เครื่องพิมพ์ SLA แบบดั้งเดิมถูกสร้างขึ้นโดยใช้ถังเรซินขนาดใหญ่ที่เติมด้วยเรซินเหลว โดยชั้นบนสุดจะถูกทำให้แข็งตัวเฉพาะจุดด้วยเลเซอร์ที่วางอยู่เหนือถัง ระบบเหล่านี้มีขนาดใหญ่ มีราคาแพงมากจนเป็นอุปสรรค และต้องการโครงสร้างพื้นฐานที่ซับซ้อน ซึ่งจำกัดการใช้งานให้อยู่ในกลุ่มบริษัทระดับ Fortune 500 เป็นหลัก

Formlabs ได้แนะนำการพิมพ์ 3 มิติแบบ stereolithography กลับหัวในปี 2011 ด้วยเครื่อง Form 1 ด้วยกระบวนการ SLA แบบกลับหัว แหล่งกำเนิดแสง ซึ่งเป็นเลเซอร์ใน Form 1 จะทำให้หน้าตัดของชิ้นงานแข็งตัวผ่านถังเรซินที่มีก้นถังโปร่งใส หมายความว่าจำเป็นต้องจ่ายเรซินเพียงชั้นบาง ๆ และมีเรซินพร้อมสำหรับการทำให้แข็งตัวในแต่ละช่วงเวลาเท่านั้น เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานเรซินโดยใช้เครื่องพิมพ์ที่มีขนาดเล็กกว่ามาก ซึ่งสามารถวางบนโต๊ะทำงานได้

ภาพกราฟิกแสดง Print Engine แบบ Low Force Stereolithography™ (LFS) ของ Formlabs ซึ่งเป็นรูปแบบขั้นสูงของการพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA

ด้วยการเปิดตัว Form 2 ในปี 2015 และการปล่อยวัสดุที่หลากหลายมากขึ้นตามมา การพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA จึงมีความน่าเชื่อถือและเป็นประโยชน์มากขึ้นอย่างมากสำหรับมืออาชีพในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันหลากหลายประเภท

ในปี 2019 Formlabs ได้แนะนำ Low Force Stereolithography (LFS) พร้อมกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA รุ่น Form 3 และ Form 3L ซึ่งใช้ถังเรซินที่มีก้นถังยืดหยุ่น เพื่อแยกชิ้นงานที่ถูกทำให้แข็งตัวออกจากก้นถัง ซึ่งช่วยลดแรงที่กระทำต่อชิ้นงานระหว่างกระบวนการพิมพ์ลงอย่างมาก

รูปแบบขั้นสูงของ stereolithography นี้ให้คุณภาพพื้นผิวและความแม่นยำในการพิมพ์ที่ได้รับการปรับปรุงดีขึ้นอย่างมาก แรงในการพิมพ์ที่ต่ำลงยังทำให้สามารถใช้โครงสร้างซัพพอร์ตแบบสัมผัสเบา ซึ่งสามารถฉีกออกได้อย่างง่ายดาย ทำให้มีปริมาตรการสร้างชิ้นงานที่ใหญ่ขึ้น และเปิดโอกาสสำหรับวัสดุขั้นสูงที่พร้อมสำหรับการผลิต

การพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP คืออะไร?

การพิมพ์ 3 มิติแบบ digital light processing (DLP) คือกระบวนการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซินที่ใช้เครื่องฉายแสงแทนเลเซอร์ เพื่อทำให้เรซินเหลวแข็งตัวทีละชั้น

แหล่งกำเนิดแสงของเครื่องพิมพ์ DLP จะถูกฉายโดยใช้อุปกรณ์ไมโครมิเรอร์หลายตัวที่จัดวางเป็นเมทริกซ์บนชิปเซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์ไมโครมิเรอร์เหล่านี้แต่ละตัวจะแทน voxel หนึ่งหน่วย หรือพิกเซล 3 มิติหนึ่งหน่วย ของชิ้นงาน จำนวนของอุปกรณ์ไมโครมิเรอร์และขนาดของพื้นที่สร้างชิ้นงานจะเป็นตัวกำหนดความละเอียดของชิ้นงาน

ภาพกราฟิกแสดงการพิมพ์ 3 มิติแบบ digital light processing (DLP)

เนื่องจากแสงถูกฉายออกมาในทันทีทั่วทั้งหน้าตัดสมบูรณ์ของชิ้นงาน แต่ละชั้นจึงแข็งตัวได้อย่างรวดเร็วมาก ด้วยเหตุนี้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP โดยทั่วไปจึงให้ความเร็วในการพิมพ์ที่เร็วกว่า

ในลักษณะเดียวกับที่การพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA กลับหัวทำให้เกิดการสร้างเครื่องแบบตั้งโต๊ะ แทนที่จะเป็นเครื่องพิมพ์แบบดั้งเดิมขนาดใหญ่ที่พิมพ์จากด้านบนลงล่าง เครื่องพิมพ์ DLP แบบกลับหัวก็มีราคาที่เข้าถึงได้มากขึ้นและเข้าถึงได้ง่ายขึ้นด้วยเครื่องแบบตั้งโต๊ะที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

การพิมพ์ 3 มิติแบบ MSLA หรือการพิมพ์ 3 มิติแบบ LCD คืออะไร?

