Обзор LCD 3D-принтеров и сравнение их с SLA и DLP

Долгое время считалось, что фотополимерная 3D-печать применяется только в бизнесе, так как высокая стоимость 3D-принтеров печатающих по технологии SLA не позволяла любителям и частным мастерам приобретать их. Самые дешевые аппараты стоили не менее 200 000 рублей. Так было, пока не появились LCD 3D-принтеры. Это принтеры с ЖК-матрицей, сквозь которую слой фотополимера засвечивается светодиодами, такие аппараты отличаются более демократичной стоимостью.

В этой статье мы расскажем о принципах стереолитографии, разберем достоинства и недостатки каждого из применяемых для печати методов и рассмотрим более подробно 3D-печать на LCD 3D-принтерах.

Содержание

• Как работает LCD, DLP и SLA
• Плюсы и минусы технологий
  • SLA
    • Formlabs Form 3
  • DLP
    • D4K Pro Dental и D4K Pro Jewelry
  • LCD
    • Wanhao Duplicator 7
    • Wanhao GADOSO REVOLUTION 1 (GR1)
    • Phrozen Sonic Mini 4K
    • Anycubic LCD Photon
    • Anycubic Photon Mono X
    • Photocentric Liquid Crystal Magna
• LCD 3D-принтер своими руками
  • LCD-принтер пользователя ARR
  • LCD 3D-принтер JAP LCD 5.5 пользователя 3DLab
• Применение LCD-принтеров

Как работает LCD, DLP и SLA

Перед тем, как начать сравнивать принтеры работающие по разным технологиям стереолитографии, посмотрим как происходит процесс 3D-печати по данным технологиям.

На рисунке ниже показан поэтапный пример печати кольца по технологиям SLA и DLP.

На начальном этапе печати в ванночку с прозрачным дном наливают фотоотверждаемый полимер — это жидкий полимер, который затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения. Сверху в ванну опускают платформу печати, на которой и будет происходить построение модели. Далее происходит послойная засветка полимера.

Здесь и проявляется различие технологий.

• В технологии SLA (лазерной стереолитографии) засветку ведут лучом лазера, который отклоняется призмами и/или зеркалами, приводимыми в движение специальной системой (гальванометром), и “сканирует” сечение детали, построчно засвечивая области которые должны быть полимеризованы;
• в технологии DLP засветку осуществляет ультрафиолетовый проектор, и он засвечивает слой одномоментно, сразу весь.

Далее процедура не отличается. Стол немного поднимают и производят следующую засветку. После засветки каждого следующего слоя платформа поднимается, чтобы впустить в рабочую область очередную порцию смолы (фотополимера), и опускается вновь, на расстояние равное толщине одного слоя от дна ванночки, в этот момент происходит очередная засветка и процесс повторяется. Вот так, слой за слоем, происходит формирование твердой детали из жидкого полимера.

При LCD-печати источником света выступает система, где свет от светодиодов проходит сквозь жидкокристаллическую матрицу, аналогичную той, что используется в дисплее смартфона или планшета.

Таким образом, технология LCD-печати в целом похожа на технологию DLP-печати, с той лишь разницей, что в случае LCD световой поток затемняется дисплеем, а в DLP — отклоняется множеством микрозеркал.

Плюсы и минусы технологий

SLA

SLA-печать обладает самым высоким разрешением и точностью из рассматриваемых технологий. При толщине слоя от 25 микрон, данная технология позволяет добиться разрешения от 50 до 250 микрон. Также SLA-печать позволяет добиться наименьшего отклонения напечатанной детали от заданных моделью размеров. Еще одним преимуществом является большая область печати. Засветка лазером позволяет получить площадь печати до 50х50 см, без сильного снижения точности.

Типичным представителем принтеров, работающих по технологии SLA, является Formlabs Form 3.

Formlabs Form 3

• Технология: LFS;
• Рабочая камера: 145 x 145 x 185 мм;
• Толщина слоя, от: 25 мкм;
• Габариты, мм: 405 х 375 х 530;
• Вес, кг: 17,5;
• Специализация: Дизайн; Архитектура; Упаковка; Реклама; Макетирование; Сувенирная промышленность; Ювелирное дело; Образование; Производство;
• Поддерживаемые материалы: фотополимер;
• Интерфейсы: Wifi, Ethernet, USB 2.0;

При всех достоинствах, технология SLA обладает сравнительно низкой скоростью печати на больших площадях засветки. Лазерный луч засвечивает слой фотополимера постепенно, последовательно рисуя срез детали маленьким световым пятном. При печати мелких деталей, наоборот, за счет большей интенсивности луча, засветка происходит быстрее.

DLP

DLP позволяет ускорить печать, при большой площади слоев, так как весь слой фотополимера засвечивается одновременно.

Типичным представителем 3D-принтеров с технологией DLP являются две модели от EnvisionTEC: D4K Pro Dental и D4K Pro Jewelry.

D4K Pro Dental и D4K Pro Jewelry

*На сегодняшний момент D4K Pro Dental и D4K Pro Jewelry сняты с производства. Другие 3D принтеры с технологией DLP здесь.

