Tehnologia se află într‑un război al rezoluției de câteva decenii. Televizoarele și-au mărit numărul de pixeli de patru ori, de la HD la 4K și sunt gata să o facă din nou la 8K. Telefoanele mobile, tabletele și orice alt dispozitiv prevăzut cu ecran vor avea rezoluții din ce în ce mai mari. Această necesitate nu este o noutate. Disputa rezoluției a început odată cu intrarea în era digitală, industria tipografică fiind unul dintre primele câmpuri de luptă ale rezoluției.
În anii ‘80 și ’90 companii precum Canon, Brother, HP, Epson și Lexmark își disputau cele mai ridicate rezoluții și viteze de imprimare. Rezoluțiile în print au început de la 100×100 puncte pe inch (dpi) și au urcat rapid la 300×300, apoi 600×600, iar în final la standardul industrial actual de 1200×1200 dpi. Sensul acestor valori era clar înțeles la vremea aceea, însă lucrurile au devenit mai complicate atunci când printului i s-a adăugat o nouă dimensiune.
Rezoluția și printarea 3D
În printarea 3D există trei dimensiuni care trebuie luate în considerare: cele două dimensiuni plane 2D (X și Y) și dimensiunea Z care apare în plus la imprimanta 3D. Întrucât cele trei dimensiuni sunt în general controlate prin mecanisme foarte diferite, rezoluțiile lor vor fi diferite și trebuie tratate separat. Ca urmare, încă persistă confuzia cu privire la ceea ce înseamnă „rezoluție” în printarea 3D și la ce nivel de calitate a produsului finit ne putem aștepta.
Imprimare de înaltă rezoluție
Care este rezoluția unei imprimante 3D? La această întrebare nu se poate răspunde cu o singură valoare, ca în cazul imprimantelor obișnuite. Deoarece echipamentele 3D imprimă în 3 dimensiuni, vor trebui luate în considerare cel puțin două valori: dimensiunea minimă a planului XY și rezoluția pe axa Z (grosimea stratului). Rezoluția axei Z este ușor de determinat și se regăsește în specificațiile tehnice ale imprimantei, chiar dacă este mai puțin legată de calitatea imprimării. Rezoluția cea mai importantă este cea a axei XY, măsurată prin intermediul imaginilor microscopice și nu se găsește întotdeauna la specificații. Practic înseamnă că trebuie aleasă o imprimantă care să funcționeze bine în ambele categorii.
SLA vs. FDM
Multe s-au schimbat de când primele imprimante desktop 3D au devenit disponibile publicului. Acum, imprimantele 3D de tip SLA (stereolitografie) concurează pe aceeași nișă cu imprimantele FDM (modelare prin depunere de material topit). Unul dintre principalele avantaje pe care imprimantele SLA le dețin asupra celor care folosesc topirea materialelor plastice este calitatea imprimării: imprimantele 3D de tip SLA produc printuri mult mai detaliate. Deși imprimantele SLA pot depune și straturi mai subțiri de material, secretul calității obiectului finit stă în rezoluția mult mai mare pe axa XY.
Spre deosebire de imprimantele FDM, dimensiunea minimă a elementelor din planul XY al imprimantelor SLA nu este limitată de dinamica fluxului de plastic topit, ci mai degrabă de optică și de cinetica polimerizării. Așadar detaliile pot fi aproximativ la fel de mici ca și diametrul fasciculului laser. Iar fasciculul laser poate avea dimensiuni cu adevărat mici, mai ales în comparație cu duzele extruderului.
Laser vs. DLP
Prin definiție, atât tehnologia SLA cât și DLP (expunerea digitală a luminii) utilizează fascicule laser, însă rezultatul poate fi complet diferit. Spre deosebire de imprimantele DLP, care au o matrice fixă de pixeli în raport cu zona de construcție, dispozitivele SLA pot focaliza fasciculul laser pe orice coordonată XY. Aceasta înseamnă că imprimantele de tip SLA pot reproduce cu mai mare precizie suprafața unui obiect, chiar și atunci când dimensiunea fasciculului laser este mai mare decât cea a pixelului DLP. Indiferent de tehnologia utilizată, ar trebui ca imprimanta să fie capabilă să surprindă cele mai fine detalii ale obiectelor.