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบ masked stereolithography (MSLA) หมายถึงกระบวนการ photopolymerization ใด ๆ ที่แหล่งกำเนิดแสงถูกปิดบัง หรือถูก masked แบบเลือกเฉพาะจุด มักถูกใช้แทนกันกับการพิมพ์ 3 มิติแบบ LCD เนื่องจากเครื่องพิมพ์ MSLA โดยทั่วไปใช้หน้าจอ LCD เพื่อบังแสงและทำให้เฉพาะหน้าตัดที่ต้องการของชิ้นงานแข็งตัว อย่างไรก็ตาม MSLA ยังสามารถหมายถึงเทคโนโลยีอื่น ๆ ได้เช่นกัน เนื่องจากหมายถึงการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซินแบบ masked โดยไม่ขึ้นอยู่กับประเภทของแหล่งกำเนิดแสงหรือเทคนิคการบังแสง

ภาพกราฟิกแสดง Print Engine แบบ Low Force Display™ (LFD) ของ Formlabs ซึ่งเป็นรูปแบบขั้นสูงของการพิมพ์ 3 มิติแบบ MSLA

การใช้หน้าจอ LCD ในการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซินเกิดขึ้นหลังจากการพัฒนาการพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA ที่ใช้เลเซอร์ และการพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP โดยเป็นไปได้จากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีจอแสดงผล เนื่องจากเทคโนโลยีเหล่านี้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทอื่น ๆ ในช่วงไม่นานมานี้ จึงเป็นไปได้ที่จะออกแบบ LCD ที่มีขนาดพิกเซลเล็กและมีการส่งผ่านแสงที่ความยาวคลื่น 405 นาโนเมตรได้สูง ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่โดยทั่วไปใช้ในการทำให้เรซินเหลวแข็งตัว

เนื่องจาก LED ฉายแสงในเวลาเดียวกัน เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ MSLA จึงทำให้แต่ละชั้นของเรซินแข็งตัวได้แทบจะในทันที และให้ความเร็วในการพิมพ์ที่รวดเร็วเทียบได้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP

ยิ่งหน้าจอ LCD มีความหนาแน่นมากขึ้น พิกเซลก็จะยิ่งเล็กลง และความละเอียดที่เป็นไปได้ของชิ้นงานก็จะยิ่งสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม มีการแลกเปลี่ยนกับพิกเซลที่เล็กลง ความหนาแน่นของพิกเซลที่สูงขึ้น หรือพิกเซลที่เล็กลง ส่งผลให้การส่งผ่านแสงต่ำลง ทำให้กำลังแสงที่ส่งไปยังเรซินเหลวต่ำลง และทำให้ความเร็วในการพิมพ์ลดลง

Print Engine แบบ Low Force Display™ (LFD) ของ Formlabs เป็นรูปแบบขั้นสูงของการพิมพ์ 3 มิติแบบ MSLA ซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับ Form 4 และ Form 4L โดย LFD ได้นำชุดเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมดเข้ามาใช้ รวมถึงชุดไฟพื้นหลัง หน่วยประมวลผลแสง พื้นผิวสำหรับการปล่อยชิ้นงาน และกล้องในตัว รวมถึงการปรับปรุงที่สำคัญด้วยการอัปเดตถังฟิล์มยืดหยุ่น ตลับเรซิน การจัดการเรซินอัตโนมัติ และระบบควบคุมอัจฉริยะ เพื่อมอบความเร็ว ความน่าเชื่อถือ และคุณภาพชิ้นงานที่มืออาชีพต้องการ ทั้งหมดนี้อยู่ในเครื่องพิมพ์เครื่องเดียว

การเปรียบเทียบกระบวนการพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA, DLP, MSLA/LCD

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA ที่ใช้เลเซอร์, DLP และ MSLA/LCD ล้วนเป็นกระบวนการ stereolithography ทั้งหมด เพราะทั้งหมดใช้แหล่งกำเนิดแสงเพื่อทำให้เรซินเหลวแข็งตัว ความแตกต่างบางประการระหว่างเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซินเหล่านี้เกิดจากความแม่นยำ ความละเอียด คุณภาพ และความทนทานของแหล่งกำเนิดแสงนั้น โซลูชันการประมวลผลแสง และเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่สร้างขึ้นรอบ ๆ สิ่งเหล่านั้น ความแตกต่างอื่น ๆ เช่น เวิร์กโฟลว์หรือการใช้งาน จะแตกต่างกันมากขึ้นในแต่ละผู้ผลิต ขึ้นอยู่กับซอฟต์แวร์ อุปกรณ์เสริม และวัสดุที่มีให้สำหรับแต่ละระบบ

ความละเอียด

ความละเอียดในการพิมพ์ 3 มิติอาจเป็นเรื่องยากต่อการอธิบายลักษณะและการทำให้เป็นมาตรฐานระหว่างเครื่องและผู้ผลิต ท้ายที่สุดแล้ว คุณภาพและความแม่นยำของงานพิมพ์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่ ขนาด รูปร่าง และการกระจายกำลังของแสงที่ทำให้เรซินแข็งตัว รวมถึงลักษณะการกระเจิง การไหลซึม และการเกิดพอลิเมอร์ของเรซิน ตัวอย่างเช่น เรซินบางชนิดกระเจิงแสงมากกว่าชนิดอื่น ซึ่งอาจทำให้เรซินส่วนเกินแข็งตัวและสร้างรายละเอียดของฟีเจอร์ในงานพิมพ์ได้น้อยลง