• Рабочая камера: 148 x 83 x 110 мм;

• Длина волны УФ: 385 нм;

• Источник света: LED;

• Разрешение по осям X и Y: 50 мкм;

• Разрешение оси Z: 1 мкм;

• Толщина слоя от: 15-150 мкм;

• Интерфейсы: Ethernet, USB;

• Электропитание: 100-240 В переменного тока, 1,5 А, 50 Гц/60 Гц;

D4K Pro Dental и D4K Pro Jewelry — настольные 3D-принтеры с разрешением 4K, которые отличаются высокой скоростью печати и высокой детализацией изделий.

D4K Pro построены на промышленном DLP-проекторе, который гарантирует стабильную работу в течение многих лет. Принтеры D4K Pro совместимы со всеми смолами EnvisionTEC DLP.

D4K Pro — это новейшее решение, разработанное для стоматологических кабинетов, небольших лабораторий и ювелирных мастерских.

EnvisionTEC — лидер 3D-печати в стоматологии и ювелирном деле, предлагающий инновационное оборудование и материалы с 2003 года. Принтеры EnvisionTEC используются на сотнях предприятий по всему миру.

Несмотря на высокую скорость печати, DLP-принтеры обладают существенным недостатком — зернистостью изображения. В отличие от SLA, в котором лазер формирует непрерывно движущееся круглое световое пятно, у DLP пятно квадратное и статичное — пиксель матрицы. И даже на проекторах с высоким разрешением получается вполне заметный муар на гладких поверхностях. Это хорошо видно на следующей фотографии:

Тут заметно, что DLP-принтеры дают заметную при увеличении пикселизацию, у SLA-модели поверхность более качественная, гладкая.

LCD

Как уже говорилось выше, технология LCD-печати очень похожа на технологию DLP. При этом она обладает существенным преимуществом — низкой стоимостью принтеров. Если стоимость 3D-принтеров с технологиями SLA и DLP начинается от 200 тысяч рублей, то LCD-принтер можно купить по цене от 35 тысяч.

Недостаток такой системы — паразитная засветка. Дисплей не может обеспечить уровень затемнения, сравнимый с уровнем затемнения микрозеркал. Через него проходит паразитное освещение, мешающее в процессе печати. От этого эффекта избавляются уменьшая время печати слоя, но это, в свою очередь, приводит к снижению качества печати.

Одним из самых популярных аппаратов LCD 3D-принтеров является Wanhao Duplicator 7.

Wanhao Duplicator 7

• Вес, кг: 12 кг;

• Программное обеспечение: Creation Workshop;

• Длина волны УФ: 405 нм;

• Рабочая камера, мм: 120х68х200;

• Разрешение печати: 2560х1440;

• Технология печати: DLP;

• Толщина слоя: от 35 мкм;

• Точность печати: 0,04 мм;

• Поддерживаемые материалы: Фотополимер;

• Скорость печати: 30 мм/ч;

Помимо цены, LCD-принтеры обладают еще одним достоинством по сравнению с DLP, это отсутствие краевых искажений. Дело в том, что в DLP-принтерах поток света, отражаясь от микрозеркал, проходит сквозь систему линз. Эта система не идеальна и на краях печати появляются искажения. В случае с LCD — дисплей располагается непосредственно под кюветой с полимером и такой фактор отсутствует.

Wanhao GADOSO REVOLUTION 1 (GR1)

• Вес, кг: 12,5 кг;

• Программное обеспечение: GR1 Workshop;

• Длина волны УФ: 405-410 нм;

• Рабочая камера, мм: 140х78х200;

• Вес, кг: 12,5;

• Страна производитель: Китай;

• Толщина слоя: от 35 мкм;

• Точность позиционирования: X/Y: 0,055 мм; Z: 0,035-0,1 мм ;

• Поддерживаемые материалы: фотополимер;

• Скорость печати: до 30 мм/ч;

Phrozen Sonic Mini 4K

*На сегодняшний момент Phrozen Sonic Mini 4K снят с производства. Другие модели производителя Phrozen здесь.

• Размер принтера: 250 х 250 х 330;

• Вес принтера: 5 кг;

• Размер рабочей камеры: 134 х 75 х 130 мм;

• Z разрешение: 10 мкм;

• Скорость печати: 80 мм/ч;

• Программное обеспечение: ChiTu Slicer;

• LCD экран: 6.1" 4K Mono LCD;

• Длина волны УФ: 405 нм;

• Источник света: ParaLED Matrix 2.0;

• Толщина слоя от: 10 мкм;

• Интерфейсы: USB;

• Тип материала: фотополимер;

3D-принтер Phrozen Sonic Mini 4K — обновлённая версия модели Sonic Mini. Принтер оснащен монохромным ЖК-дисплеем сверхвысокой четкости с разрешением 4K, что обеспечивает печать изделий с высокой детализацией.

