So sánh công nghệ in 3D FDM và SLA

Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM) và in nổi (SLA) là hai loại máy in 3D phổ biến nhất trên thị trường. Cả hai công nghệ in 3D đều đã được điều chỉnh và tinh chỉnh cho thân thiện với mọi người hơn, nhờ đó mà có giá cả phải chăng hơn, dễ sử dụng hơn và nhiều ứng dụng  hơn. Tuy nhiên, để vận hành được máy in 3D yêu cầu người kỹ thuật phải nắm rõ cách hoạt động và làm việc của máy.

Để so sánh 2 công nghệ này, chúng ta xét về chất lượng in, vật liệu in, ứng dụng, quy trình làm việc, tốc độ, chi phí… để xác định nên dùng loại công nghệ nào cho hợp lý và tối ưu nhất cho từng yêu cầu mẫu vật.

1. Công nghệ FDM

Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM), còn được gọi là chế tạo dây tóc hợp nhất (FFF), là loại in 3D được sử dụng rộng rãi nhất với tất cả người tiêu dùng. Máy in 3D FDM hoạt động bằng cách đùn các sợi nhựa nhiệt dẻo, chẳng hạn như ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), PLA (Axit Polylactic), thông qua một vòi phun được làm nóng, làm nóng chảy vật liệu và tạo thành từng lớp. Các lớp được đặt lần lượt cho đến khi hoàn chỉnh mẫu vật.

Máy in 3D FDM tạo mẫu nhanh và chi phí thấp, phù hợp cho các mô hình không yêu cầu cao về bề mặt, các bộ phận được gia công.

2. Công nghệ SLA

SLA là công nghệ in 3D đầu tiên trên thế giới, được phát minh vào những năm 1980 và vẫn là một trong những công nghệ phổ biến nhất đối với các chuyên gia. Máy in 3D SLA sử dụng tia laser để xử lý nhựa lỏng thành nhựa cứng trong một quá trình được gọi là quá trình photopolymerization.

Máy in 3D SLA đã trở nên phổ biến rộng rãi nhờ khả năng tạo ra các nguyên mẫu và bộ phận có độ chính xác cao, bề mặt hoàn thiện mịn. Nhựa in SLA có tính chất quang học, cơ học và nhiệt học phù hợp với các đặc tính của nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, kỹ thuật và công nghiệp.

In 3D SLA là một lựa chọn tuyệt vời cho các nguyên mẫu có độ chi tiết cao yêu cầu dung sai thấp và bề mặt nhẵn, chẳng hạn như khuôn mẫu, hoa văn và các bộ phận chức năng. Máy in 3D SLA được sử dụng rộng rãi trong một loạt các ngành từ kỹ thuật và thiết kế sản phẩm đến sản xuất, nha khoa, đồ trang sức, chế tạo mô hình và giáo dục.

3. So sánh công nghệ FDM với SLA

3.1. Chất lượng in và độ chính xác

Quá trình hình thành các lớp ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, mức độ chính xác và độ chính xác của mỗi lớp.

Máy in 3D FDM tạo thành các lớp bằng cách lắng đọng các dòng vật liệu nóng chảy. Với quy trình này, độ phân giải của chi tiết được xác định bởi kích thước của đầu phun và có khoảng trống ở giữa các đường tròn khi vòi phun lắng đọng chúng. Do đó, các lớp có thể không hoàn toàn dính vào nhau, các lớp thường có thể nhìn thấy rõ ràng trên bề mặt và quá trình này thiếu khả năng tái tạo các chi tiết phức tạp mà các công nghệ khác có thể cung cấp.

Trong in 3D SLA, nhựa lỏng được xử lý bằng tia laser có độ chính xác cao để tạo thành từng lớp, có thể đạt được nhiều chi tiết mịn hơn và cho ra chất lượng tốt hơn. Do đó, in 3D SLA được biết đến với các tính năng tốt, bề mặt hoàn thiện mịn, độ chính xác cao của mẫu.

3.2. Vật liệu và ứng dụng

Vật liệu in công nghệ FDM có nhiều loại, tuy nhiên, phổ biến nhất là PLA bởi cơ tính của nó và đặc biệt là nhựa thân thiện với môi trường, một số vật liệu khác như ABS, TPU, PETG… và các hỗn hợp khác nhau của chúng. Nhờ sự phổ biến của in 3D FDM mà màu sắc cũng đa dạng hơn

Vật liệu kỹ thuật, chẳng hạn như Nylon, PETG, PA hoặc TPU và nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao như PEEK hoặc PEI cũng có sẵn, nhưng thường giới hạn ở một số máy in FDM chuyên nghiệp.

Vật liệu nhựa SLA có nhiều ưu điểm: vật liệu có thể mềm hoặc cứng, chứa nhiều phụ gia như thủy tinh và gốm, hoặc có các đặc tính cơ học như nhiệt độ lệch nhiệt cao hoặc khả năng chống va đập. Các công thức nhựa khác nhau cung cấp một loạt các tính chất quang học, cơ học và nhiệt để phù hợp với các đặc tính của nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, kỹ thuật và công nghiệp.

