Comparaison des technologies d'impression 3D : SLA vs DLP vs PµSL

22 mai 2023

Prototype Projects Ltd écrit... Contrairement à la plupart des bureaux de prototypage rapide, nous disposons de cinq technologies d’impression 3D différentes. Vous pourriez penser que c’est excessif, mais la logique derrière cela est qu’aucune technologie ne peut répondre aux exigences de chaque pièce. Trois des technologies dont nous disposons, à savoir SLA, DLP et PμSL, utilisent la lumière pour durcir les résines photopolymères liquides, appelées photopolymérisation. Bien que les trois technologies aient cela en commun, elles diffèrent considérablement. Dans cet article, nous examinerons SLA, DLP et PμSL pour voir comment ils se comparent et quand vous pourriez choisir chacun d’eux pour les pièces prototypes ou finales.

Le terme stéréolithographie a été inventé dans les années 1980 et est utilisé par 3D Systems pour son équipement SLA qui utilise un faisceau de lumière laser UV pour durcir une résine photopolymère. Au fur et à mesure que la résine durcit, elle se solidifie pour créer une fine « tranche » de la pièce à la surface de la résine. Une fois la couche terminée, le lit de la machine descend dans la cuve afin que la couche suivante puisse être durcie. Lorsque chaque nouvelle couche durcit, elle fusionne avec celle du dessous, construisant ainsi une partie solide tridimensionnelle.

Si la géométrie de la pièce comprend des caractéristiques de surplomb, celles-ci peuvent être construites au moyen de structures de support imprimées en 3D qui empêchent les porte-à-faux de dévier sous l’influence de la gravité. Des pièces creuses peuvent être construites, mais des trous de drainage doivent être incorporés afin que la résine non durcie puisse être retirée par la suite. De plus, s’il n’est pas nécessaire qu’une pièce soit complètement solide, l’intérieur peut être rempli d’un treillis tridimensionnel pour économiser du poids et des coûts matériels.

Une fois la pièce construite, elle est retirée de la cuve, tout excès de résine rincé, puis placée dans un four UV pour le durcissement final. Des finitions secondaires peuvent être appliquées par la suite si nécessaire.

Le SLA est rapide, il construit des pièces avec une bonne précision et une bonne finition de surface, et peut fonctionner avec un choix de matériaux. Cependant, les propriétés matérielles des pièces finies ne sont pas parfaitement isotropes, étant légèrement plus faibles dans l’axe Z, il faut donc faire attention lors du choix de l’orientation de construction. De plus, bien que la finition de surface soit souvent assez bonne pour les pièces fonctionnelles, le sablage de billes légères ou la finition à la main améliorera l’esthétique.

Comme avec le SLA, DLP construit des pièces couche par couche à partir de photopolymères. La principale différence, cependant, est qu’une couche entière est durcie à l’aide d’un seul flash de lumière, ce qui est beaucoup plus rapide que d’utiliser un spot de lumière laser pour tracer toute la zone à durcir. Le masquage d’exposition est réalisé au moyen d’un écran LCD à travers lequel la lumière est projetée sur la surface du photopolymère.

Comme le SLA, DLP peut créer des caractéristiques en surplomb au moyen de structures de support imprimées en 3D, et des pièces creuses ou des pièces « solides » remplies de treillis sont possibles. Les pièces DLP doivent également être nettoyées et durcies aux UV, comme pour les pièces SLA.

Grâce au durcissement de chaque tranche avec un seul flash de lumière, DLP est plus rapide que SLA malgré la production de pièces avec une résolution, une précision et une finition de surface similaires. En outre, alors que nous offrons un choix de trois matériaux pour SLA, nous stockons six matériaux pour DLP et pouvons commander 11 autres grades spécialisés si nécessaire. Par conséquent, la gamme de propriétés des matériaux pour les pièces DLP est beaucoup plus grande que pour les pièces SLA, de sorte que DLP est utilisé plus souvent pour les pièces d’utilisation finale, tandis que le SLA est généralement (mais pas toujours) choisi pour les pièces prototypes.

Cette technologie d’impression 3D est similaire à DLP car elle utilise le masquage pour durcir des zones de résine avec un seul flash de lumière. Cependant, c’est différent parce que l’optique offre une bien meilleure résolution, de sorte que les pièces sont extrêmement précises. L’épaisseur de la couche est également plus petite, ce qui signifie que, en conjonction avec la résolution plus élevée, la surface de la pièce est beaucoup plus lisse.

Chaque exposition durcit une surface relativement petite, mais les pièces plus grandes peuvent être imprimées en 3D en utilisant un mouvement de pas à pas et de répétition sur le lit de la machine. La grande précision des mouvements garantit que chaque zone masquée est alignée avec ses voisines. Alternativement, le mouvement du lit permet de construire plusieurs pièces simultanément.

