در چاپ سه‌بعدی، دقت ابعادی مهم‌ترین شاخص برای ارزیابی کیفیت ساخت است.
هرچه تفاوت بین مدل CAD و قطعه چاپ‌شده کمتر باشد، فرایند از نظر مهندسی موفق‌تر است.
دو فناوری SLA و SLS از دقیق‌ترین روش‌های چاپ سه‌بعدی به شمار می‌روند، اما عملکرد آن‌ها از نظر کنترل لایه‌نشانی و پایداری ابعادی تفاوت زیادی دارد.

در SLA از نور لیزر برای سخت‌کردن رزین مایع استفاده می‌شود، در حالی که SLS از لیزر برای ذوب پودر پلیمر بهره می‌گیرد.
هر دو روش به کنترل دقیق ضخامت لایه، توان لیزر و سرعت اسکن وابسته‌اند.
هدف این مقاله بررسی علمی و کاربردی این تفاوت‌ها و تأثیر آن‌ها بر دقت ابعادی است.

مطلب مرتبط:خدمات پرینت سه بعدی SLA

اصول دقت ابعادی در چاپ سه‌بعدی

دقت ابعادی یعنی میزان انطباق ابعاد قطعه نهایی با طراحی اولیه.
انحراف ابعادی در چاپ سه‌بعدی تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد که مهم‌ترین آن‌ها دمای فرآیند، چسبندگی بین لایه‌ها و نرخ انجماد است.

منابع اصلی خطا

• انقباض ماده در حین سرد شدن

• اعوجاج ناشی از تنش حرارتی

• ضخامت غیر یکنواخت لایه‌ها

• تغییر انرژی لیزر در طول مسیر

در فناوری‌های SLA و SLS، نوع ماده و نحوه توزیع انرژی در هر نقطه از سطح، نقش تعیین‌کننده‌ای در کنترل این خطاها دارند.

فناوری SLA و ویژگی دقت آن

فناوری SLA (Stereolithography) از تابش لیزر برای پخت رزین‌های حساس به نور فرابنفش استفاده می‌کند.
در این روش، هر لایه از رزین به‌صورت دقیق در عمق مشخصی از سطح مایع سخت می‌شود.

کنترل لایه‌نشانی در SLA

ضخامت هر لایه معمولاً بین ۲۵ تا ۱۰۰ میکرون است.
سیستم حرکتی دقیق و کنترل نوری با محور Z تعیین می‌کند که هر لایه در چه عمقی پخت شود.
این کنترل دقیق باعث می‌شود که دقت ابعادی SLA بین ±۰.۰۲ تا ±۰.۰۵ میلی‌متر باشد.

مزیت اصلی

در SLA، به دلیل عدم وجود فرآیند ذوب، تنش‌های حرارتی در ماده ایجاد نمی‌شود.
بنابراین انقباض و تاب‌خوردگی حداقل است و سطح قطعه صاف‌تر به‌دست می‌آید.

محدودیت‌ها

رزین‌های SLA پس از پخت نهایی دچار تغییرات ابعادی جزئی در اثر نور و رطوبت می‌شوند.
همچنین در قطعات بزرگ، دقت در لایه‌های میانی ممکن است کمتر از بخش‌های سطحی باشد.

فناوری SLS و ویژگی دقت آن

فناوری SLS (Selective Laser Sintering) با ذوب موضعی پودر پلیمر به وسیله لیزر کار می‌کند.
در این روش هر لایه از پودر با ضخامت مشخص پخش و سپس به کمک لیزر ذوب می‌شود.

کنترل لایه‌نشانی در SLS

ضخامت لایه معمولاً بین ۵۰ تا ۱۵۰ میکرون است.
پارامترهای کلیدی در این فرآیند شامل توان لیزر، سرعت اسکن، دمای بستر و اندازه ذرات پودر هستند.
به دلیل رفتار حرارتی متفاوت مواد پلیمری، کنترل حرارت نقش اصلی را در دقت ابعادی دارد.

