Khi Nào Nên Chọn In 3D SLA và Khi Nào Nên Chọn In 3D FDM

Tất cả các công nghệ in 3D đều có ưu điểm và hạn chế riêng. Vậy làm sao để chọn được công nghệ phù hợp cho từng nhu cầu cụ thể? Khi cân nhắc giữa hai công nghệ phổ biến nhất là in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) và in 3D SLA (Stereolithography), bạn cần xem xét kỹ lưỡng quy trình làm việc và đặc tính của vật liệu.
In 3D FDM là công nghệ phổ biến nhất hiện nay, với hàng triệu máy đã được bán ra từ năm 2018. Loại máy này thường dễ sử dụng và chi phí vận hành thấp. Trong khi đó, in 3D SLA, vốn chỉ được sử dụng cho các chi tiết nhỏ và tinh xảo, nay đã trở nên phổ biến hơn nhờ khả năng sử dụng vật liệu hiệu suất cao. Công nghệ SLA cho phép tạo ra các chi tiết chính xác, đồng nhất, mật độ cao và có tính chất cơ học vượt trội, mở ra nhiều ứng dụng mới vượt xa khả năng của in 3D FDM.
Không thể cho rằng một công nghệ nào đó tốt hơn công nghệ kia. Trong nhiều trường hợp, hai công nghệ này bổ trợ lẫn nhau. Việc sở hữu cả hai loại máy in trong cùng một xưởng sản xuất có thể mang lại nhiều lợi ích. Hãy cùng tìm hiểu cách chọn lựa phù hợp nhất cho từng nhu cầu cụ thể.
Nội dung chính
Khi nào nên chọn FDM thay vì SLA
Chi phí vật liệu
Một trong những yếu tố quan trọng nhất khi chọn giữa in 3D FDM và SLA là chi phí vật liệu. Vật liệu dùng cho in 3D FDM như PLA hay PETG thường có giá thành thấp hơn nhiều so với nhựa in 3D SLA. Giá sợi nhựa FDM thường dao động từ 20 đến 50 USD/kg, trong khi nhựa SLA có thể có giá từ 50 USD/kg trở lên tùy thuộc vào loại và chất lượng. Do đó, in 3D FDM có thể là lựa chọn tiết kiệm hơn cho các dự án cần nhiều vật liệu.
Bạn có thể tiết kiệm vật liệu khi in 3D FDM bằng cách điều chỉnh độ đặc của vật liệu. Thay vì in khối đặc hoàn toàn, bạn có thể tạo ra các chi tiết rỗng bên trong, giúp giảm trọng lượng và tiết kiệm vật liệu. Tuy nhiên, điều này có thể ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm. Ngược lại, in 3D SLA thường tạo ra các chi tiết đặc hoàn toàn khiến nó tốn nhiều nhựa hơn nếu độ bền không phải là yếu tố quan trọng.
Một số phần mềm chuẩn bị in 3D SLA như PreForm có tính năng tạo rỗng bên trong chi tiết, giúp giảm lượng vật liệu sử dụng tương tự như giảm độ đặc trong in 3D FDM.
Màu sắc đa dạng
In 3D FDM mang đến sự đa dạng màu sắc vượt trội so với in 3D SLA. Sợi nhựa FDM, đặc biệt là PLA, có rất nhiều màu sắc, bao gồm các loại sợi nhiều màu và các hiệu ứng đặc biệt như lụa, mờ, phát sáng trong bóng tối. Nhờ đó, bạn thường không cần phải sơn thêm cho sản phẩm.
Nhựa in 3D SLA có số lượng màu sắc hạn chế hơn PLA. Nguyên nhân một phần là do chất liệu nhựa SLA chứa các thành phần nhạy cảm với ánh sáng, việc thêm màu sắc có thể ảnh hưởng đến quá trình in. Bạn vẫn có thể sơn hoặc phủ lớp lên sản phẩm in 3D SLA. Một số loại nhựa SLA đặc biệt cũng cho phép bạn tự pha trộn màu sắc. Tuy nhiên, nhìn chung, in 3D FDM cung cấp nhiều lựa chọn màu sắc hơn.