ความละเอียด ซึ่งครั้งหนึ่งเคยถูกเรียกว่า ‘จุดต่อนิ้ว’ หรือ DPI ในเครื่องพิมพ์กระดาษและหมึก สามารถเข้าใจได้ง่ายว่าเป็นหมึกที่ครอบคลุมแกน X และ Y เมื่อการพิมพ์ 3 มิติถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น การเพิ่มแกน Z เข้ามายิ่งทำให้คำจำกัดความและมาตรฐานการวัดสำหรับความละเอียดของการพิมพ์ 3 มิติมีความซับซ้อนมากขึ้น

เพื่อกำหนดว่าเทคโนโลยีและผู้ผลิตการพิมพ์ 3 มิติที่มีความละเอียดสูงที่สุดคือแบบใด ควรพิจารณาทั้งความสามารถในการลากเส้นชิ้นงานอย่างเฉพาะเจาะจงในระนาบ XY และความสูงชั้นขั้นต่ำของแกน Z อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการลากเส้นตามรูปแบบที่ตั้งใจไว้อย่างเฉพาะเจาะจงนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย

เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินมีความละเอียดที่ยอดเยี่ยม สูงกว่ากระบวนการพิมพ์ 3 มิติอื่น ๆ อย่างมาก เช่น เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ fused deposition modeling (FDM) สำหรับการใช้งานอย่างการทำต้นแบบอย่างรวดเร็วหรือการขึ้นรูป ความละเอียดอาจหมายถึงความแตกต่างระหว่างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายหรือการรีวิวการออกแบบที่ประสบความสำเร็จ

ความละเอียดสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA ที่ใช้เลเซอร์ ถูกกำหนดโดยปัจจัย 4 อย่าง ได้แก่ ขนาดจุดของเลเซอร์ การกระจายกำลังของจุดเลเซอร์ ความแม่นยำที่ galvanometers ใช้ในการกำหนดตำแหน่งแสงในระนาบ XY และความสูงชั้นขั้นต่ำของแกน Z

เมื่อมองในครั้งแรก ขนาดจุดเลเซอร์ดูเหมือนจะบ่งบอกขนาดฟีเจอร์ขั้นต่ำที่เป็นไปได้ แต่ความจริงไม่ใช่เช่นนั้น แม้ว่าจะเป็นความจริงที่ว่า หากชิ้นงานทั้งหมดประกอบด้วยจุดกลมหรือทรงกลมเพียงจุดเดียว ขนาดฟีเจอร์ขั้นต่ำจะถูกกำหนดโดยขนาดจุดเลเซอร์ เพราะมันไม่สามารถทำให้สิ่งที่เล็กกว่าตัวมันเองแข็งตัวได้ อย่างไรก็ตาม จุดหรือชิ้นงานทรงกลมขนาดเล็กมากไม่ใช่สิ่งที่สมจริง สำหรับชิ้นงานที่สมจริง เลเซอร์สามารถลากเส้นรูปทรงและฟีเจอร์ที่เล็กกว่าขนาดจุดของมันได้ เพราะมันสามารถเคลื่อนที่ในระนาบ XY เป็นระยะเพิ่มทีละน้อยที่เล็กกว่าขนาดจุดของมันเอง โดยลากตาม “ด้านนอก” ของฟีเจอร์ที่เล็กมาก

ตัวอย่างเช่น Form 3+ มีขนาดจุดเลเซอร์ 85 ไมครอน แต่มีความละเอียด XY 25 ไมครอน ในที่นี้ ความละเอียด XY หมายถึงความแม่นยำที่เครื่องพิมพ์สามารถวาดในระนาบ XY หรือแนวนอนได้

ความละเอียดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP ถูกกำหนดโดยขนาดพิกเซล ทั้งการวัดในแกน X และ Y กำลังและความสม่ำเสมอของแสง การใช้ anti-aliasing และความสูงชั้นขั้นต่ำของแกน Z ซึ่งคล้ายกับเครื่องพิมพ์ SLA ที่ใช้เลเซอร์

ยิ่งขนาดพิกเซลเล็กลง ความละเอียดก็ยิ่งมากขึ้น คล้ายกับเทคโนโลยีที่คุ้นเคย เช่น โทรทัศน์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา ในการพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP ความละเอียด XY ถูกกำหนดโดยขนาดพิกเซล ซึ่งเป็นฟีเจอร์ที่เล็กที่สุดที่โปรเจกเตอร์สามารถสร้างซ้ำได้ภายในชั้นเดียว สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับความละเอียดของโปรเจกเตอร์ ซึ่งที่พบได้บ่อยที่สุดคือ full HD (1080p) และระยะห่างของโปรเจกเตอร์จากหน้าต่างออปติคัล ด้วยเหตุนี้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP ตั้งโต๊ะส่วนใหญ่จึงมีความละเอียด XY คงที่ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 35 ถึง 100 ไมครอน

ความละเอียดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP จะลดลงเมื่อปริมาตรการสร้างชิ้นงานใหญ่ขึ้น เพราะไม่มีโปรเจกเตอร์ที่มีจำนวนพิกเซลมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญให้ใช้งาน ดังนั้น ผู้ผลิตจึงต้องเพิ่มระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงโดยใช้จำนวนพิกเซลเท่าเดิม ซึ่งนำไปสู่ความละเอียดและคุณภาพการพิมพ์ที่ลดลง

ความละเอียดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ MSLA ถูกกำหนดโดยขนาดพิกเซลของ LCD การทำให้ลำแสงขนานกันและความสม่ำเสมอของแหล่งกำเนิดแสง การใช้ anti-aliasing และความสูงชั้นขั้นต่ำของแกน Z

เช่นเดียวกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP ยิ่งพิกเซลเล็กลง ความละเอียดก็ยิ่งมากขึ้น แต่พิกเซลที่เล็กลงเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งเท่านั้น เครื่องพิมพ์ MSLA จำเป็นต้องมีแสงที่ collimated สูง ซึ่งหมายถึงลำแสงเป็นเส้นขนาน และไม่กระจายตัวเมื่อผ่านพิกเซลในหน้าจอ LCD แสงยังต้องมีความสม่ำเสมออย่างมาก เพื่อให้เรซินถูกทำให้แข็งตัวด้วยกำลังแสงที่เท่ากันผ่านทุกพิกเซลในหน้าจอ LCD

โชคดีที่ความสูงชั้นขั้นต่ำของแกน Z มีความซับซ้อนน้อยกว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินส่วนใหญ่มีความสูงชั้นมาตรฐานอยู่ระหว่าง 25 ถึง 200 ไมครอน สำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินแบบกลับหัว ความสูงชั้นถูกกำหนดโดยความลึกแนวตั้งของเรซินที่ถูกบีบอยู่ระหว่างแท่นสร้างชิ้นงานและก้นถังเรซิน ซึ่งโดยผลลัพธ์แล้วก็คือความสูงของเรซินที่ถูกทำให้แข็งตัวในแต่ละชั้น

พูดให้สั้นคือ ความละเอียดมีความสำคัญจริงหรือไม่ในการพิมพ์ 3 มิติเรซิน? คำตอบคือใช่ แต่ตัวความละเอียดเองมักเป็นเพียงตัวชี้วัดเชิงภาพลักษณ์ มันให้ข้อบ่งชี้บางอย่าง แต่ไม่ได้จำเป็นต้องสัมพันธ์โดยตรงกับความถูกต้อง ความเที่ยงตรง และคุณภาพการพิมพ์ ความละเอียดที่สูงขึ้น ซึ่งหมายถึงพิกเซลหรือขนาดจุดเลเซอร์ที่เล็กลงในมิติ XY และชั้นที่เล็กลงในมิติ Z โดยทั่วไปก็มาพร้อมกับการแลกเปลี่ยนที่สำคัญในด้านความเร็ว หรือแม้กระทั่งความน่าเชื่อถือ เนื่องจากจำนวนชั้นที่มากขึ้นสามารถเพิ่มความเป็นไปได้ของข้อผิดพลาดได้มากขึ้น

หากต้องการดูตัวอย่างในชีวิตจริง โปรดอ่านการศึกษาของเราที่ประเมินว่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA และ MSLA ที่มีความละเอียดแตกต่างกัน ทำงานอย่างไรในด้านผิวสำเร็จ ความถูกต้องของมิติ และขนาดฟีเจอร์ขั้นต่ำ

ความถูกต้องของมิติและความเที่ยงตรง

เนื่องจากการพิมพ์ 3 มิติเป็นกระบวนการแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ แต่ละชั้นจึงทำให้เกิดโอกาสของความไม่ถูกต้องทางมิติ เมื่อแต่ละชั้นก่อตัวขึ้น ความเบี่ยงเบนขนาดเล็กมากจากรูปร่างหน้าตัดที่ตั้งใจไว้อาจสะสมกัน ส่งผลต่อความถูกต้องโดยรวม ความถูกต้องขึ้นอยู่กับปัจจัยที่แตกต่างกันหลายอย่าง ได้แก่ ประเภทของกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ การออกแบบฮาร์ดแวร์ คุณสมบัติของเรซิน การตั้งค่าการพิมพ์ และเวิร์กโฟลว์หลังการพิมพ์ โดยทั่วไป เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินเป็นกระบวนการพิมพ์ 3 มิติที่มีความถูกต้องและความเที่ยงตรงมากที่สุด ความแตกต่างด้านความถูกต้องและความเที่ยงตรงจะแตกต่างกันตามรุ่นและผู้ผลิตมากกว่าเทคโนโลยี

ในการพิมพ์ 3 มิติเรซิน ปัจจัยหลักข้อแรกที่ส่งผลต่อความถูกต้องคือสมรรถนะด้านออปติคัลของเครื่องพิมพ์ โดยเฉพาะขนาด รูปร่าง และความสม่ำเสมอของแสงที่ทำให้เรซินแข็งตัว เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เลเซอร์ระดับมืออาชีพ เช่น Form 3+ และ Form 3B+ ใช้ galvanometers คุณภาพสูงและการสอบเทียบอย่างกว้างขวาง เพื่อให้แน่ใจว่าแสงของเลเซอร์ตกกระทบเรซินตรงตำแหน่งที่ตั้งใจไว้อย่างแม่นยำ และเคลื่อนตามเส้นทางเลเซอร์โดยไม่มีการเบี่ยงเบน

