Różnice pomiędzy „domowym” drukowaniem z plastiku (FDM) i żywicy (DLP)

Ponieważ póki co niewiele osób u nas w kraju miała okazję używać maszyn pracujących w innej technologii niż Fused Filament Fabrication – a jeszcze mniej z nich jest skora się do tego przyznać – postanowiłem napisać tekst, który przybliżyłby czytelnikom portalu temat drukowania z żywicy. Porównanie starałem się zrobić jak najbardziej bezstronnie, w oparciu głównie o własne doświadczenia z drukarkami MendelMax i B9Creator, skupiając się jednak bardziej na samej technologii niż specyfice tych modeli. Starałem się trzymać zasady minimum słów – maksimum treści, ponieważ zagłębienie się w temat spokojnie wystarczyłoby do zapełnienia uczciwie napisanej pracy inżynierskiej…

Podstawy

Druk w wykorzystywanej w 90% modeli drukarek technologii FDM/FFF polega na osadzaniu topionego przez głowicę plastiku na stole roboczym warstwa po warstwie. Druk za pomocą fotopolimerów (materiałów światłoutwardzalnych) polega na selektywnej polimeryzacji warstw modelu za pomocą światła laserowego (stereolitografia, SL) lub lampy (Digital Light Processing, DLP).

Przy tańszych modelach drukarek żywicznych jest to zwykle laser małej mocy lub zmodyfikowany projektor kina domowego. Materiał do druku FDM podawany jest w formie plastikowego drutu, przy DLP i SL jest to płynna żywica. Drukarki fotopolimerowe mają nieco prostszą konstrukcję, jednak trudniej jest zbudować dobrze działający model od podstaw, głównie z powodu długotrwałego (czasem wielomiesięcznego…) doboru parametrów pracy do konkretnej żywicy.

Dokładność i wygląd modeli

Tu nie ma żadnej dyskusji – modele żywiczne wyglądem powierzchni deklasują FDM, nawet porównując słabą drukarkę żywiczną i dobrą drukującą z plastiku. Przede wszystkim nie mają prążków które zdradzają ruchy głowicy. Poniżej rozdzielczości ok. 80 mikronów modele wyglądają lepiej, niż ich odpowiedniki wykonane na wtryskarkach. Aby jednak nie było tak różowo, na gładkich powierzchniach i małych kątach przy DLP może być widoczne „schodkowanie„. Mimo to zestawienie tych samych obiektów drukowanych w obu technologiach wzbudza co najwyżej uśmiech. 🙂 Bardzo duży wpływ na dokładność i ogólny wygląd ma zastosowana żywica – zwykle przystosowana do pewnego zakresu dokładności.

Ograniczenia modeli

Drukarki FDM mają generalnie większe pole robocze. Mogą także wykorzystywać inny materiał podporowy (lub kolor) w stosunku do podstawowego – choć praktyka pokazuje, że jest to dosyć uciążliwe. Modele plastikowe są generalnie twardsze i trwalsze. Mogą posiadać także zmienne wypełnienie w celu oszczędności materiału, co jest cechą dość unikalną wśród technologii druku 3D.

Drukarki fotopolimerowe z ciekłą żywicą mogą wykorzystywać tylko jeden materiał na raz – model jest w nim zanurzony. Mimo to mogą używać łamliwych podpór (prostszych i w mniejszej ilości niż na FDM), a same modele mają dużo mniej ograniczeń kształtu – przykładowo wydruk kuli albo modeli z kilkumilimetrowymi, niepodpartymi nawisami nie jest żadnym problemem.  Modele żywiczne mogą mieć bardzo cienkie i pełne detali elementy – choć ponownie dużo zależy tutaj od zastosowanej żywicy. Generalna zasada jest taka – drukarka żywiczna poradzi sobie z dowolnym modelem, który można wydrukować na jednogłowicowej drukarce FDM i wieloma więcej – ale nie z absolutnie każdym.

Obróbka modeli

Model z FDM na dobrą sprawę może być użyty od razu po zdjęciu z maszyny. Wydruk żywiczny wymaga oczyszczenia z resztek żywicy i doświetlenia w świetle UV, co może zając od kilku minut (światło słoneczne) do kilku godzin (słaba lampa UV). Modele z ABS można wygładzać w oparach acetonu (kosztem detali modelu), piaskiem lub papierem ściernym. Niektóre żywice można traktować jak wosk – wydruki mogą posłużyć do bezpośredniego odlewania w metalu. Modele w obu technologiach można bezproblemowo kleić.

Obsługa maszyny

Drukarki DLP wymagają znacznie mniej pracy z oprogramowaniem – zwykle wystarczy wczytać model, wybrać jakość, rodzaj żywicy i pozwolić programowi zająć się resztą. Nie jest to jeszcze Plug&Print, ale poprawne drukowane nie wymaga kilkusetgodzinnej nauki dobierania parametrów i doświadczenia. Dużo większe znaczenie od kunsztu drukarza ma maszyna i zastosowana żywica – nawet zupełny laik poradzi sobie ze stworzeniem bardzo dobrych obiektów już za pierwszym razem. Drukarki wymagają jednak nieco więcej troski – żywica w stanie płynnym jest bardziej uciążliwa w czyszczeniu, należy dbać o czystość soczewek etc.

O drukarkach FDM napiszę tylko tyle – polskojęzyczne forum traktujące praktycznie tylko o ich budowie i obsłudze przez półtora roku dorobiło się ponad 25000 postów w prawie 2000 tematów…

Czas wydruku

Tu wygrywa FDM – wydruk przeciętnie trwa kilka godzin a na DLP kilkanaście, ALE… na DLP czas jest stały – niezależnie, czy drukujemy jeden detal czy dwadzieścia (o ile zmieszczą się na stole) czas jest taki sam, czyli mniej więcej kilkanaście sekund na warstwę. Do czasu wydruku trzeba doliczyć kilkadziesiąt minut na czyszczenie, obróbkę i doświetlanie modelu.

