Porównanie technologii - FDM vs. SLA vs. SLS

Fakt, że pod określeniem druk 3D kryje się szereg technologii wytwórczych, dla których wspólnych mianownikiem jest tworzenie elementu przez nakładanie kolejnych warstw, może być mylący szczególnie dla mniej doświadczonych użytkowników. Co więcej, z roku na rok przybywa nowych przyrostowych metod wytwórczych i wariacji na ich temat, co może dodatkowo przyczyniać się do przeładowania informacjami, które trudno na pierwszy rzut oka usystematyzować.

W ostatnich latach dostępność rozwiązań addytywnych znacząco wzrosła z racji m.in. na zwiększającą się świadomość na temat zalet technologii, a także coraz niższe ceny urządzeń. Niemniej jednak, podjęcie decyzji, która z dostępnych technologii ma szansę stać się optymalnym rozwiązaniem dla użytkownika może nastręczać problemów.

W poniższym artykule skupimy się na trzech najpopularniejszych metodach druku 3D – FDM, SLA, SLS. Dokonamy ich porównania i wykażemy, które metody mają zasadność stosowania w poszczególnych aplikacjach.

Technologie przyrostowe

Druk 3D należy traktować jak jedna z dostępnych technologii wytwórczych, komplementarną do innych metod – takich jak frezowanie, odlewanie czy produkcja z detali z wtrysku. Technologie przyrostowe stanowią właściwy sposób wytwarzania, kiedy planujemy niskoseryjną produkcję elementów o dużej złożoności. Kiedy jeszcze warto wybrać technologię druku 3D? Wtedy gdy…

…niewielkie ilości wytwarzanych detali są zaletą
…precyzja wykonania jest priorytetem
…zależy nam na zmniejszeniu wagi elementu poprzez zastosowanie specjalnie zaprojektowanej struktury wewnętrznej,
…koszty materiału są wysokie. Technologie przyrostowe wyróżnia niski wskaźnik „Buy-to-Fly” – pojęcie wywodzi się z branży kosmicznej i określa stosunek pomiędzy ilością zużytego materiału a faktyczną wagą wytworzonej części. Technologie przyrostowe pozwalają na osiąganie wartości wskaźnika blisko jedności, co oznacza niewielką różnicę pomiędzy ilością wymaganego surowca a masą całkowitą detalu.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Nazwa technologii FDM stanowi skrót od Fused Desposition Modeling, czyli metoda osadzania topionego materiału. Stanowi ona najpopularniejszą technikę przyrostową, pozwalającą na wykonywanie elementów z materiałów termoplastycznych.

Tworzywa te (takie jak PLA, ABS i wiele więcej) pod wpływem podwyższonej temperatury w bloku grzewczym stają się plastyczne i poprzez głowicę drukującą nanoszone są warstwa po warstwie. Niejednokrotnie opisywaliśmy szczegóły technologii FDM – poniżej najciekawsze pozycje traktujące o druku 3D z termoplastów.

ZOBACZ: Technologia FDM – ROZDZIAŁ 1 – Co to jest i na czym polega…?
ZOBACZ: Technologia FDM – ROZDZIAŁ 2 – Jak działa drukarka 3D i na co zwracać uwagę przy jej zakupie…?
ZOBACZ:Technologia FDM – ROZDZIAŁ 3 – Od wirtualnego modelu do wydruku 3D

W dużym uproszczeniu, technologia FDM jest najtańszą i najbardziej przystępną technologią druku 3D. Nie wymaga kosztownego post-processingu i pozwala na szybkie wytwarzanie zarówno elementów użytkowych, jak i funkcjonalnych prototypów. O różnicy pomiędzy domowym a profesjonalnym drukiem 3D w technologii FDM pisaliśmy w poniższym tekście:

ZOBACZ: FDM i FFF to tylko na pozór to samo – czym różnią się od siebie obydwie technologie…?

SLA (Stereolitografia)

Kolejna technologia, która coraz chętniej adaptowana jest przez użytkowników to stereolitografia, czyli metoda, w której żywica fotopolimerowa utwardzana jest warstwa po warstwie wiązką lasera.

ZOBACZ: Wprowadzenie do technologii SLA

Wybierana w przypadku tych aplikacji, gdzie priorytetem jest wysoka jakość powierzchni i precyzja wykonania. Gładka powierzchnia wydruku 3D, brak widocznych warstw i szczegółowe oddanie detali – to cechy charakterystyczne technologii SLA.

Równocześnie, oferta producentów materiałów eksploatacyjnych sukcesywnie się poszerza – dostępne są materiały o szerokim zakresie właściwości optycznych, mechanicznych i termicznych, które odpowiadają potrzebom najbardziej wymagających użytkowników. Stereolitografia znajduje zastosowanie w branży jubilerskiej, stomatologicznej czy modelarskiej. Równocześnie, to odpowiednia metoda dla wykonywania szczegółowych prototypów wymagających zachowania wymiarów i gładkich powierzchni, takich jak formy czy części funkcjonalne.

SLS (Selective Laser Sintering)

Metoda spiekania proszku polimerowego wiązką lasera to najpopularniejsza technika druku 3D dedykowanego branży przemysłowej. W odróżnieniu od wcześniej opisywanych technologii metoda SLS najczęściej wymaga profesjonalnej infrastruktury zarówno do wytwarzania jak i post-porcessingu (usuwania niespieczonego proszku czy piaskowania wydruków 3D).

Metoda pozwala na wydajną produkcję niskoseryjną elementów o złożonej geometrii – w przypadku technologii SLS nieutwardzony proszek stanowi podpory konstrukcji, dlatego projekt nie wymaga generowania podpór jak w przypadku technologii SLA czy FDM.