Không cần rửa và xử lý
Một ưu điểm khác của in 3D FDM là quá trình hậu xử lý đơn giản. Sau khi in xong, sản phẩm FDM đã sẵn sàng sử dụng ngay lập tức, không cần rửa hoặc xử lý tiếp như sản phẩm in 3D SLA.
Sản phẩm in 3D SLA cần được rửa sạch bằng cồn isopropyl (IPA) hoặc các dung dịch tẩy rửa chuyên dụng. IPA rất hiệu quả nhưng có mùi hôi và dễ cháy, không phù hợp với một số môi trường như gia đình hoặc trường học có trẻ em. Dung dịch rửa nhựa chuyên dụng không cháy, an toàn hơn IPA có thể được sử dụng để rửa sản phẩm in 3D SLA.
Ngoài ra, sản phẩm in 3D SLA thường cần được chiếu tia UV và sấy khô để đạt độ cứng và tính chất mong muốn.
Tuy nhiên, hậu xử lý sản phẩm FDM cũng không phải lúc nào cũng nhanh chóng. Việc tháo các phần hỗ trợ khỏi sản phẩm FDM có thể tốn thời gian. Để có bề mặt mịn, bạn có thể cần phải xử lý bằng tay như chà nhám, đặc biệt với những sản phẩm có hình dạng phức tạp.
Do đó, nếu bạn ưu tiên sự tiện lợi, không muốn sử dụng hóa chất, in 3D FDM thường là lựa chọn tốt hơn.
Khi nào nên chọn SLA thay vì FDM
In ra sản phẩm có chất lượng cao
Với các dự án yêu cầu độ chính xác cao, bề mặt mịn và chi tiết tinh xảo, in 3D SLA thường là lựa chọn tối ưu, ngay cả khi chi phí vật liệu cao hơn và cần thêm bước xử lý sau in. Khả năng tạo ra sản phẩm chất lượng chuyên nghiệp giúp in 3D SLA trở thành công cụ không thể thiếu cho các ứng dụng đặc biệt mà in 3D FDM không thể đáp ứng.
Sự chính xác
In 3D SLA thường được ưu tiên khi độ chính xác là yếu tố quyết định. Máy in 3D SLA sử dụng nguồn sáng như laser hoặc đèn LED để chiếu lên chất liệu nhựa lỏng, từng lớp một, tạo ra các sản phẩm với độ chính xác và đồng đều rất cao. Nhờ đó, sản phẩm in 3D SLA có độ chính xác kích thước rất tốt, phù hợp với các ứng dụng như mẫu răng, mẫu trang sức và các bộ phận kỹ thuật yêu cầu độ chính xác cao. Trong khi đó, in 3D FDM sử dụng phương pháp phun sợi nhựa nóng chảy, có thể dẫn đến những sai lệch nhỏ do sự di chuyển của đầu phun, sự bám dính giữa các lớp và sự co ngót của vật liệu. Vì vậy, khi độ chính xác là yêu cầu tối quan trọng thì in 3D SLA vượt trội hơn hẳn.
Dorman Products, một nhà cung cấp phụ tùng ô tô, sử dụng máy in 3D SLA Formlabs để tạo mẫu và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Trước khi đưa sản phẩm ra thị trường, đội ngũ kỹ thuật của Dorman cần xác định chính xác mức độ sai lệch kích thước cho phép của từng bộ phận. Họ sử dụng phương pháp phân tích kích thước để kiểm tra xem bộ phận có đạt yêu cầu hay không. Để đảm bảo độ chính xác cao, họ cần sử dụng mẫu đo có độ chính xác tương ứng. Trước khi sử dụng máy in Form 3+ và Form 3L, họ gặp khó khăn trong việc đạt được độ chính xác yêu cầu cho mẫu đo. Hiện tại, họ đã đạt được độ chính xác ấn tượng 0,025 mm trên các sản phẩm in 3D.