دقت ابعادی SLS

به‌طور میانگین، دقت SLS در محدوده ±۰.۱ تا ±۰.۲ میلی‌متر است.
این مقدار در قطعات بزرگ‌تر یا دارای دیواره‌های نازک افزایش می‌یابد.

شاید برایتان مفید باشد:پرینت سه بعدی FDM

مزیت اصلی

SLS امکان تولید قطعات پیچیده بدون نیاز به ساپورت را دارد، زیرا پودر اطراف قطعه نقش تکیه‌گاه را ایفا می‌کند.

محدودیت‌ها

به‌دلیل وجود سیکل‌های حرارتی متوالی، احتمال انقباض و تاب‌خوردگی بیشتر از SLA است.
درنتیجه کنترل دمای محیط و تنظیم دقیق انرژی لیزر ضروری است.

مقایسه مکانیزم لایه‌نشانی در SLA و SLS

در هر دو فناوری، کنترل ضخامت و دمای لایه، مستقیماً بر دقت نهایی تأثیر دارد.
تفاوت اصلی در ماهیت فیزیکی ماده و نحوه توزیع انرژی لیزر است.

در SLA، کنترل لایه‌ها با دقت اپتیکی انجام می‌شود، در حالی که در SLS کنترل حرارتی و مکانیکی اهمیت بیشتری دارد.

تحلیل خطاهای ابعادی در SLA

دقت ابعادی در SLA مستقیماً به پایداری نوری و مکانیکی سیستم بستگی دارد.
سه منبع اصلی خطا در این فناوری شناسایی شده است:

۱. انحراف پرتو لیزر

اگر پرتو لیزر به‌درستی روی سطح رزین متمرکز نباشد، مرز سخت‌شدن رزین دچار انحراف می‌شود.
این موضوع در گوشه‌ها یا نواحی با جزئیات زیاد باعث خطا در ابعاد نهایی می‌شود.

۲. تغییر حجم در زمان پخت نهایی

پس از چاپ، قطعه باید در فرایند Post-Curing تحت تابش UV کامل قرار گیرد.
در این مرحله، رزین کمی منقبض می‌شود و در صورت نبود کنترل زمانی دقیق، ابعاد نهایی تغییر می‌کند.

۳. خطای محور Z

در صورت تنظیم نادرست ضخامت هر لایه، خطای تجمعی در محور Z رخ می‌دهد.
این خطا باعث می‌شود ارتفاع قطعه از مقدار طراحی بیشتر یا کمتر شود.

برای کاهش این خطاها، کالیبراسیون منظم محورهای حرکتی و کنترل شدت نور لیزر ضروری است.

تحلیل خطاهای ابعادی در SLS

در SLS، رفتار حرارتی ماده پلیمری نقش اصلی در دقت دارد.
چند عامل مهم باعث خطا در ابعاد می‌شوند:

۱. انقباض حرارتی

پودر پس از ذوب و سرد شدن منقبض می‌شود.
اگر دمای بستر یا انرژی لیزر تنظیم نباشد، قطعه تاب برمی‌دارد یا از پایه جدا می‌شود.

۲. توزیع ناهمگون دما

در هنگام چاپ، نواحی نزدیک لبه‌ها سریع‌تر سرد می‌شوند و تنش‌های پسماند ایجاد می‌کنند.
این اختلاف دما در لایه‌های بالایی باعث خمیدگی می‌شود.

۳. دقت مکانیکی پخش پودر

در SLS، ضخامت یکنواخت لایه پودر اهمیت زیادی دارد.
اگر تیغه پخش‌کننده پودر دچار خطا باشد، ضخامت لایه تغییر می‌کند و ابعاد نهایی دقیق نخواهد بود.