Bezpieczeństwo

Najwięcej niepokojów w drukarkach żywicznych budzi oczywiście sama żywica. Zwykle jest to mieszanina na bazie akrylanów, i podobnie jak wszystkie produkty na ich bazie (farby, kleje) mogą wywoływać reakcje alergiczne a przy długotrwałej ekspozycji także inne niepożądane skutki uboczne. Czy jednak naprawdę jest ona tak niebezpieczna? Oczywiście zależy to od konkretnej mieszaniny, ale zwykle nie są to produkty bardziej drażniące od chociażby alkoholu izopropylowego. Każda z nich musi być przebadana przed dopuszczeniem na rynek i wszystkie niebezpieczeństwa powinny zostać opisane na etykiecie. Podobnie jak z chemią domową – jeżeli ktoś wypije mleczko do czyszczenia armatury prawdopodobnie nie skończy zbyt dobrze, ale przy odpowiedzialnym użytkowaniu nie ma możliwości, aby komuś stała się krzywda.

Co do samych maszyn – nic się w nich nie grzeje, niewiele się porusza, komory wydruku są zawsze zamknięte aby nie dopuszczać do nich światła. Pewne zagrożenie może stwarzać promieniowanie laserowe w drukarkach stereolitograficznych, ale ten problem nie dotyczy DLP. W przypadku zawieszenia się elektroniki w najgorszym wypadku trzeba będzie zacząć wydruk od nowa – nie ma możliwości, aby taka drukarka zrobiła komuś (lub czemuś) coś złego.

Natomiast co do FDM… Pomijam już ruchome gorące elementy bez żadnych osłon czy domniemaną szkodliwość oparów plastiku – ale to, w jaki sposób budują te drukarki niektórzy domorośli konstruktorzy potrafi zjeżyć włosy na głowie. Zbyt cienkie kable, grzałki o dużych mocach bez zabezpieczeń termicznych, duże prądy na stołach grzejnych, słabe zasilacze… Najpopularniejsze elektroniki sterujące i ich software były tworzone przez hobbystów dla hobbystów i nie mają podstawowych zabezpieczeń. Niektórych maszyn w ogóle nie powinno się zostawiać bez nadzoru, zwłaszcza tych tworzonych z zestawów DIY. Myślicie, że nikomu jeszcze nie „udało się” spowodować chociażby małego pożaru na pokładzie? Oj, mylicie się. O tym się po prostu nie mówi…

Cena

Tu także wygrywa FDM. Plastik jest tańszy od żywicy i na razie nic nie wskazuje na to, aby miało się to zmienić. Koszt kilograma żywicy dobrej jakości zaczyna się od 120 dolarów, koszt dobrego plastiku to około 100zł. Oczywiście zarówno żywicę jak i plastik można zdobyć taniej (lub drożej) a ceny z czasem będą spadać.

Różnice są widoczne także w cenach samych maszyn – drukarki DLP z ceną zaczynającą się (na dziś) od kilkunastu tysięcy złotych raczej nie są zabawkami dla hobbystów. W prawdzie istnieją zestawy do samodzielnego montażu jak np. OpenSL czy konstrukcje amatorskie, ale ilość czasu wymaganego do uruchomienia i stopień zaawansowania tych projektów w stosunku do ceny i efektów jakie można na nich osiągnąć same tłumaczą ich znikomą popularność.

Ktoś zapewne wspomni o medialnym Peachy Printer za 100$… Cóż. Może pogadajmy na ten temat jak ta „drukarka” pojawi się w sklepach? O ile ktoś to strzelające silnymi laserem w losowych kierunkach pudełko w ogóle dopuści do sprzedaży…

Zastosowania

Całość można uprościć do stwierdzenia, że tam gdzie kończą się możliwości FDM zaczynają się możliwości DLP i SL. Nie znaczy to jednak, że FDM odejdzie w najbliższym czasie do lamusa. Wszystkie większe części mechaniczne, obudowy do elektronik, zabawki, kubki, wazy i innego typu kurzozbieracze lepiej, szybciej i taniej jest drukować z plastiku. Jeżeli jednak w grę wchodzi dokładność i tworzenie mniejszych elementów jak prototypy detali urządzeń, figurki do gier bitewnych czy biżuteria (ale prawdziwa – a nie tandetne plastikowe bransoletki!) warto zastanowić się nad fotopolimerami.

Przy modelarstwie przełamię swoją bezstronność – jako modelarz-hobbysta muszę napisać, że po zapoznaniu się z wydrukami żywicznymi nie ma odwrotu do FDM. Przepaść w dokładności jest zbyt widoczna. I choć odbiega ona od profesjonalnych model woskowych (tworzonych na maszynach o dwa zera droższych…) to z powodzeniem wystarcza do tworzenia spersonalizowanych, ciekawie wyglądających figurek czy ich elementów. Armia orków z rysami twarzy Nicolasa Cage’a? Żaden problem.

Zdaję sobie sprawę, że temat co najwyżej rozpocząłem, wielu wątków nawet nie poruszyłem, inne uprościłem – ale powinniście już mieć pewne rozeznanie. Rozwój technologii prawdopodobnie szybko zdezaktualizuje ten tekst – na przykład pojawienie się tanich drukarek laserowych czy żywic może dużo namieszać. Na razie jednak jest to przyszłość.