“Kỹ sư đến và nói rằng chúng tôi cần đảm bảo độ chính xác đường kính trong khoảng ±0,05 mm. Chúng tôi đã thành công khi in được sản phẩm với độ lệch tâm đường kính chỉ ±0,025 mm trên máy Form 3L. Tôi thực sự không thể tin nổi mình đã đạt được độ chính xác cao như vậy!”
Chris Allebach, Additive Manufacturing Lead, Dorman Products
Với máy in Form 4 và Form 4L, độ chính xác còn được nâng cao hơn nữa. Độ chính xác kích thước đạt ±0,15% cho các chi tiết có kích thước từ 1-30 mm (sai số tối thiểu: ±0,02 mm) và ±0,3% cho các chi tiết có kích thước từ 81-150 mm (sai số tối thiểu: ±0,15 mm).
Độ hoàn thiện bề mặt
Một ưu điểm nổi bật của in 3D SLA là chất lượng bề mặt vượt trội. Sản phẩm in 3D SLA có bề mặt mịn, hơi mờ ngay sau khi lấy ra khỏi máy in. Điều này rất quan trọng đối với các sản phẩm yêu cầu tính thẩm mỹ cao như mẫu sản phẩm và các ứng dụng y tế, nơi chất lượng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng. Ngược lại, sản phẩm in 3D FDM thường xuất hiện các đường lớp rõ rệt, đặc biệt trên bề mặt cong. Để đạt được bề mặt mịn tương tự, sản phẩm in 3D FDM thường cần xử lý sau in như chà nhám.
Chất lượng bề mặt mịn rất quan trọng trong một số ứng dụng như đúc khuôn silicon và thử nghiệm trong đường hầm gió. Tại Archer Aviation, chất lượng bề mặt mịn của sản phẩm in 3D SLA giúp đơn giản hóa quy trình làm việc. Theo chia sẻ của Giám đốc thiết kế Julien Thiebaud: “Tôi rất hài lòng vì có thể tháo bỏ các phần hỗ trợ rất dễ dàng, chỉ cần dùng tay mà không cần dụng cụ. Sau khi rửa và sấy khô, chúng tôi có thể lắp ráp chúng vào mẫu thử ngay lập tức. Việc xử lý bề mặt thủ công gần như không cần thiết. Chất lượng tổng thể của sản phẩm rất ấn tượng.”
Các chi tiết nhỏ
In 3D SLA rất phù hợp để tạo ra các chi tiết nhỏ và phức tạp. Máy in 3D SLA có độ phân giải cao, cho phép tạo ra các chi tiết cực kỳ chi tiết, chẳng hạn như các thành mỏng, các cạnh sắc nét và các hình dạng phức tạp. Mặc dù in 3D FDM cũng có thể tạo ra các chi tiết nhỏ, nhưng nó bị hạn chế bởi kích thước của đầu phun và đặc tính của sợi nhựa nóng chảy, có thể dẫn đến các chi tiết bị mờ hoặc không rõ ràng.
Trung tâm Nguyên mẫu Tiên tiến của Microsoft sử dụng nhiều loại máy in 3D, bao gồm máy in 3D SLA và SLS của Formlabs, để sản xuất các mẫu thử nghiệm và các sản phẩm thử nghiệm. Các sản phẩm này có thể lớn như vỏ máy tính xách tay Surface hoặc nhỏ như các đầu nối điện. Mặc dù in 3D FDM có thể phù hợp với các sản phẩm lớn, nhưng ngay cả những máy in 3D FDM hiện đại nhất cũng gặp khó khăn trong việc tạo ra các chi tiết nhỏ và phức tạp như các đầu nối điện.
Sản phẩm in 3D đặc hoàn toàn
In 3D SLA tạo ra các sản phẩm đặc hoàn toàn, trong khi in 3D bằng FDM thì không thể. Ngay cả khi tăng độ đặc lên tối đa và tăng lượng vật liệu sử dụng, sản phẩm in 3D FDM vẫn có những khoảng trống nhỏ bên trong do đặc điểm của quá trình phun nhựa. Do đó, in 3D FDM không thể tạo ra các sản phẩm kín nước, đồng nhất về tính chất hoặc trong suốt, trong khi in 3D SLA có thể.
