Защо да изберем 3D принтер

от VOXELTEK

На фона на изобилието от 3D принтери през последните години, някои за обща употреба, други пригодени за дентални цели и т.н., изборът на качествен 3D принтер за зъботехническата лаборатория не е лесен. Наличните цени и параметри варират в широки граници и е трудно, а понякога и невъзможно, човек да вземе правилното решение. По-долу ще се опитаме да Ви улесним като разкрием пред Вас какво се крие зад наистина различните 3D принтери на VOXELTEK.

Препоръчваме принтерите Voxel M и L пред всички останали на пазара по ред причини. Накратко това са високата точност, бързината, гладкостта на завършения детайл и не на последно място – ниската себестойност.

Точност: Точността е сравнима с най-високия клас скъпи дентални принтери. Принтерите Voxel L и M са тествани и утвърдени от денталната индустрия. Voxel L има разделителна способност от 50 μm на x-y оста, което го нарежда в челните позиции.

Бързина: Принтерите са оборудвани със специален ултравиолетов източник на светлина с нулево фокусно разстояние, който създава слоевете за секунди. Благодарение липсата на излишни движения, с изключение на повдигането на заготовката, скоростта е много висока. Свръх бързата светлинна обработка комбинирана с уникалния метод за разделяне на слоевете ще изработи Вашите продукти до два пъти по-бързо от сродните принтери на пазара.

Гладкост на детайла: Сърцето на Voxel 3D принтера е новият VOXELTEK Digital Light Engine (DLE). Той има някои предимства пред съществуващите SLA и DLP принтери на пазара. Нулевото фокусно разстояние води до кристално ясна изработка без изкривявания. При други принтери то е в порядъка на 100-200mm. Хомогенността на светлината в изработвания слой е доведена до 99%, което позволява последователно и контролируемо изграждане на слоевете на целия обект.

Себестойност: Изключително добро съотношение цена-качество. Целта на Voxeltek е да минимизира разходите по поддръжка. Това се постига, като е намален броят на подвижните части в принтера. Резервоарът не се сменя след всеки 2 литра смола, а издържа много повече. UV светлинният източник издържа около 20 000 часа, което практически е над 10 години работа. Не на последно място ниската цена на консумативите също е фактор при разходите. Гореспоменатият DLP не се нуждае от настройки и калибрации, което допълнително намаля времето и разходите за поддръжка.

Речник:

SLA (Stereolitography, Стереолитография) – Технология използваща фотополимерни смоли за създаване на обекти. Процесът по втвърдяване на смолата се нарича полимеризация и се използва в лазерните SLA (накратко SLA) и DLP-SLA (накратко DLP) 3D принтери.

Laser-SLA 3D принтер – обектът се изгражда точка по точка. Постига се висока точност, но при ниска скорост. Стара технология, достигнала вече технологичните си лимити.

DLP (Digital Light Processing) 3D принтер – Всеки слой се изгражда наведнъж посредством специалния оптичен модул. Това значително повишава скоростта. Със съвременните миниатюризирани модули точността е изключително висока и позволява гладки детайлни форми. По-нова технология, позволяваща разработване на нови методи за принтиране.

За да не изглеждат по-горните твърдения като поредните маркетингови празни приказки, нека преминем и към по-детайлно описание на технологиите, използвани днес в денталния бранш.

Технологията зад 3D принтерите на VOXELTEK

Когато избираме 3D принтер, освен параметрите точност, скорост и разделителна способност, трябва да навлезем в дълбочина, за да разберем какви технологични решения се крият зад тях.

DLP принтерите съдържат светлинен проектор, който прожектира всеки срез на образа изцяло за разлика от Laser-SLA принтерите, при които образът се изгражда точка по точка през целия геометричен срез. (Фиг. 1)

Laser-SLA като цяло отнемат повече време, тъй като лазерът чертае всеки слой с дебелина микрони. Много наподобява да опитвате да оцветявате лист хартия с различни моливи: без значение колко сте бързи с ръцете, процесът отнема много време. На теория лазерът може да изчертае обект с много фини детайли, но това може да бъде подвеждащо, тъй като градиентът на лазрната точка може реално да доведе до мътни и слабо изразени контури.

В момента има много лазерни принтери на пазара, предлагани агресивно на много ниски цени, които по първоначален замисъл не са проектирани специално за дентални нужди. Те са склонни да жертват скоростта с цел намаляне драстично на цената. А ниската скоротст отнема от времето, което е един от най-ценните ресурси в забързаното ежедневие.

Фиг. 1: Образно представяне на Laser-SLA и DLP 3D принтери

В началото на разработката на принтерите на Voxeltek екипът от инженери е взел решение да изостави по-евтината и по-достъпна в момента Laser-SLA технология.

Фактически Laser-SLA е първият 3D принт процес, разработен през 80-те години на двадесети век и вече се счита за отживял. Нови разработки почти не се правят, тъй като технологията е достигнала своите лимити.

Разработките се фокусират върху DLP принтерите, като например безслоевото принтиране, техника, която още не е пусната на пазара, но е неопровержим индикатор какво може да се постигне с DLP технологията. DLP 3D принтерите имат своето пространство в зъботехническите лаборатории през следващата декада и ще имат повече приложения, отколкото можем да си представим днес.

Скоростта е едно от предимствата на DLP технологията. Основната причина DLP технологията да се използва в дентални приложения е високото качество на принтирания обект и високата му точност. Тъй като всички принтирани обекти са предназначени за употреба в човешкото тяло, то отклоненията в точността не се толерират дори при десети от микрона.