Înțelegerea rezoluției XY
În lumea printului 3D, niciun factor nu influențează calitatea imprimării mai mult decât rezoluția XY. Adesea discutată – dar rareori înţeleasă – rezoluția XY (denumită și rezoluție orizontală) reprezintă cea mai scurtă deplasare pe care laserul sau extruderul unei imprimante o poate face într-un singur strat. Cu cât această mișcare este mai mică, cu atât detaliile sunt mai fine.
Cum influențează rezoluția XY printurile 3D?
Practic dimensiunea minimă a detaliilor nu poate fi niciodată mai mică decât dimensiunea fasciculului laser și există mulți factori care influențează această valoare: refracția laserului, contaminanții microscopici, rășina fotopolimerică etc. Luând în considerare structura imprimantei, o diferență de 10 microni este acceptabilă. Rezoluțiile publicate în specificațiile tehnice ale imprimantelor 3D nu sunt întotdeauna cele corecte, de aceea trebuie să se efectueze anumite cercetări înainte de a se alege cea mai potrivită imprimantă 3D pentru un anumit proiect.
Înțelegerea rezoluției Z
Cunoscută ca fiind grosimea stratului de material depus, rezoluția Z a fost prima diferențiere numerică majoră între imprimantele 3D apărute. Producătorii primelor echipamente s-au luptat pentru a rupe bariera de 1 mm, dar acum grosimea straturilor depuse de imprimantele FDM poate fi sub
0,1 mm, în timp ce imprimantele SLA sunt chiar și mai precise.
Imprimanta Form 2 SLA 3D produsă de Formlabs suportă grosimi de 100 și 50 microni pentru toate tipurile de rășini pe care le utilizează. Rășinile „Clear”, „White” și „Castable Resins” pot obține rezoluții Z de până la 25 de microni. Această selecție de grosimi oferă echilibrul ideal între viteză și rezoluție. Întrebarea principală este: care e grosimea optimă a stratului de material depus?
Când sunt indicate straturile cu grosimi mai mici?
Rezoluția ridicată vine cu un compromis. Straturile mai subțiri înseamnă mai multe repetări, ceea ce presupune un proces de fabricație cu o durată mai mare. De exemplu printarea cu un strat de 25 microni – comparativ cu unul de 100 microni – crește de obicei timpul de fabricație cu până la patru ori. Din punct de vedere statistic, mai multe repetări înseamnă totodată mai multe oportunități ca undeva, ceva să nu meargă bine. Chiar și în cazul unei rate de succes de 99,99% per strat, mărirea de patru ori a rezoluției reduce şansele de succes de la 90% la 67%, dacă se presupune că un strat depus incorect provoacă eșecul total al procesului de printare.
Straturile mai subțiri au rezultate mai bune? Nu întotdeauna, deoarece depinde de obiectul care urmează să fie printat și de rezoluția XY a imprimantei. În general straturile mai subțiri implică un timp mai îndelungat de depunere și posibilitatea apariției unor erori. În anumite cazuri, fabricația obiectelor la rezoluții mai mici (adică în straturi mai groase) poate conduce de fapt la rezultate de o calitate superioară.
Straturile mai subțiri sunt în mod obișnuit asociate cu diagonale mai omogene, fapt care îi determină pe mulți utilizatori să împingă rezoluția Z la limite. Dar ce se întâmplă dacă modelul constă mai mult în linii verticale și orizontale, cu unghiuri de 90 de grade și doar câteva diagonale? În aceste cazuri, straturile suplimentare nu vor îmbunătăți calitatea obiectului.
Când este oportună alegerea unei rezoluții Z mai mari?
Având o imprimantă cu o rezoluție XY optimă și un obiect ce are caracteristici complexe și multe linii diagonale, alegerea straturilor de grosime mică va duce la obținerea unui obiect mult mai bine realizat. Dacă obiectul nu este prea înalt (maximum 200 de straturi), creșterea rezoluției pe axa Z poate îmbunătăți cu adevărat calitatea acestuia. Obiectele cu forme organice sau colțuri rotunjite ar trebui să beneficieze de o rezoluție Z mai ridicată.
Sursa: Formlabs, producător de echipamente și programe software pentru print 3D, cu sediul în Somerville, Massachusetts, SUA
