3D modeliranje za FDM ili MSLA printer?

Govorili smo o važnosti kvalitetnog digitalnog 3D modela, izrađenog po pravilima za FDM/FFF 3D modeliranje, u jednom od naših prethodnih blogova. No, što u slučaju kada možeš birati između nekoliko tehnologija 3D ispisa? U ovom blogu napravit ćemo ključnu distinkciju između 3D modeliranja za FDM/FFF tehnologiju 3D ispisa te sve popularnije DLP, SLA ili MSLA tehnologije 3D ispisa. 

Govoreći u sferi hobi/maker 3D printanja, te primjene najučestalijih tehnologija 3D ispisa (FDM i MSLA), ovaj blog namijenjen je početnicima i onima koji se predomišljaju oko ulaska u svijet 3D printanja. Pokušava se dočarati kako odabrati adekvatnu tehnologiju za realizaciju svojih ideja i projekata, obzirom na 3D modeliranje. Također, prilikom samog odabira 3D printera, odgovaramo na pitanje, treba li ići u smjeru FDM/FFF ili MSLA 3D tehnologije 3D ispisa? Radi jednostavnije komunikacije, na sve 3D printere koji rade sa smolom, za potrebe ovog bloga, referirat ćemo se nazivom MSLA 3D printeri.

FDM/FFF 3D ispis sa 2 ekstrudera (Izvor slike: BCN3D)

MSLA (Masked Stereolitography) je tehnologija 3D ispisa koja uz pomoć svjetla pretvara tekuću smolu (eng. resin) u kruto stanje, sloj po sloj, i tako nastaje 3D printani objekt. Nakon završetka 3D ispisa objekti moraju proći završnu obradu koja uključuje “curing & washing” proces kako bi bili spremni za upotrebu. MSLA tehnologija 3D ispisa najčešće se koristi za 3D ispis manjih predmeta koji zahtijevaju jako visoku preciznost te ljepotu detalja.

MSLA 3D printeri izuzetno su popularni među zubnim tehničarima, zlatarima te raznim hobistima. Kako postoji nekoliko srodnih tehnologija 3D ispisa, koje 3D printaju sa smolom, za potrebe ovog bloga koristit ćemo široko prihvaćen naziv MSLA (Masked Stereolitography) tehnologija 3D ispisa. Temeljne razlike između navedene MSLA tehnologije i srodnih tehnologija možeš vidjeti na donjem grafičkom prikazu.

Razlike među srodnim tehnologijama koje rade sa smolom (izvor slike: Theorthocosmos)

Iako postoji širi spektar tehnologija 3D ispisa, koje rade sa duromerima ili polimernim prahom, u ovom blogu usredotočit ćemo se na dvije tehnologije 3D ispisa koje najčešće koristimo tj. kombiniramo u svrhu izrade projekata za naše klijente. To su FDM/FFF te MSLA tehnologija 3D ispisa.

Odabir FDM ili MSLA tehnologije prema 3D modelu

Odabir tehnologije 3D printanja za pojedine objekte uglavnom je empirički. Međutim, određena pravila 3D ispisa pojedinom tehnologijom, veličina i geometrija modela, kao i korisnička želja za detaljima, mogu te nedvojbeno uputiti u smjeru FDM/FFF ili MSLA tehnologije 3D ispisa.

Osnovni kriteriji za samostalno određivanje tehnologije prema 3D modelu su:

Veličina modela (XYZ parametri). Najčešće je FDM/FFF adekvatnija metoda za izradu većih 3D printeva zbog ograničenosti radnog volumena većine dostupnih MSLA printera.

Veličina detalja na samom 3D modelu. Ukoliko je riječ o CAD modelu za tehničku namjenu (strojni dio, građevina, arhitektura), a isti ima presitne konstrukcije (primjeri skaliranih maketa kuća, zgrada, segmenti mostova i sl.) 3D modeli će vjerojatno bolje ispasti u MSLA 3D printu.

Ukoliko je prisutna fina tekstura na 3D modelu ista će bolje ispasti na višim rezolucijama 3D printa (niža visina sloja) odnosno MSLA metodom 3D ispisa.

Ukoliko se radi o manjim organskim oblicima (primjerice minijature, board game figurice) za iste se preporučuje MSLA radi vrlo visoke rezolucije i finoće detalja.

Ukoliko se radi o CAD 3D modelu, za 3D print inženjerske namjene, pravilne geometrijske strukture i ravnih rubova, češći odabir je FDM/FFF tehnologija 3D ispisa.

Slika 1. primjer CAD modela u “slicer” programu za FDM (veličina modela 515x515x600mm)

3D modeliranje za MSLA tehnologiju 3D ispisa

U jednom od prethodnih blogova govorili smo o temeljnim pravilima 3D modeliranja za FDM/FFF tehnologiju 3D ispisa. Blog možeš pročitati ovdje. U ovom blogu usporedit ćemo ranije navedena pravila s pravilima izrade 3D modela za MSLA tehnologiju 3D ispisa. Osnovna “briga” kod MSLA 3D printa je kako optimizirati dio koji je 3D printan pod kutem sa “support” materijalom, a da ne naruši estetiku 3D printanog modela.