Въпреки това, евтини DLP принтери има на пазара от години, но те не са добре приети, тъй като не използват пълния капацитет на технологията. Много от тези устройства са снабдени с проектори точно като тези, които ползвате за презентации в залите за срещи. (Фиг. 2) Няма смисъл да споменаваме, че, използвайки тези принтери с проектори, които постоянно излизат от фокус, работата е неудобна и трудна. Образът в средата е преосветен, а в ъглите недоосветен, заради разликата в светимостта върху принт равнината. С тези отклонения е невъзможно да се постигне добра точност равномерно по цялата принтирана зона. Друг проблем е несъвместимостта на дължината на вълната. Повечето евтини проектори са снабдени с бели халогенни лампи, докато повечето смоли, включително биосъвместимите, се полимеризират най-добре при UV спектъра на светлината или на границата между UV и видимата светлина. В много случаи тези лампи се подменят с UV лампи, но това рязко скъсява живота на проектора.

Фиг. 2 – UV проектор, често използван в евтините DLP 3D принтери

От друга страна, всички професионални машини предлагат хомогенна проекция, което е задължително за постигането на висока точност, но това идва и на съответната цена от десетки хиляди евро. Инвестиция, която е нерентабилно да се направи.

Наблюденията на VOXELTEK над такива професионални, скъпи машини показват, че дори те имат редица проблеми, въпреки наличието в тях на висококачествени оптика и електроника. Например – ограничена разделителна способност. Известно е, че всички проектори работят с определен брой пиксели по X и Y, също както е и при компютърните монитори.

В денталната медицина има определени изисквания към размерите на платформата за отпечатване, което технически дефинира най-големия възможен обект. Макар че няма абсолютно съгласие какъв трябва да бъде максималният размер, то възможността да се отпечатат едновременно два модела, един на горна и един на долна челюст, разположени хоризонтално, се счита като задължително изискване. При увеличаване на този размер се намаля точността на проектора – пикселите стават по-големи, мощността на проектора отслабва, виждат се стъпаловидни форми. Следователно принтерът трябва да позволява достатъчно голям обект за принтиране, за да могат едновременно да се произведат две челюсти с висока точност, гладкост и без никакви изкривявания.

В момента дори най-големите производители използват проектор с разделителна способност 1200 х 800 или 1920 х 1080 пиксела в най-високия клас принтери. Защо не по-високи? Не всеки проектор работи добре при DLP. Важен фактор е контрастното съотношение, т.е. колко светли пиксели преминават и колко тъмни се абсорбират. Нежелана полимеризация се получава, ако светлината протича през тъмните пиксели или експонацията може да продължи прекалено дълго, ако светлите пиксели блокират илюминацията.

Професионалните 3D принтери работят с обемни лампи на проекторите, които изискват специално отношение към охлаждането. (Фиг. 3) Това води до обемисти машини, които трудно могат да бъдат наречени настолни.

Фиг. 3 – Високотехнологичен индустриален проектор – голям и обемен, с висока цена на поддръжка

Всъщност най-големият недостатък на тези принтери дори не е проекторът. Основният проблем е съвместимостта на отделните компоненти в машината. Колкото повече са те, толкова повече възможности за грешка и отклонение се появяват. Това води до необходимост от редовна калибрация, за да е сигурно, че проектираният върху проекционната равнина образ е винаги с непроменени размери. Допълнително, вариациите в мощността на лампата по време на експлоатацията ѝ водят до необходимост от редовната ѝ подмяна, което също не е евтин процес.

Всички гореспоменати недостатъци бяха взети под внимание от инженерния екип на Voxeltek при разработката на 3D принтерите Voxel. Опитът им през годините доведе до създаване на нов проектор с интегрирана в него проекционна равнина, нещо, което друг производител не беше правил до този момент. Наименованието на този изцяло нов компонент е DLE (Digital Light Engine) (Фиг. 4). По този начин става невъзможно да се разфокусира образът, което води до липсата на необходимост от калибрация по време на експлоатационния срок на машината.

Проектираните слоеве ще бъдат кристално ясни и фокусирани – от тук и името Нулева Фокусна Технология (Zero Focus Technology), означаващо, че образът е виртуално създаден върху проекционната равнина и винаги без никакви изкривявания. Няма абсолютно никакво разстояние между DLE и проектирания образ. С тази технология можем да кажем сбогом на настройките и калибрациите на проектора.

Фиг. 4 – В ляво – стадартен DLP 3D принтер. В дясно – принтер с Voxeltek Digital Light Engine (DLE)

Като допълнение броят на пикселите в проектора на принтера VOXEL L е с 45% повече от стандартен Full HD проектор, което го прави с най-висока разделителна способност за дентални цели. По този начин се избягва проблемът със стъпаловидните структури и се повишава гладкостта на обекта. DLE е снабден и с ултравиолетови светодиоди (UV LED), чиито живот е над 20 000 часа или около 10 години работа. Светодиодите не се нуждаят от активно охлаждане, следователно големите охлаждащи системи са излишни. Така размерът на принтерите се редуцира драстично и цената им спада до разумни стойности.

VOXELTEK вярва, че с тези разработки се създават висококачествени и достъпни принтери, което ще доведе до бързото разпространение на дигиталните технологии в зъботехническите лаборатории по целия свят, довеждащо до по-добри и по-бързи резултати, достъпни за повече хора.

Информация за 3D принтерите VOXEL можете да намерите тук или в страницата на производителя http://voxeltek.com/.