روش‌های بهینه‌سازی کنترل لایه‌نشانی

بهینه‌سازی لایه‌نشانی یعنی کنترل دقیق ضخامت، دما و انرژی در هر مرحله از چاپ.
برای هر فناوری روش‌های ویژه‌ای وجود دارد:

در فناوری SLA

• کالیبراسیون منظم محور Z: خطای تجمعی ارتفاع را از بین می‌برد.

• تنظیم شدت لیزر با ضخامت رزین: اگر رزین غلیظ‌تر باشد، توان لیزر باید بیشتر تنظیم شود.

• کنترل زمان پخت هر لایه: پخت بیش از حد باعث از بین رفتن جزئیات ریز می‌شود.

در فناوری SLS

• پیش‌گرمایش یکنواخت بستر: دمای بستر باید نزدیک به نقطه ذوب ماده باشد تا انقباض کمتر شود.

• تنظیم سرعت اسکن لیزر: سرعت زیاد باعث ذوب ناقص و سرعت کم باعث سوختگی سطح می‌شود.

• استفاده از پودر با اندازه یکنواخت: پودر با توزیع دانه‌ای یکسان، جریان حرارتی و چسبندگی بهتری دارد.

مطلب مرتبط:خدمات پرینت سه بعدی SLS

نقش انرژی لیزر در پایداری ابعادی

انرژی لیزر باید متناسب با ماده، ضخامت لایه و سرعت چاپ باشد.
در SLA، انرژی زیاد باعث پخت بیش از حد رزین می‌شود.
در SLS، انرژی زیاد باعث نفوذ گرما به لایه‌های زیرین و تاب خوردگی قطعه می‌شود.

پژوهش‌ها نشان داده‌اند که برای پودر نایلون ۱۲ در SLS، مقدار انرژی بهینه حدود ۰.۰۴ ژول بر میلی‌متر مربع است.
در SLA، توان لیزر معمولاً در محدوده ۵۰ تا ۲۵۰ میلی‌وات تنظیم می‌شود تا چگالی نوری یکنواخت حفظ شود.

بررسی اثر ضخامت لایه

ضخامت لایه از مهم‌ترین عوامل کنترل دقت است.
هرچه ضخامت کمتر باشد، جزئیات بیشتر و دقت بالاتر خواهد بود، اما زمان چاپ افزایش می‌یابد.

در SLA، ضخامت ۲۵ میکرون برای قطعات ظریف و ۱۰۰ میکرون برای قطعات بزرگ پیشنهاد می‌شود.
در SLS، ضخامت کمتر از ۷۰ میکرون باعث چسبندگی ضعیف بین لایه‌ها می‌شود، در حالی که ضخامت بیشتر از ۱۵۰ میکرون دقت ابعادی را کاهش می‌دهد.

سؤالات متداول

۱. کدام فناوری دقت ابعادی بالاتری دارد؟

فناوری SLA به‌طور متوسط دقت ابعادی بین ±۰.۰۲ تا ±۰.۰۵ میلی‌متر دارد که از SLS بهتر است.

۲. چرا در SLS تاب‌خوردگی مشاهده می‌شود؟

به‌دلیل اختلاف دما بین لایه‌ها در حین چاپ، انقباض حرارتی ایجاد می‌شود.
پیش‌گرمایش مناسب بستر بهترین راه کاهش تاب است.

۳. آیا می‌توان در SLA قطعات بزرگ چاپ کرد؟

بله، اما در قطعات بزرگ احتمال جمع‌شدگی رزین در مرکز افزایش می‌یابد.
استفاده از رزین با ویسکوزیته پایین‌تر و نوردهی مرحله‌ای توصیه می‌شود.

۴. کدام فناوری برای کاربرد مهندسی مناسب‌تر است؟

SLS برای قطعات عملکردی، مهندسی و مکانیکی مناسب‌تر است، در حالی که SLA برای مدل‌های ظریف و دقیق بهتر است.