Kako MSLA printani dijelovi bolje ispadaju 3D printani pod kutem nego horizontalno (sa velikom površinom presjekom Z osi) treba posvetiti pažnju dizajnu da prilikom uklanjanja tzv. “supporta” dio ne bude oštećen ili smanjene kvalitete teksture, veće površinske hrapavosti itd.

MSLA tehnologija 3D ispisa može postići puno veće rezolucije od FDM-a jer koristi laser za učvršćivanje materijala. MSLA rezolucija ispisa u XY smjeru (ili vodoravna rezolucija) ovisi o veličini svjetlosnog snopa i može se kretati od 30 do 140 mikrona (ovo nije moguće mijenjati kao parametar 3D printa). 

Rezolucija u Z-smjeru (ili vertikalna rezolucija) varira od 25 do 200 mikrona. Odabir vertikalne razlučivosti predstavlja kompromis između brzine i kvalitete. Za dio koji ima malo krivulja ili sitnih detalja, bit će mala vizualna razlika između printa od 25 mikrona i printa od 100 mikrona. Za usporedbu, desktop FDM/FFF stroj obično ispisuje slojeve z-osi na 150 do 400 mikrona (0,15mm – 0,4mm).

Pravila izrade modela za FDM/FFF tehnologiju 3D ispisa detaljnije smo razradili u blogu koji generalno govori o 3D modeliranju za 3D ispis. Iako je sloboda kod dizajna za DLP tehnologiju veća, treba obratiti pažnju na sljedeće minimalne zahtjeve kako bi se postigla optimalna funkcionalnost i izgled 3D printanog komada.

Slika 2. Primjer organskog 3D modela u “slicer” programu, za MSLA (veličina modela 33x23x31mm)

Smjernice 3D modeliranja za MSLA tehnologiju 3D ispisa:

• • 0.5 mm je minimalna debljina zida koji je sa dvije stranice vezan za ostatak 3D printa
  • 1 mm je minimalna debljina zida koji je sa jednom stranicom vezan za ostatak 3D printa
  • “support” materijal je neizbježan, bez obzira na koju stranu bio okrenut 3D model prilikom pripreme 3D ispisa
  • dijelovi 3D modela npr. izbočenja ili udubljenja trebaju biti minimalno 0.4 mm širine te 0.4 mm dubine
  • minimalni promjer provrta treba biti barem 0.5 mm širine
  • minimalna zračnost između pokretnih dijelova predmeta (npr. provrt- osovina) treba biti 0.5 mm
  • minimalni promjer otvora kroz koji želimo otkloniti “višak” smole prilikom 3D ispisa je 4 mm
  • 0.2 mm je preporučena minimalna debljina nekog oblika koji se 3D printa kako bi se minimizirao rizik od neuspjelog 3D printa
  • 0.5 mm je preporučeni minimalni promjer klina kojeg se 3D printa u visinu
  • treba obratiti pozornost na toleranciju proizvodnje stroja +-0,5% od neke nazivne mjere (jednako kao i kod FDM-a)

Kako bi bolje dočarali usporedbu pravila 3D modeliranja između FDM i MSLA tehnologije 3D ispisa, ubacili smo fotografiju na kojoj je sve jednostavno uspoređeno. Pravila i veličine sa slike su opće smjernice, detaljnije se mogu dobiti karakteristike 3D printa ovisno o parametrima izvora UV svjetla te također ovisno o odabranoj smoli za 3D print.

Pravila za izradu 3D modela za 3D ispis prema 3DHubs. (Izvor: 3DHubs)

Zaključak

Kao i kod izbora alata za 3D modeliranje tako je i kod izbora proizvodne tehnologije 3D printanja teško napraviti jasnu distinkciju koje digitalne 3D modele proizvesti kojom tehnologijom.

Stvar bi se u svojoj osnovi svodila na generalni zaključak da se tzv. “3D solid” modeli ili „hard surface” dizajn, pri izradi 3D modela u CAD programima, najčešće izrađuju FDM/FFF 3D printerom. S druge strane, organski oblici 3D modela rađeni u “sculpting” programima, najčešće se izrađuju MSLA 3D printerom. To se u slučaju veličine 3D printanog komada relativizira. Npr. bistu kao organski oblik visine 500 mm, adekvatnije bi bilo odraditi na FDM/FFF 3D printeru jer svi detalji i teksture na tom mjerilu prelaze u rang koji je izvediv FDM/FFF tehnologijom 3D ispisa. S druge strane „hard surface” modeli sa hrpom CAD obilježja, u smanjenom mjerilu, češće su izvedivi MSLA strojevima te će njihovi detalji biti bolje vidljivi. 

U sljedećem blogu biti će riječ o odabiru i primjeni FDM/FFF ili MSLA 3D printera kao modernoga alata digitalne proizvodnje te njihovoj komplementarnosti pri proizvodnji. Vjerujemo da će naši tekstovi pomoći u kvalitetnoj primjeni 3D printera pri proizvodnji. Stay tuned & 3D print on! Tvoj 3DPrintaj tim.

Izvori: https://www.3dhubs.com/, https://theorthocosmos.com/, https://www.pluralsight.com/