ความถูกต้องของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP ได้รับผลกระทบจากความละเอียดและกำลังของโปรเจกเตอร์แสง รวมถึงคุณภาพและการสอบเทียบของอุปกรณ์ไมโครมิเรอร์ เครื่องพิมพ์ DLP มักถูกจำกัดด้านความถูกต้องโดยการบิดเบี้ยวของพิกเซลบริเวณขอบของพื้นที่สร้างชิ้นงาน ซึ่งเป็นจุดที่อุปกรณ์ไมโครมิเรอร์ต้องฉายแสงออกไปไกลจากแหล่งกำเนิดแสงมากขึ้น

ความถูกต้องของมิติและความเที่ยงตรงมีความสำคัญสำหรับชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติที่จะเป็นส่วนหนึ่งของชุดประกอบ หรือต้องมีฟีเจอร์สำหรับใส่ชิ้นส่วน เช่น รูพินเหล่านี้สำหรับชุดประกอบแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์

ความถูกต้องของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ LCD และ MSLA ได้รับผลกระทบจากความสม่ำเสมอและการทำให้ลำแสงขนานกันของแหล่งกำเนิดแสง รวมถึงขนาดพิกเซลและคุณภาพของหน้าจอ LCD เครื่องพิมพ์ LCD ส่วนใหญ่มีเลนส์อยู่เหนือแหล่งกำเนิดแสง แต่ส่วนใหญ่เป็นเลนส์พื้นฐานมาก และอาจนำไปสู่แสงที่ไม่สม่ำเสมอ จุดมืด หรือการบิดเบี้ยว ซึ่งทำให้เกิดชิ้นงานที่ไม่ถูกต้อง คุณภาพของหน้าจอ LCD ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน คุณภาพที่สูงกว่าหมายความว่าหน้าจอ LCD จะตอบสนองต่อการเขียนโปรแกรมของซอฟต์แวร์ที่สั่งให้หน้าจอรู้ว่าตรงไหนต้องบังแสง และตรงไหนต้องปล่อยให้แสงผ่าน

Light Processing Unit 4 (LPU 4) ของ Formlabs ประกอบด้วยหน้าจอ LCD แบบกำหนดเองที่มีขนาดพิกเซล 50 μm และ anti-aliasing ที่ปรับจูนไว้ล่วงหน้า เพื่อความถูกต้องของมิติที่ยอดเยี่ยม Backlight Unit ของ Form 4 สร้างการฉายแสงแบบพื้นที่ที่สม่ำเสมอของแสงกำลังสูงพิเศษ โดยใช้ LED 60 ดวง และชุดเลนส์ plano-convex รวมถึง optical baffle ซึ่งสร้างแสงที่มีลำแสงขนานกันสูงและสม่ำเสมอ แม้ในกำลังสูง

ปัจจัยหลักข้อที่สองที่ส่งผลต่อความถูกต้องคือแรงที่ชิ้นงานได้รับระหว่างการพิมพ์ เครื่องพิมพ์เรซินแบบกลับหัวทั้งหมดมีแรงในการพิมพ์สองประเภท Peel forces เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการลอกของแต่ละชั้น เมื่อแท่นสร้างชิ้นงานยกขึ้นและชั้นที่แข็งตัวแล้วแยกออกจากถังเรซินก่อนเริ่มชั้นใหม่ Squish forces เกิดขึ้นในแต่ละชั้นเมื่อแท่นสร้างชิ้นงานเคลื่อนลงและบีบงานพิมพ์เข้าไปในแอ่งเรซินเหลว แรงเหล่านี้อาจทำให้ชั้นต่าง ๆ เคลื่อนตัวและเสียรูป ซึ่งท้ายที่สุดนำไปสู่ความถูกต้องของมิติที่ต่ำลง

เครื่องพิมพ์บางรุ่นใช้ถังเรซินฟิล์มยืดหยุ่นพื้นฐานที่แยกออกจากชั้นที่แข็งตัวแล้วอย่างนุ่มนวล และลด peel forces ให้น้อยที่สุด แม้ว่าถังเหล่านี้จะลด peel forces ได้ แต่ก็มีปัญหาหลักสองประการ คือ ใช้ฟิล์มที่ไม่ทนทาน ซึ่งเสียหายได้ง่ายและต้องเปลี่ยนบ่อย อีกทั้งยังมีแนวโน้มที่จะเกิด suction forces ซึ่งเป็นกรณีที่ฟิล์มยืดหยุ่นดูดติดกับหน้าจอ LCD และทำให้ peel forces เพิ่มสูงขึ้นอย่างฉับพลัน

Form 4 และ Form 4L ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์ MSLA ระดับมืออาชีพ ใช้ถังฟิล์มยืดหยุ่นสองชั้นที่ลด peel forces ให้น้อยที่สุด และมีความแข็งแรงทนทานต่อความเสียหายอย่างมาก Form 4 และ Form 4L ยังมีฟิล์มออปติคัลแบบ microtextured ที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ เรียกว่า Release Texture ซึ่งช่วยให้อากาศไหลผ่านระหว่างถังเรซินและหน้าจอ LCD ป้องกัน suction forces และเพิ่มความถูกต้อง

Release Texture ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ MSLA รุ่น Form 4 ช่วยให้อากาศไหลผ่านระหว่างถังเรซินและหน้าจอ LCD ป้องกัน suction forces และเพิ่มความถูกต้อง