Độ kín nước và độ kín khí
Nhiều bộ phận tiếp xúc với chất lỏng và khí, chẳng hạn như ống dẫn khí của động cơ và các bộ phận của robot biển sâu, cần phải chịu được áp suất mà không bị rò rỉ. Sản phẩm in 3D SLA có cấu trúc đặc chắc, không có lỗ hổng, do đó có khả năng chống thấm nước tốt hơn so với sản phẩm in 3D FDM. Sản phẩm in 3D FDM thường có các lỗ nhỏ bên trong, dẫn đến tình trạng rò rỉ nếu tiếp xúc với chất lỏng hoặc khí.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rhode Island đã tiến hành thử nghiệm độ bền áp suất của các sản phẩm in 3D bằng các vật liệu khác nhau. Kết quả cho thấy, sản phẩm in 3D SLA chịu được áp suất rất cao, lên tới hơn 1500 PSI (100 bar). Đặc biệt, loại nhựa kỹ thuật gia cường sợi thủy tinh Rigid 10K Resin có thể chịu được áp suất lên tới hơn 5500 PSI (379 bar) trước khi bị vỡ. Để biết thêm chi tiết về thí nghiệm và kết quả, bạn có thể tham khảo tài liệu nghiên cứu đầy đủ.
Phòng Thí nghiệm Đại dương học và Khí tượng Đại Tây Dương (AOML) thuộc Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) đã sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất nhanh chóng và tiết kiệm chi phí các thiết bị nghiên cứu đặc biệt. Một số bộ phận, như vỏ hộp điện tử, cần phải chống thấm nước, trong khi các bộ phận khác, như hệ thống lấy mẫu nước, cần phải chứa được nước. Ban đầu, AOML sử dụng máy in 3D FDM nhưng gặp phải vấn đề rò rỉ nước. Sau khi chuyển sang sử dụng máy in 3D SLA Formlabs, AOML đã thành công trong việc sản xuất các thiết bị lấy mẫu nước chống thấm nước với chi phí thấp bằng cách kết hợp với các linh kiện thông dụng như ống PVC.
Độ bền
Ngoài việc không đặc chắc, sản phẩm in 3D FDM còn có độ bền kém hơn theo chiều cao (trục Z) so với chiều ngang (trục X và Y). Trong khi đó, sản phẩm in 3D SLA có độ bền đồng đều theo mọi hướng.
Foil Drive, một công ty tại Úc chuyên sản xuất thiết bị lái bằng điện cho tàu thuyền, đã thử nghiệm cánh quạt in 3D trong điều kiện khắc nghiệt. Cánh quạt phải chịu lực xoắn lớn khi quay với tốc độ 3000 vòng/phút và liên tục chìm và nổi trên mặt nước. “Đây là một thử thách rất lớn đối với một cánh quạt”, người sáng lập và Giám đốc điều hành Paul Martin chia sẻ.
“Việc các bộ phận bị hỏng là điều hoàn toàn không thể chấp nhận được.”
Paul Martin, Founder and CEO, Foil Drive
Sau khi thử nghiệm với máy in 3D FDM (cánh quạt bị vỡ) và máy in 3D SLA giá rẻ (vật liệu kém chất lượng dẫn đến hỏng hóc), công ty đã chuyển sang sử dụng máy in 3D SLA khổ lớn Formlabs và loại nhựa gia cường sợi thủy tinh hiệu suất cao Rigid 4000. “Chỉ khi sử dụng nhựa Rigid 4000, chúng tôi mới đạt được kết quả như mong đợi”, ông Martin cho biết. “Nhờ đó, chúng tôi đã sản xuất hàng nghìn cánh quạt và phân phối rộng rãi trên toàn thế giới.”
