Wat betekent resolutie binnen 3D-printing?

Ben je op zoek naar een hoge resolutie 3D-printer? "Resolutie" is een vaak besproken maar zelden begrepen waarde in de wereld van 3D-printen en Additive Manufacturing. Hoe beïnvloedt de XY- en Z-resolutie de kwaliteit van jouw 3D-prints? Wat is de minimale feature size en welke laagdikte moet je kiezen? In deze uitgebreide blog leer je hoe de resolutie van een 3D-printer jouw 3D-prints beïnvloedt, en hoe deze verschilt tussen SLA-, FDM- en DLP-printers.

De resolutie-strijd van bedrijven

Technologie is al tientallen jaren in een resolutieoorlog verwikkeld. Televisies hebben onlangs het aantal pixels verviervoudigd van HD naar 4K en zullen dat binnenkort weer doen met 8K. Mobiele telefoons, tablets en alles wat een scherm heeft, zal de resolutie als eerste op het specificatieblad zetten, op voorwaarde dat het iets is om over te op te scheppen. Maar dit is niets nieuws. Resolutieoorlogen worden al gevoerd sinds digitale technologie populair werd. De grafische industrie was één van de eerste slagvelden.

Wie er in de jaren 80 en 90 bij was, herinnert zich vast dat Canon, Brother, HP, Epson en Lexmark (en anderen) de strijd aangingen over afdruksnelheid en resolutie. Wat begon met 100x100 dots per inch (DPI) escaleerde al snel naar 300x300, toen 600x600 en uiteindelijk naar de huidige industriestandaard van 1200x1200 DPI. Destijds was de betekenis van deze waarden duidelijk te begrijpen; zelfs de eenheden waren volkomen logisch. Helaas wordt het ingewikkelder wanneer je een andere dimensie toevoegt aan printen.

De 3D-printresolutie

Het detailniveau van een print wordt beïnvloed door de resolutie van de 3D-printer in alle drie de dimensies.

Bij 3D-printen en Additive Manufacturing zijn er drie dimensies waarmee rekening moet worden gehouden: de twee vlakke 2D-dimensies (X en Y) en de Z-dimensie die het 3D-printen mogelijk maakt. Aangezien de vlakke en de Z-dimensie doorgaans via zeer verschillende mechanismen worden aangestuurd, zullen hun resoluties verschillend zijn en moeten zij afzonderlijk worden behandeld. Bijgevolg is er veel verwarring over wat de term "3D-printresolutie" betekent en welk niveau van printkwaliteit je mag verwachten.

Vergelijk verschillende 3D-printprocessen en de resolutie

De hoge resolutie SLA-3D-printers van Formlabs hebben een hoge Z-as resolutie en een lage minimale feature size op het XY-vlak, waardoor ze fijne details kunnen produceren.

Wat geeft een 3D-printer zijn hoge resolutie? Er is geen eenduidig antwoord. Aangezien 3D-printers onderdelen in 3 dimensies produceren, moet je rekening houden met minstens twee getallen: de minimale feature size van het XY-vlak en de Z-as resolutie (laagdikte of laaghoogte). De Z-as resolutie is gemakkelijk te bepalen en wordt daarom veel genoemd, ook al heeft zij minder te maken met de printkwaliteit en oppervlakteafwerking. De belangrijkere XY-resolutie (minimale feature size) wordt gemeten met microscopische beeldvormingstechnieken en staat daarom niet altijd in de data sheets.

In de praktijk betekent dit dat je een 3D-printer moet kiezen die in beide categorieën goed presteert (in alle 3 dimensies).

SLA- vs. FDM 3D-printen

Er is veel veranderd sinds de eerste desktop 3D-printers beschikbaar waren voor het publiek. Tegenwoordig concurreren stereolithografie (SLA) 3D-printer zoals de Form 3, om dezelfde desktop-plekken als FDM-3D-printers. Eén van de belangrijkste voordelen van op hars gebaseerde SLA-3D-printers ten opzichte van hun op plastic gebaseerde soortgenoten is de printkwaliteit: SLA-3D-printers produceren aanzienlijk gladdere en gedetailleerdere prints. Hoewel met SLA-printers bovendien aanzienlijk dunnere laagdiktes bereikt worden, ligt de reden voor de verbeterde printkwaliteit in hun veel hogere XY-resolutie.

SLA-3D-printers (rechts) bieden een hogere resolutie en kunnen aanzienlijk gladdere en gedetailleerdere prints produceren dan FDM-3D-printers (links).

Anders dan bij FDM-3D-printers wordt de minimale feature size in het XY-vlak bij SLA-3D-printers niet beperkt door de stromingsdynamiek van gesmolten kunststof, maar door optiek en radicale polymerisatiekinetiek. Hoewel de wiskunde ingewikkeld is (en buiten de scope van deze blog valt), komt het hier op neer: elementen op SLA-prints kunnen ongeveer even klein zijn als de diameter van hun laserspots. En laserspots kunnen heel klein zijn, vooral vergeleken met de nozzle-afmetingen van de extruders van FDM-printers.

Laser SLA- vs. DLP-3D-printers

Resin 3D-printers zoals SLA-, LFS- en DLP-technologieën bieden de hoogste resoluties van alle 3D-printprocessen die als desktop beschikbaar zijn. De basiseenheden van deze processen zijn verschillende vormen, waardoor het moeilijk is de verschillende machines alleen op basis van numerieke specificaties te vergelijken.

DLP-3D-printers hebben een vaste matrix van pixels ten opzichte van de build area. Lasergebaseerde SLA- en LFS-3D-printers daarentegen kunnen de laserstraal op elke XY-coördinaat richten. Dit betekent dat lasergebaseerde machines, mits de optiek van hoge kwaliteit is, het oppervlak van een onderdeel nauwkeuriger kunnen reproduceren. Zelfs als de laserspot groter is dan de DLP-pixelgrootte.

Welk resin 3D-printproces je ook kiest, professionele resin 3D-printers moeten in staat zijn om de fijnste details van jouw creaties vast te leggen, van fotorealistische modellen tot ingewikkelde sieraden.