ปัจจัยหลักข้อสุดท้ายที่ส่งผลต่อความถูกต้องคือคุณสมบัติของเรซินเหลวภายในเครื่องพิมพ์ กระบวนการทำให้เรซินเหลวแข็งตัวขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายอย่าง รวมถึงอุณหภูมิของเรซิน ความเป็นเนื้อเดียวกัน การกระเจิง ความหนืด และอื่น ๆ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของตัวแปรใด ๆ เหล่านี้สามารถทำให้เรซินแข็งตัวมากขึ้นหรือน้อยลง ซึ่งอาจทำให้เกิดความเบี่ยงเบนในขนาดหรือรูปร่างของชั้นที่แข็งตัวแล้วได้ถึงหลายร้อยไมโครเมตร เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินส่วนใหญ่ไม่ได้ควบคุมตัวแปรเหล่านี้ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความถูกต้องของมิติที่เกิดขึ้นบ่อยและคาดเดาไม่ได้

Form 4 และ Form 4L แก้ไขปัญหานี้ได้หลายวิธี ประการแรก เครื่องเหล่านี้ควบคุมอุณหภูมิและความเป็นเนื้อเดียวกันของเรซินเหลวอย่างแม่นยำ โดยใช้ฮีตเตอร์ความแม่นยำสูง การตรวจจับอุณหภูมิด้วยอินฟราเรด และเครื่องผสมเรซินความเร็วสูง Formlabs ยังพัฒนาและผลิตวัสดุของตนเอง และควบคุมคุณสมบัติด้านความไวต่อปฏิกิริยา ความหนืด และการกระเจิงของวัสดุทุกชนิดอย่างเข้มงวด นอกจากนี้ Form 4 และ Form 4L ยังใช้ซอฟต์แวร์ slicing ขั้นสูง การสอบเทียบฮาร์ดแวร์ของเครื่องพิมพ์ และการตั้งค่าการพิมพ์ที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว เพื่อชดเชยคุณสมบัติของวัสดุแต่ละชนิดโดยอัตโนมัติ

อีกครั้งหนึ่ง ความถูกต้องและความเที่ยงตรงของเครื่องพิมพ์ 3 มิติไม่ได้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว แต่ขึ้นอยู่กับการออกแบบฮาร์ดแวร์ที่แน่นอน คุณสมบัติของเรซินเหลว การตั้งค่าการพิมพ์และการสอบเทียบ รวมถึงเวิร์กโฟลว์หลังการพิมพ์

ปริมาตรการสร้างชิ้นงาน

ก่อนการแนะนำการพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA กลับหัว เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินมีปริมาตรการสร้างชิ้นงานขนาดใหญ่และมีราคาแพงมาก จากนั้นการพิมพ์ 3 มิติเรซินแบบกลับหัวทำให้เทคโนโลยีนี้เข้าถึงได้ง่ายขึ้น แต่เครื่องเหล่านี้มักมีขนาดเล็กกว่ามาก เนื่องจากการสร้างชิ้นงานขนาดใหญ่จะพิมพ์ให้สำเร็จได้ยากอย่างยิ่งจาก peel forces ที่สูง

ปัจจุบัน การผสมผสานระหว่าง SLA แบบกลับหัว ซึ่งทำให้ใช้เรซินเท่าที่ต้องการได้ แทนที่จะต้องใช้ถังเรซินขนาดใหญ่ และเทคโนโลยีการลอกแบบใหม่ ทำให้สามารถพิมพ์ด้วยปริมาตรการสร้างชิ้นงานที่ใหญ่ขึ้นได้ โดยไม่ต้องจ่ายมากกว่า 100,000 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับระบบพิมพ์ 3 มิติเรซินฟอร์แมตขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม สำหรับอุตสาหกรรมอย่างสินค้าอุปโภคบริโภค การออกแบบผลิตภัณฑ์ และการดูแลสุขภาพ เครื่องพิมพ์เรซินฟอร์แมตขนาดใหญ่เป็นโซลูชันที่เหมาะสมอย่างยิ่ง และช่วยให้สามารถใช้งานในงานอย่างชิ้นส่วนขนาดเท่ามนุษย์ได้

ผู้ที่ต้องการประเมินว่าเครื่องพิมพ์เรซินขนาดใดเหมาะสมที่สุดสำหรับตน ควรพิจารณาการใช้งานเป็นอันดับแรก มีหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์หลักสามประเภทสำหรับเครื่องพิมพ์เรซินที่ใช้เลเซอร์ ได้แก่ ระบบขนาดตั้งโต๊ะ ระบบขนาด benchtop และระบบขนาดอุตสาหกรรม

เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินแบบ benchtop เช่น Form 4L ให้การผสมผสานระหว่างชิ้นส่วนขนาดเท่ามนุษย์กับความถูกต้องของมิติ ช่วงคุณสมบัติของวัสดุ และผิวสำเร็จของการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซิน

ระบบขนาดอุตสาหกรรมพบได้ทั่วไปมากกว่าในทศวรรษก่อน ๆ สำหรับบริษัทขนาดใหญ่ที่สามารถรับภาระได้ทั้งต้นทุนการซื้อและการบำรุงรักษาที่สูง รวมถึงข้อกำหนดด้านพื้นที่ใช้สอยและโครงสร้างพื้นฐานที่มากกว่าของการพิมพ์แบบ stereolithography จากด้านบนลงล่าง

เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินขนาดตั้งโต๊ะเกิดขึ้นได้จากการประดิษฐ์การพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA กลับหัว และเมื่อเทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้โดยผู้ผลิตมากขึ้น เครื่องพิมพ์ขนาดเล็กที่มีพื้นที่สร้างชิ้นงานทรงลูกบาศก์ประมาณ 10-20 ซม. ในแต่ละทิศทางก็กลายเป็นมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น Form 3+ ของ Formlabs มีปริมาตรการสร้างชิ้นงาน 14.5 × 14.5 × 19.3 ซม. ในขณะที่ Form 4 มีปริมาตรการสร้างชิ้นงานใหญ่ขึ้น 30% ที่ 20.0 × 12.5 × 21.0 ซม.

