Как SLA, SLS и FDM сравниваются по точности и прочности деталей?

С точки зрения инженерии и производства выбор подходящей технологии аддитивного производства требует понимания компромиссов между точностью, механической прочностью и функциональным применением. Технологии SLA (стереолитография), SLS (селективное лазерное спекание) и FDM (метод послойного наплавления) работают по разным принципам, что приводит к значительным различиям в характеристиках изделий. Оптимальный выбор всегда зависит от назначения детали — будь то высокодетализированный визуальный прототип, функциональный элемент под капотом или прочное приспособление для сборки.

Размерная точность и качество поверхности

SLA (Стереолитография): SLA обычно обеспечивает наивысшую размерную точность и лучшее качество поверхности среди трёх технологий. Она использует лазер для послойного отверждения жидкого фотополимерного смолы, что обеспечивает разрешение деталей до 25–100 микрон и исключительно гладкую поверхность. Это делает технологию SLA 3D-печати идеальной для деталей с высокими требованиями к точности и внешнему виду, таких как прототипы, мастер-модели для быстрого литья и сложные визуальные макеты.

SLS (Селективное лазерное спекание): SLS обеспечивает хорошую точность, хотя обычно не столь высокую, как SLA. Лазер сплавляет порошковый полимер, чаще всего нейлон (PA12), а окружающий несинтерованный порошок поддерживает деталь во время построения, что позволяет создавать сложные геометрии без опор. Однако поверхность изделия имеет слегка зернистую, матовую текстуру из-за частиц порошка. SLS 3D-печатные детали отлично подходят для функциональных прототипов и сборок, где отсутствие поддержек является преимуществом.

FDM (Метод послойного наплавления): FDM обычно обеспечивает наименьшую точность при создании мелких деталей. Метод основан на экструзии термопластичной нити через нагретое сопло с послойным формированием изделия. Адгезия слоёв и диаметр сопла ограничивают минимальные размеры элементов и создают эффект «ступенек» на криволинейных поверхностях. Хотя решения FDM 3D-печати являются наиболее доступными, точность сильно зависит от калибровки принтера, диаметра сопла и высоты слоя.

Механическая прочность и свойства материалов

SLS (Селективное лазерное спекание): SLS создаёт самые прочные и долговечные детали для функциональных применений. Изделия полностью плотные и обладают изотропными механическими свойствами, то есть прочность одинакова во всех направлениях благодаря сплавлению порошка. Материалы, такие как нейлон PA12, обеспечивают отличную ударную вязкость, усталостную прочность и умеренную химическую стойкость, что делает 3D-печать методом SLS подходящей для конечных изделий, функциональных прототипов и корпусов в отраслях, таких как автомобилестроение и промышленное оборудование.

FDM (Метод послойного наплавления): Прочность изделий, полученных методом FDM, сильно анизотропна. Они наиболее прочны в плоскости построения (оси X-Y), но значительно слабее по оси Z из-за возможной деламинации слоёв. Хотя инженерные термопласты, такие как ABS, поликарбонат (PC) и нейлон (PA), доступны, послойная структура остаётся слабым местом. FDM лучше всего подходит для грубых функциональных испытаний, приспособлений и деталей, где можно контролировать направление нагрузки.

SLA (Стереолитография): SLA-смолы, как правило, представляют собой фотополимеры, которые после отверждения становятся довольно хрупкими по сравнению с нейлоном SLS или термопластами FDM. Они подвержены растрескиванию при механических нагрузках и длительном воздействии УФ-излучения или влаги. Хотя существуют «прочные» и «гибкие» смолы, имитирующие свойства ABS или PP, они уступают термопластам по долговечности и усталостной прочности. SLA-детали превосходны для проверки формы и сборки, но менее подходят для функциональных испытаний при высоких нагрузках.

Инженерные рекомендации по выбору технологии

1. Выбирайте SLA для высокоточных прототипов: Если основное требование — размерная точность, высокая детализация и гладкая поверхность для визуальных моделей, презентационных образцов или прототипирования формы и посадки.

2. Выбирайте SLS для функциональных сложных деталей: Когда необходимы прочные, долговечные и изотропные изделия, выдерживающие функциональные испытания, с защёлками и сложными закрытыми геометриями без опор.

3. Используйте FDM для экономичных и крупногабаритных деталей: Для больших, малосерийных изделий и простых функциональных прототипов, где анизотропная прочность допустима, а также для быстрого и недорогого прототипирования концептуальных моделей.

4. Рассмотрите гибридное производство: Для максимальных характеристик используйте 3D-печать на этапе прототипирования, а затем переходите к механической обработке для серийного производства, обеспечивая наилучшие свойства материала и точность. Также 3D-печать может применяться для изготовления индивидуальных приспособлений и инструментов для сборки.