszkodzenia i przedwczesnego utwardzenia żywic.
• Proces przygotowania po wydruku jest skomplikowany i wymaga ostrożności z uwagi na szkodliwość nieutwardzonych żywic. Niezbędne jest stosowanie rękawic.
• Wydrukowany element wymaga płukania w roztworze alkoholu oraz dodatkowego naświetlania UV przez 10-15 minut, w celu całkowitego utwardzenia.

Podstawy druku 3D

Po omówieniu specyfiki druku MSLA, warto przybliżyć podstawowe zagadnienia związane z drukiem 3D.

Czym jest druk 3D?

Druk 3D jest częścią procesu wytwarzania addytywnego, czyli technologii, gdzie obiekty powstają poprzez dodawanie materiału. W druku 3D, drukarka na podstawie projektu CAD, tworzy trójwymiarowe przedmioty. Istnieje wiele technologii druku 3D oraz szeroki wybór materiałów, z których można tworzyć wydruki.

Jak wygląda proces druku 3D?

Zdjęcie autorstwa Minku Kanga z Unsplash

Druk 3D jest procesem zautomatyzowanym i stosunkowo prostym. Oto kroki niezbędne do przeprowadzenia druku 3D:

1. Stworzenie projektu CAD z użyciem specjalistycznego oprogramowania, takiego jak Autodesk Fusion lub Onshape.

2. Zapisanie projektu CAD w formacie STL, który jest powszechnie używany przez drukarki 3D.

3. Załadowanie pliku STL do oprogramowania drukarki.

4. Dokonanie korekty orientacji modelu, wyboru materiału oraz ustawień druku. Oprogramowanie automatycznie dzieli plik na warstwy.

5. Uruchomienie drukowania, w którym kolejne warstwy są nanoszone jedna po drugiej.

Druk 3D dla początkujących

Podstawowa wiedza dla początkujących obejmuje znajomość mechaniki druku. Drukarka 3D działa w trzech osiach:

• Oś X: ruch w lewo i prawo.

• Oś Y: ruch w przód i tył.

• Oś Z: ruch w górę i dół.

Na osi X znajduje się ekstruder, który dostarcza materiał na stół roboczy.

Typy drukarek 3D

Najczęściej spotykane typy drukarek 3D, klasyfikowane na podstawie technologii:

1. Wytłaczanie

W tej technologii wyróżniamy:

• Wytwarzanie z wykorzystaniem stopionych włókien (FFF).
• Wzmocnienie ciągłymi włóknami (CFR).
• Wytwarzanie addytywne z dyfuzją atomową (ADAM).

2. Fuzja laserowa

W tej technologii, wykorzystującej lasery dużej mocy do stapiania sproszkowanych materiałów, wyróżniamy:

• Selektywne spiekanie laserowe (SLS).
• Selektywne topienie laserowe (SLM).
• Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS).

3. Utwardzanie światłem

Technologia wykorzystująca światło do utwardzania warstw, obejmująca:

• Stereolitografia (SLA).
• Bezpośrednie przetwarzanie światła (DLP).

4. Mocna przyczepność

To szybko rozwijająca się technologia wykorzystująca zarówno tworzywa sztuczne, jak i metale. W tej grupie znajduje się tylko drukarka typu Binder jetting.

Różnice między MSLA i SLA

Zdjęcie udostępnione przez ZMorph All-in-One 3D Printers z Unsplash

Jak wspomniano wcześniej, MSLA jest rozwiniętą formą druku 3D SLA. Choć obie technologie działają na podobnej zasadzie, różnią się pewnymi aspektami, które zestawiono poniżej.

Druk MSLA
Druk SLA
Szybkość druku MSLA zależy wyłącznie od liczby warstw.
Szybkość druku SLA zależy od liczby warstw i ilości materiału w każdej warstwie.
MSLA charakteryzuje się większą prędkością drukowania każdej warstwy.
SLA nie oferuje zwiększonej prędkości drukowania warstw.
Rozdzielczość druku MSLA zależy od rozdzielczości ekranu LCD.
Rozdzielczość druku SLA jest zależna od średnicy wiązki lasera.
MSLA wykorzystuje światło UV do utwardzania żywicy.
SLA stosuje lustro i laser do utwardzania żywicy.
Szybkość druku MSLA jest wyższa.
Szybkość druku SLA jest niższa.
Rozdzielczość wydruku MSLA jest niższa.
Rozdzielczość wydruku SLA jest wyższa.
Przykład: Sonic Mini 4k
Przykład: XYZPrinting Nobel 1.0 A

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

P1. Jakie są koszty drukarek MSLA i żywic?

Odp. Cena drukarek MSLA różni się w zależności od ich parametrów, rozmiaru i funkcji, a zakres cen wynosi od 200 do 1100 USD. Koszt żywic waha się od 25–40 USD za kilogram do nawet 150 USD za kilogram. Dodatkowe, niezbędne akcesoria mogą wiązać się z wydatkiem rzędu 200-400 USD.

P2. Jakie dodatkowe wyposażenie jest potrzebne przy drukarce żywicznej?

Odp. Niezbędne wyposażenie w procesie drukowania i post-printingu:

• Oprogramowanie do tworzenia i cięcia plików STL.
• Myjka ultradźwiękowa.
• Rękawice nitrylowe.
• Maska ochronna.
• Lampa UV.
• Metalowy lejek.

***

Przedstawiony artykuł stanowi wprowadzenie do technologii druku 3D MSLA i podstawowych zagadnień druku 3D. Mamy nadzieję, że pomógł on rozwiać wątpliwości dotyczące różnic między technikami druku MSLA i SLA, oraz wyjaśnił, jak działa druk MSLA. Zachęcamy do dzielenia się pytaniami i sugestiami w sekcji komentarzy poniżej oraz informowania nas, jakie zagadnienia chcielibyście poznać w przyszłości.