Trong một số trường hợp, nhờ sự kết hợp giữa tính linh hoạt và chức năng này mà SLA trở nên phổ biến và được lựa chọn sử dụng. 

3.3. Quy trình làm việc và cách sử dụng

Quy trình làm việc

Quy trình làm việc cho cả in 3D FDM và SLA bao gồm ba bước: thiết kế, in 3D và xử lý hậu kỳ.

Đầu tiên, sử dụng các phần mềm như Zbrush, 3Dsmax hoặc dữ liệu quét 3D để thiết kế mô hình và xuất mô hình đó ở định dạng tệp để có thể in 3D (STL hoặc OBJ). Máy in 3D sau đó yêu cầu chuẩn bị in hoặc phần mềm máy cắt để chỉ định cài đặt in và cắt mô hình kỹ thuật số thành các lớp để in.

Đối với máy in 3D FDM hoặc SLA giá rẻ sẽ tốn khá nhiều thời gian cho việc tinh chỉnh và thử nghiệm để cài đặt in chính xác. Tuy nhiên, vì mỗi mẫu có những yêu cầu và vật liệu in khác nhau, nên việc cài đặt thông số cũng có thể thay đổi theo vì vậy khả năng in không thành công vẫn cao. Điều này không chỉ làm chậm các dự án mà còn có thể dẫn đến những thất bại và sau đó phải xử lý hậu kỳ khá lâu. Việc thay đổi thông số in cho từng mẫu cũng yêu cầu người kỹ thuật phải tính toán thật kỹ để không bị hỏng mẫu in sau đó.

Khi quá trình in 3D bắt đầu, hầu hết các máy in 3D có thể chạy mà không cần giám sát, thậm chí qua đêm, cho đến khi quá trình in hoàn tất. Máy in 3D SLA tiên tiến cung cấp một hệ thống hộp mực, tự động nạp vật liệu.

Xử lý mẫu in

Bước cuối cùng của quy trình làm việc là xử lý hậu kỳ. Loại bỏ support, đối với các bộ phận SLA yêu cầu phải rửa trong cồn isopropyl (IPA) hoặc các dung môi thay thế để loại bỏ bất kỳ nhựa nào chưa đóng rắn khỏi bề mặt của chúng, trước tiên tháo các bộ phận support, sau đó ngâm chúng bằng tay trong bể dung môi để làm sạch nhựa thừa. Còn với FDM, chúng ta có thể lấy những vật dụng như kìm nhọn, dao, kéo… để gỡ bỏ support.

Sau khi các bộ phận được rửa sạch khô, một số vật liệu SLA yêu cầu xử lý sau, một quá trình giúp các bộ phận đạt được độ bền và độ ổn định cao nhất có thể.

Cả hai quy trình FDM và SLA đều sử dụng cấu trúc hỗ trợ để tạo điều kiện thuận lợi cho việc in 3D các hình học phức tạp hơn và việc loại bỏ chúng là bước cuối cùng trong quá trình xử lý hậu kỳ.

4. Chi phí

Về giá cả thì công nghệ FDM có giá thành chênh lệch khá nhiều với công nghệ SLA. Từ con người, máy móc và cả nguyên vật liệu, thì FDM vẫn luôn có giá thấp hơn 3-4 lần công nghệ SLA. Đối với những người không biết bắt đầu từ đâu, thì với chi phí thấp hơn của một máy FDM có giá khoảng 5-6 triệu là có thể trải nghiệm được 1 máy in giá tầm trung với khổ nhỏ. Tuy nhiên, cũng phải làm quen khá lâu để có nhiều kinh nghiệm.

Về chất liệu, sợi FDM cũng có giá thành tương đối thấp so với các chất liệu cho công nghệ in 3D khác. Các vật liệu FDM phổ biến như ABS, PLA và các hỗn hợp khác nhau của chúng thường có giá khoảng 230.000/kg, trong khi các loại vật liệu của SLA có thể là 800.000-1.000.000/kg.   

Chi phí lao động là phần cuối cùng. Đối với các thiết kế đơn giản, FDM hầu như không yêu cầu xử lý hậu kỳ. Tuy nhiên, các bản in FDM được hỗ trợ và các bộ phận yêu cầu chất lượng cao, yêu cầu quá trình xử lý hậu kỳ thủ công kéo dài.

Các bộ phận SLA yêu cầu rửa, tùy thuộc vào vật liệu, cũng có thể sau đóng rắn, nhưng cả hai quy trình này hầu hết có thể được tự động hóa để giảm thiểu thời gian lao động. Các bản in SLA được hỗ trợ chỉ yêu cầu một chút chà nhám để loại bỏ các vết support và đạt được chất lượng hoàn thiện cao.

5. So sánh song song