Nous exploitons notre PμSL avec un choix de trois matériaux. Ce sont tous des matériaux relativement rigides et solides avec une bonne stabilité dimensionnelle, permettant de reproduire avec précision les détails fins. De plus, les pièces finies ne sont pas poreuses et ont des propriétés matérielles essentiellement isotropes grâce à une bonne fusion intercalaire.

Si des pièces identiques devaient être imprimées avec des imprimantes 3D DLP et PμSL, la pièce DLP serait construite plus rapidement en raison de la plus grande surface exposée et des couches plus épaisses. Cependant, les capacités de la technologie PμSL signifient qu’elle est utilisée pour des pièces plus petites et des applications différentes de la DLP, de sorte que la différence de vitesse n’est pas pertinente. Le PμSL est souvent utilisé pour construire des pièces qui ne peuvent pas être fabriquées autrement, y compris les technologies d’impression 3D alternatives et l’usinage CNC.

Les pièces PμSL, comme les pièces SLA et DLP, doivent être nettoyées et durcies aux UV après avoir été retirées de l’imprimante 3D. Cependant, les pièces PμSL ont rarement besoin de structures de support pour les caractéristiques en surplomb en raison de l’échelle des caractéristiques et de la flottabilité de la résine.

Les imprimantes 3D SLA peuvent fonctionner en mode UHD ou XHD mais nous utilisons les nôtres en UHD (ultra haute définition) en standard, avec une résolution maximale de 4000dpi. L’épaisseur de couche est de 0,1 mm en standard, bien que les imprimantes 3D soient capables de construire des couches de 0,05 mm si nécessaire. Nous citons une tolérance générale de ±0,5 mm, mais nous obtenons souvent des tolérances plus strictes, en fonction du mode de fonctionnement, de l’orientation de construction, du matériau et de la géométrie de la pièce.

Notre imprimante 3D DLP Figure 4 a une résolution horizontale de 65 microns et l’épaisseur de la couche est de 10 à 100 microns, en fonction des exigences de la pièce et du matériau. Comme pour le SLA, nous citons une tolérance générale de ±0,5 mm, mais plusieurs facteurs ont un impact sur la précision obtenue et nous obtenons souvent des tolérances plus strictes.

La question de la résolution de l’impression 3D peut être trompeuse. Nous recommandons fortement aux concepteurs de parler à nos spécialistes de l’impression 3D des exigences de leur pièce afin que nous puissions les aider à décider de la technologie d’impression 3D optimale, du matériau, de l’orientation de construction, etc., car ce sera le meilleur moyen de s’assurer que la pièce est adaptée à l’usage auquel elle est destinée.

PμSL est dans une ligue à part en termes de résolution et de précision des pièces. Nous citons une tolérance générale de ±25μm en raison de la petite épaisseur de couche de l’imprimante 3D (5-40μm) et de sa résolution fine de 10μm, sous réserve de la géométrie et de l’orientation de construction de la pièce. Les pièces bénéficient également de surfaces exceptionnellement lisses, généralement de 0,4 à 0,8 μm Ra sur le dessus et de 1,5 à 2,5 μm Ra sur les côtés, de sorte qu’aucune opération de finition secondaire n’est nécessaire. PμSL peut donc construire des pièces avec des détails très fins, des parois minces et des arêtes vives, le tout à une échelle irréalisable avec d’autres technologies d’impression 3D.

Nous avons un total de neuf imprimantes 3D SLA, avec des enveloppes de construction (XYZ) de 250 x 250 x 250mm à 508 x 508 x 534mm.

Notre imprimante 3D DLP Figure 4 a une enveloppe de construction de 124 x 70 x 196 mm.

Enfin, l’imprimante 3D microArch S240 PμSL de Boston Micro Fabrication (BMF) a une enveloppe de construction de 100 x 100 x 75 mm, bien qu’il soit peu probable que nous construisions une seule pièce qui remplisse cette enveloppe.

Les trois matériaux que nous utilisons dans nos imprimantes 3D SLA ont des propriétés similaires à celles du polycarbonate, du polypropylène et de l’ABS, le premier d’entre eux bénéficiant de la capacité USP Class VI pour les applications de contact avec les patients.

Nous avons en stock un plus grand choix de matériaux pour l’impression 3D DLP, notamment : un matériau à haute résistance, rigidité et résistance à la température (>300 °C) ; un autre qui est ignifuge UL94 V0; un élastomère de qualité production avec une dureté Shore A de 65 et un allongement élevé à la rupture; un plastique blanc pour les pièces à usage prolongé nécessitant une résistance aux chocs, un allongement et une résistance à la traction; et un matériau clair, de qualité de production, stable en présence d’UV et d’humidité, compatible avec une gamme de produits chimiques et ayant des propriétés mécaniques de type thermoplastique.