การพิมพ์ 3 มิติเรซินแบบ benchtop ก็เกิดขึ้นได้ในลักษณะเดียวกัน จากการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยี SLA แบบกลับหัวและเทคนิคการลอกที่ได้รับการปรับปรุง เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ benchtop เช่น Form 4L ซึ่งมีปริมาตรการสร้างชิ้นงาน 35.3 × 19.6 × 35.0 ซม. มีความสามารถในการทำต้นแบบอย่างรวดเร็วขนาดเท่ามนุษย์สำหรับสินค้าอุปโภคบริโภค รวมถึงสร้างผลิตภัณฑ์สำหรับการใช้งานจริงโดยการพิมพ์ 3 มิติโดยตรง หรือผ่านการใช้เครื่องมือแบบ rapid tooling ที่พิมพ์ 3 มิติ

สำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP มีการแลกเปลี่ยนโดยตรงระหว่างความละเอียดและปริมาตรการสร้างชิ้นงาน ความละเอียดขึ้นอยู่กับโปรเจกเตอร์ ซึ่งเป็นตัวกำหนดจำนวนพิกเซล/voxel ที่มีอยู่ หากย้ายโปรเจกเตอร์เข้าใกล้หน้าต่างออปติคัลมากขึ้น พิกเซลจะเล็กลง ซึ่งเพิ่มความละเอียด แต่จำกัดพื้นที่สร้างชิ้นงานที่มีอยู่ ผู้ผลิตบางรายใช้โปรเจกเตอร์ความละเอียดสูงกว่าแบบ 4K หรือ 8K แต่สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงมาก ทำให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสูงขึ้น

เครื่องพิมพ์ DLP ฟอร์แมตขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ยังคงใช้เทคโนโลยีจากด้านบนลงล่าง แทนที่จะเป็นแบบกลับหัว ซึ่งต้องการเรซินปริมาณมากให้พร้อมใช้งานในครั้งเดียว ด้วยเหตุนี้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP ขนาดตั้งโต๊ะและฟอร์แมตขนาดเล็ก โดยทั่วไปจึงถูกปรับให้เหมาะสมสำหรับกรณีการใช้งานเฉพาะ เครื่องเหล่านี้มีปริมาตรการสร้างชิ้นงานที่เล็กกว่า และให้ความละเอียดสูงเพื่อผลิตชิ้นงานขนาดเล็กที่มีรายละเอียด เช่น เครื่องประดับ ในขณะที่เครื่องอื่น ๆ สามารถผลิตชิ้นงานที่ใหญ่กว่าได้ แต่ที่ความละเอียดต่ำกว่า

เนื่องจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ LCD อาศัยชุด LED และหน้าจอ LCD สำหรับบังแสงที่มีขนาดใกล้เคียงกัน ประโยชน์ด้านความถูกต้องและความเที่ยงตรงจึงยังคงเหมือนเดิมเมื่อปริมาตรการสร้างชิ้นงานใหญ่ขึ้น เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินแบบ LCD หรือ MSLA ฟอร์แมตขนาดใหญ่จะมีความถูกต้องเท่ากับรุ่นที่เล็กกว่า หากใช้หน้าจอ LCD ที่มีขนาดพิกเซลเท่ากัน และแหล่งกำเนิดแสง LED ที่มีความสม่ำเสมอและการทำให้ลำแสงขนานกันในระดับเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม แตกต่างจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLA ที่ใช้เลเซอร์ สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนเล็กน้อยสำหรับทุก LED ที่เพิ่มเข้ามา และทุกตารางเซนติเมตรของหน้าจอ LCD ที่เพิ่มเข้ามา เครื่องพิมพ์เรซินที่ใช้เลเซอร์สามารถใช้เลเซอร์ตัวเดียวกันสำหรับปริมาตรการสร้างชิ้นงานทุกขนาดได้ เพราะ galvanometers ของเครื่องสามารถกำหนดเส้นทางไปยังพื้นที่ที่ไกลออกไปของแท่นสร้างชิ้นงานสำหรับขนาดที่ใหญ่ขึ้นได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม เพื่อประโยชน์ด้านความเร็วในการพิมพ์ เครื่องพิมพ์เรซินที่ใช้เลเซอร์แบบ benchtop ฟอร์แมตขนาดใหญ่จำนวนมาก เช่น Form 3L จะเพิ่มหน่วยเลเซอร์ตัวที่สอง ซึ่งเพิ่มต้นทุนในลักษณะคล้ายกับการเพิ่มชุด LED และหน้าจอ LCD ที่ใหญ่ขึ้น