Na modelach wykonywanych w technice SLS na próżno szukać warstw. Charakteryzuje je lekko szorstkie wykończenie powierzchni oraz właściwości techniczne pozwalające na tworzenie funkcjonalnych elementów. Wybór tej technologii jest częsty wśród inżynierów, szukających metody, która w opłacalny sposób będzie stanowiła atrakcyjną cenę dla formowania wtryskowego w przypadku krótkich serii produkcyjnych lub jako urządzenie do tzw. produkcji pomostowej.

Z uwagi na charakter technologii użytkownik indywidualny może zdecydować się na skorzystanie z usług druku 3D w technologii SLS lub wybrać desktopowe urządzenie pracujące w technologii SLS, biorąc pod uwagę samodzielne wykonanie post-processingu wydruków.

Porównanie – funkcjonalność

Na podstawie powyższych, krótkich opisów przyrostowych technik wytwórczych można z łatwością dostrzec różnice i podobieństwa pomiędzy popularnymi technikami wytwórczymi. Poniżej zestawienie kolejnych metod wytwórczych w kontekście różnorodnych właściwości.

Właściwość	FDM	SLA	SLS
Rozdzielczość druku 3D	Zależy od głowicy drukującej – najpopularniejszy rozmiar głowicy to 0,4 mm	Do 50 mikronów	Do 75 mikronów
Wysokość warstwy	Do 0,1 mm	Od 0,05 mm do 0,015 mm	Do 0,15 mm
Jakość powierzchni	W zależności od rozdzielczości druku 3D widoczne charakterystyczne warstwy	Gładka, wysoka jakość wykończenia powierzchni	Lekko chropowata faktura
Wydajność pracy	Odpowiednia do produkcji jednostkowej, niskoseryjnej	Odpowiednia do produkcji jednostkowej, niskoseryjnej	Wydajna produkcja krótkich serii detali o złożonej geometrii; łatwa skalowalność produkcji
Post-processing	Polega na usunięciu podpór (mechanicznym lub chemicznym, jeśli mamy do czynienia z rozpuszczalną strukturą supportową)	Wymaga usunięcia resztek nieutwardzonej żywicy poprzez kąpiel w alkoholu, naświetlenie lampą UV oraz usunięcie struktur podporowych	Niezbędne jest usunięcie niespieczonego proszku i oczyszczenie detali. Wymaga specjalistycznej infrastruktury
Materiały eksploatacyjne	Polimery termoplastyczne, o temp. plastyczności 60-250 °C	Żywice światłoutwardzalne	Sproszkowane materiały polimerowe (m.in. Nylon 12)
Wymagania dot. zasobów ludzkich oraz infrastruktury	Urządzenia proste w obsłudze, wymagające podstawowej wiedzy na temat bezpiecznego użytkowania	Proste w obsłudze, często plug & play; wymaga dodatkowej stacji do post processingu	W przypadku przemysłowych systemów konieczne pomieszczenie z specjalistyczna infrastrukturą; istnieją również alternatywy dekstopowe, wymagające stacji do post-processingu
Warunki pracy	Urządzenia mogą pracować w środowisku biurowym, rekomendowane pomieszczenie z odpowiednią wentylacją	Urządzenia mogą pracować w środowisku biurowym, rekomendowane pomieszczenie z odpowiednią wentylacją	Pomieszczenie techniczne, wyposażone m.in. w sprężarkę – konieczność pracy z materiałami pylącymi
Zalety	Najszybsza technologia wytwórcza, daje możliwość produkcji zarówno prototypów, jak i elementów konstrukcyjnych	Wysoka precyzja wykonania elementów pozwala na wykorzystanie elementów w branżach precyzyjnych (m.in. jubilerstwo czy stomatologia)	Możliwość tworzenia skomplikowanych geometrii bez struktur podporowych, co daje dużą swobodę projektowania; możliwość druku 3D złożeń
Wady	Najniższa rozdzielczość druku 3D wśród prezentowanych metod	Należy z ostrożnością postępować z żywicą światłoutwardzalną, czuła na ekspozycję również światłem dziennym,	Ograniczona ilość materiałów eksploatacyjnych, chropowate wykończenie powierzchni, najdłuższy czas wytwarzania detalu

.
Porównanie – koszty

Technologie oprócz różnych właściwości charakteryzują również różne ceny- zarówno w przypadku drukarek 3D, materiałów eksploatacyjnych czy urządzeń peryferyjnych. Poniżej zestawienie orientacyjnych cen produktów.

Właściwość	FDM	SLA	SLS
Koszty urządzenia	w zależności od klasy urządzenia – przemysłowej lub desktopowej – od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy złotych	wyższy niż w przypadku drukarek 3D typu FDM – od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych	urządzenia klasy deskstop pracujące w tej technologii to wydatek od 50.000 PLN
Koszty materiału	40-200 PLN/kg, wyższe ceny w przypadku materiałów specjalistycznych	500-1000 PLN/l, wyższe ceny w przypadku materiałów specjalistycznych	około 300 PLN/l w przypadku urządzeń desktop, koszt wydruku wykonywanego usługowo zależy od jego objętości czy ilości wykonywanych detali
Koszty wyposażenia dodatkowego	Opcjonalna myjka do wypłukiwania materiału podporowego (1300 PLN), filtr HEPA (ok. 1000 PLN)	Stacja do post processingu – myjka, stacja do naświetlania UV (ok. 5 000 PLN)	Stacja do post processingu – do usuwania niespieczonego proszku, sprężarka. Koszt od kilku tysięcy złotych