En plus des matériaux de stock, nous pouvons nous procurer une large gamme de qualités spécialisées pour l’impression 3D DLP. Il s’agit notamment de matériaux ayant des propriétés similaires au polypropylène, à l’ABS, aux élastomères, aux caoutchoucs durs et à la cire de coulée de précision. Il existe également des matériaux adaptés aux applications nécessitant une biocompatibilité.

Nous proposons trois matériaux pour l’impression 3D PμSL. L’un est un matériau d’ingénierie haute performance avec une excellente résistance, rigidité et résistance à la chaleur (jusqu’à 114 ° C). Un autre est biocompatible et stérilisable pour des applications médicales non implantables. Le troisième est un matériau d’ingénierie durable adapté aux essais fonctionnels et aux pièces d’utilisation finale. Ce matériau n’absorbe pas l’humidité et est biocompatible.

Pour en savoir plus, visitez notre page dédiée aux matériaux pour l’impression 3D.

En ce qui concerne les options de finition pour les pièces imprimées en 3D à l’aide de SLA, DLP et PμSL, la première chose à dire est que les pièces PμSL nécessitent rarement une finition secondaire. Ce sont généralement des pièces très détaillées, précises et fonctionnelles avec des surfaces extrêmement lisses. Par conséquent, les finitions ne sont pas nécessaires et, si elles étaient appliquées, elles pourraient avoir un impact négatif sur les détails des caractéristiques et les tolérances.

Pour les pièces SLA et DLP, le choix de la finition dépend de l’exigence de l’application et du matériau. Comme il existe un plus grand choix de matériaux pour DLP, vous pourriez supposer qu’il existe plus d’options de finition. Cependant, de nombreux matériaux DLP sont destinés à des prototypes fonctionnels ou à des pièces d’utilisation finale, pour lesquelles les finitions secondaires sont moins souvent spécifiées.

Les finitions typiques pour les pièces SLA transparentes comprennent le polissage et le laquage pour produire une pièce avec une grande clarté, ou des finitions teintées peuvent également être appliquées pour des pièces telles que des prototypes de lentilles lumineuses automobiles. De plus, la métallisation sous vide sur une surface polie offre une réflectivité élevée, par exemple pour l’intérieur des unités d’éclairage.

Les pièces SLA et DLP peuvent également être poncées, apprêtées et peintes si une bonne esthétique est requise, et un revêtement caoutchouté au toucher doux peut être appliqué.

Une finition plus rapide et moins coûteuse pour les pièces fonctionnelles est le grenaillage léger du cordon, qui améliore l’apparence par rapport à la finition conforme à l’exécution.

Une autre option populaire avec les pièces fonctionnelles est un revêtement occultant / RFI / CEM sur les surfaces internes « B ».

Pour répondre aux besoins des clients dont les exigences sont dictées par des contraintes de temps ou de budget, nous offrons un choix de niveaux de service. Les pièces SLA et DLP sont disponibles avec Express Delivery (pièces expédiées le jour ouvrable suivant), Standard Delivery (pièces expédiées en trois jours ouvrables) et Economy Delivery (huit jours ouvrables). PμSL est une technologie d’impression 3D plus spécialisée, de sorte que les exigences de livraison discutées avec le client lorsque nous préparons le devis.

SLA, DLP et PμSL conviennent tous aussi bien au prototypage qu’à la fabrication à faible volume (Additive Prototyping et Additive Manufacturing).

L’adéquation dépendra bien sûr du matériau et de l’utilisation prévue de la pièce, y compris l’environnement d’exploitation. Cependant, bien que le SLA et le DLP soient souvent considérés comme des technologies d’impression 3D pour le prototypage, ils peuvent également convenir à la fabrication à faible volume.

PμSL convient au prototypage et à la fabrication en faible volume. En effet, la technologie peut être utilisée pour fabriquer des pièces d’utilisation finale qui ne peuvent tout simplement pas être fabriquées autrement, par exemple pour des applications microfluidiques.

Pour certaines pièces, en particulier celles avec des détails très fins ou nécessitant des tolérances serrées, le PμSL est la seule option possible.

Les pièces plus grandes ont tendance à être construites avec SLA par rapport à DLP simplement en raison de la taille de l’enveloppe de construction. Cependant, les pièces DLP peuvent être construites à partir d’une gamme plus large de matériaux.

Si vous ne savez pas quelle technologie d’impression 3D convient le mieux à votre application, parlez-en à notre équipe qui peut vous donner des conseils impartiaux basés sur de nombreuses années d’expérience avec l’impression 3D.

Si vous avez besoin de prototypes ou de pièces d’utilisation finale imprimées en 3D avec SLA, DLP ou PμSL, contactez nos experts en appelant le 01763 249760.