Компактное и простое в управлении устройство подходит как любителям 3D-печати, так и профессионалам. Phrozen Sonic Mini 4K требуется всего 2 секунды на выдержку одного слоя. В принтере используется прошивка ChiTuBox, а подготовка модели обычно проводится в одноименном слайсере.

Anycubic LCD Photon

• Вес, кг: 6,6 кг;

• Программное обеспечение: Anycubic Photon Slicer;

• Длина волны УФ: 405 нм;

• Рабочая камера, мм: 115х65х155;

• Разрешение печати: 2560х1440;

• Технология печати: DLP;

• Толщина слоя: от 25 мкм;

• Точность печати: 0,047 мм;

• Поддерживаемые материалы: Фотополимер;

• Скорость печати: 10-20 мм/ч;

Anycubic Photon Mono X

• Вес, кг: 10,8 кг;

• Программное обеспечение: Anycubic Photon Workshop;

• Длина волны УФ: 405 нм;

• Рабочая камера, мм: 192х120х245;

• Разрешение печати: 3840х2400 (4K);

• Толщина слоя: от 10 мкм;

• Точность печати по осям XY: 0,050 мм;

• Поддерживаемые материалы: фотополимер;

• Скорость печати, до мм/ч: 60;

Photocentric Liquid Crystal Magna

• Программное обеспечение: PrintFLow 3D, Creation Workshop;

• Страна-производитель: UK;

• Вес: 110 кг;

• Материал: фотополимерная смола;

• LCD экран: 23.8", 3840*2160 пикс;

• Рабочая камера: 510 x 280 x 350 мм;

• Толщина слоя: от 25 мкм;

• Точность позиционирования: 137 мкм;

• Дисплей управления, сенсорный: 7", 800*480 пикс;

• Интерфейсы: Wi-Fi, Ethernet, USB;

• Скорость печати: 13,3 мм/ч;

• Совместимые операционные системы: Windows 7, 8, 10;

• Цена: по запросу.

LCD 3D-принтер своими руками

Существуют примеры успешного создания 3D-принтеров любителями, которые делают их в основном для себя и иногда для реализации товарищам по сообществу 3D-печатников.

Приведем лишь пару таких примеров, но и другие можно найти в Интернете.

LCD-принтер пользователя ARR

Принтер собирался его создателем самостоятельно, в частности — рама, корпусные панели и механические детали создавались с нуля, некоторые отдельные компоненты покупались — такие как электроника и ванночка для фотополимера.

В любом случае, собрать это все вместе и заставить работать — занятие требующее навыков как инженера, так и программиста.

Да, результат печати поначалу не идеален, но это лишь первые шаги.

LCD 3D-принтер JAP LCD 5.5 пользователя 3DLab

В этом принтере также применены самодельный корпус и конструкция, вкупе с отдельными покупными деталями. Корпусные панели, например, вырезаны из фанеры лазерным станком с ЧПУ, а некоторые несущие элементы напечатаны пластиком на FDM-принтере.

Качество печати такого принтера может конкурировать с Wanhao D7.

Самостоятельное проектирование и сборка фотополимерного 3D-принтера на технологии LCD — объективно возможно, что доказано отдельными умеющими людьми. Более того: стоимость такого принтера, по сумме комплектующих, будет ниже самых бюджетных моделей с сопоставимыми характеристиками, разница может составлять несколько раз.

Это хороший вариант для людей с инженерными навыками, любящих работать руками и имеющих необходимый инструмент. Очень пригодится, например, станок с ЧПУ или FDM-принтер и навыки в работе с электроникой.

Применение LCD-принтеров

DLP и SLA-принтеры используются в стоматологии и ювелирном деле, прототипировании объектов и макетировании. LCD-принтеры, за счет своей низкой стоимости, популярны у хоббистов, для домашнего применения. При этом не следует забывать, что стоимость фотополимера выше, чем стоимость филамента для FDM-печати. Этот фактор тормозит развитие домашнего применения стереолитографических принтеров.

Продавцы позиционируют DLP-принтеры, как более профессиональные устройства. LCD является более новой технологией, но она уже достаточно отлажена, чтобы 3D-принтеры работающие на этом принципе могли использоваться в качестве настольного оборудования. Хотя надежность таких аппаратов пока не позволяет использовать их для промышленного применения.

Основным применением в домашних условиях для LCD 3D-принтеров является печать декоративных изделий и предметов интерьера. Некоторые мейкеры печатают прототипы корпусов для домашней электроники, но эти корпуса получаются более хрупкими, чем корпуса напечатанные по FDM технологии, хотя выглядят красивее и имеют улучшенную точность размеров креплений и посадочных мест.

В основном DLP и LCD принтеры используют похожие компоненты в механике. Оба типа принтеров обладают высокой скоростью и достаточной точностью печати. Но если вы делаете свои первые шаги в области фотополимерной 3D-печати, то LCD-принтер будет лучшим выбором для того, чтобы оценить возможности этой технологии.

Чтобы подобрать подходящий фотополимерный 3D-принтер под ваши требования и задачи, пишите на sales@top3dshop.ru — дадим консультацию по выбору принтера и материалов, оформим и доставим.