ผิวสำเร็จ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินเป็นที่รู้จักในด้านการสร้างชิ้นงานที่มีผิวสำเร็จเรียบ ซึ่งต้องการการทำงานหลังการพิมพ์เพียงเล็กน้อยเพื่อให้ได้รูปลักษณ์เหมือนพลาสติกฉีดขึ้นรูป การพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซิน ไม่ว่าจะใช้โปรเจกเตอร์ ชุด LED หรือเลเซอร์ สามารถทำให้เรซินเหลวแข็งตัวโดยให้ผิวสำเร็จที่ดีกว่าอย่างมาก เมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์ FDM ที่อัดเส้นฟิลาเมนต์ออกมา ขึ้นอยู่กับการออกแบบ เครื่องพิมพ์เรซินและ FDM ทั้งหมดอาจจำเป็นต้องพิมพ์ชิ้นงานพร้อมซัพพอร์ต ซึ่งอาจทิ้งจุดสัมผัสหรือร่องรอยไว้บนพื้นผิวที่อาจต้องขัดเบา ๆ หรือตัดออก

ผิวสำเร็จที่เป็นไปได้บน Form 4L ทำให้การทำต้นแบบขนาดเท่ามนุษย์สมจริงมากขึ้น — ต้นแบบพวงมาลัยนี้มีพื้นผิวสัมผัสของสิ่งที่จะกลายเป็นผ้าหุ้มสำหรับการใช้งานจริงในท้ายที่สุด ซึ่งถูกสร้างไว้ภายในโมเดล 3 มิติของมัน

ชั้นต่าง ๆ ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินถูกยึดติดกันทั้งทางเคมีและทางกายภาพในแกน Z ดังนั้นความแตกต่างระหว่างชั้นในแนวตั้งจึงตรวจจับได้ยากมาก ส่งผลให้มีลักษณะที่เรียบเนียนกว่า

สำหรับวัสดุใส เช่น Clear Resin พื้นผิวที่เรียบเนียนนี้แปลเป็นความโปร่งใสที่ดีขึ้นของตัวชิ้นงานเอง ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นงานที่ต้องการความโปร่งแสงทางออปติคัล หรือการแสดงฟีเจอร์ภายใน

พื้นผิวที่เรียบทำให้เกิดความโปร่งใสทางออปติคัลได้เกือบสมบูรณ์ สำหรับแม่พิมพ์สองส่วน ความโปร่งใสนี้ทำให้ง่ายต่อการสังเกตและแก้ไขปัญหากระบวนการขึ้นรูปในขณะที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงาน

เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เลเซอร์ เช่น Form 3+ และ Form 3L ได้รับความนิยมจากพื้นผิวที่เรียบเกือบสมบูรณ์แบบ เนื่องจากเลเซอร์มีขนาดจุดเป็นทรงกลม ขอบโค้งจึงโค้งมนอย่างแท้จริง และลักษณะโดยรวมของชิ้นงานจึงเรียบเนียนมาก

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP และ LCD โดยทั่วไปก็มีผิวสำเร็จที่เรียบเนียนอย่างมากเช่นกัน และต้องการการขัดหรือการขัดเงาเพียงเล็กน้อยมากเพื่อให้ดูเหมือนพลาสติกฉีดขึ้นรูป อย่างไรก็ตาม เครื่องพิมพ์ทั้ง DLP และ LCD ต่างฉายแสงผ่าน voxel หรือ pixel ซึ่งเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ในอดีต voxel เหล่านี้จะทำให้เกิดร่องรอยแบบ “ขั้นบันได” หรือ “aliasing” ที่มองเห็นได้ในแกน X และ Y ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าเส้น voxel หรือเส้น pixel

เมื่อไม่นานมานี้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP และ LCD เริ่มใช้โปรเจกเตอร์หรือหน้าจอ LCD ความละเอียดสูงที่มีพิกเซลขนาดเล็กมาก ร่วมกับเทคนิค anti-aliasing ซึ่งพิกเซลบางส่วนจะถูกเปิดใช้งานเพียงบางส่วน ด้วยเหตุนี้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ DLP และ LCD รุ่นใหม่จึงให้ผิวสำเร็จที่โดยส่วนใหญ่แทบจะแยกไม่ออกจากเครื่องพิมพ์ SLA ที่ใช้เลเซอร์

ความเร็วและปริมาณงาน

เมื่อธุรกิจจำนวนมากขึ้นหันมาใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิต รวมถึงการทำซ้ำและปรับปรุงอย่างรวดเร็ว ความเร็วในการพิมพ์ 3 มิติจึงกลายเป็นปัจจัยที่ต้องพิจารณามากขึ้นเมื่อเลือกเทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่เหมาะสมคือเครื่องที่ผลิตชิ้นงานคุณภาพสูงได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ลดทอนความถูกต้อง ความน่าเชื่อถือ หรือประสิทธิภาพของวัสดุ กระบวนการ FDM และ SLS ได้ปรับปรุงความเร็วในการพิมพ์อย่างมีนัยสำคัญ แต่เครื่องพิมพ์ 3 มิติเรซินกลับเร็วขึ้นยิ่งกว่า ทำให้เป็นกระบวนการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุที่เร็วที่สุด Print Engine รุ่นใหม่อย่าง LFD ยกระดับสิ่งนั้นไปอีกขั้น และสามารถผลิตชิ้นงานส่วนใหญ่ได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง หรือชิ้นงานขนาดเล็กได้ภายในรอบเวลาระดับนาที