Độ trong suốt
Máy in 3D FDM cũng có thể sử dụng sợi nhựa trong suốt. Tuy nhiên, do các khoảng trống nhỏ giữa các lớp nhựa, sản phẩm in 3D FDM thường có độ trong suốt hạn chế, trông hơi mờ hoặc sương mù. Người dùng đã thử giảm tốc độ làm mát và tăng tốc độ phun để cải thiện độ trong suốt, nhưng vẫn không thể loại bỏ hoàn toàn các khoảng trống khí giữa các lớp.
Độ trong suốt của sản phẩm in 3D rất hữu ích trong nhiều ứng dụng. Ví dụ, nhà sản xuất máy bay không người lái Skydio sử dụng nhựa trong suốt để in 3D các mẫu thử nghiệm. Nhờ đó, các kỹ sư có thể dễ dàng lắp đặt dây điện bên trong sản phẩm. Tương tự, công ty công nghệ thần kinh OpenBCI sử dụng nhựa trong suốt để in 3D các khuôn mẫu. Điều này giúp các nhà thiết kế quan sát được dòng chảy của vật liệu trong quá trình đúc và tối ưu hóa vị trí lỗ thông hơi.
Sau khi in 3D, bạn có thể xử lý sản phẩm bằng cách đánh bóng, phủ lớp hoặc các phương pháp khác để tăng độ trong suốt và chống ố vàng do tiếp xúc với tia UV.
Vật liệu in 3D chịu nhiệt
Tất cả các sản phẩm in 3D FDM, kể cả khi sử dụng sợi nhựa chịu nhiệt cao, đều sẽ bị chảy khi tiếp xúc với nhiệt độ đủ lớn. Hầu hết vật liệu in 3D FDM thuộc loại nhựa nhiệt dẻo. Loại nhựa này có đặc tính mềm dần khi đạt đến một nhiệt độ nhất định (gọi là nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh). Một số loại nhựa FDM như nylon và TPU thuộc loại nhựa nhiệt dẻo bán kết tinh. Loại nhựa này giữ được hình dạng tương đối ổn định cho đến khi gần đạt đến nhiệt độ nóng chảy, sau đó sẽ bị biến dạng nhanh chóng.
Ngược lại, vật liệu in 3D SLA thuộc loại nhựa nhiệt rắn. Loại nhựa này không bị chảy khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nhựa nhiệt rắn có thể bị biến dạng khi chịu tác động của lực ở nhiệt độ cao. Do đó, sản phẩm in 3D SLA phù hợp hơn nhiều so với sản phẩm in 3D FDM hoặc SLS trong các ứng dụng có nhiệt độ cao.
Ổn định ở nhiệt độ cao
Khả năng chịu nhiệt, dù chỉ trong thời gian ngắn, giúp các kỹ sư thử nghiệm quá trình cháy của động cơ và tên lửa trên các mẫu thử nghiệm in 3D bằng nhựa. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí so với việc sử dụng các mẫu thử nghiệm bằng kim loại.
Kỹ sư hàng không vũ trụ Sam Rogers đã sử dụng công nghệ in 3D SLA để tạo mẫu thử nghiệm bộ đánh lửa cho một loại động cơ tên lửa đặc biệt. Do đặc tính của động cơ này, các mẫu thử nghiệm bằng phương pháp in 3D FDM sẽ bị biến dạng quá mức trong quá trình thử nghiệm. Nhờ sử dụng nhựa trong suốt, ông Rogers không chỉ quan sát được quá trình cháy mà còn xác nhận được rằng hình dạng của mẫu thử nghiệm vẫn ổn định trong ít nhất vài giây trong mỗi lần thử nghiệm.
“Nếu chúng tôi in 3D bằng phương pháp FDM với nhựa nhiệt dẻo, các bộ phận sẽ bị chảy ngay khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Ngược lại, khi sử dụng đèn khò, bộ phận in 3D SLA chỉ bị cháy bề mặt một lớp mỏng, trong khi phần còn lại vẫn giữ được nguyên hình dạng.”
Sam Rogers
Khả năng khử trùng
Sản phẩm in 3D SLA có khả năng chịu nhiệt tốt, cho phép khử trùng bằng tia gamma hoặc hấp hơi. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng trong lĩnh vực y tế.
Công ty restor3D sử dụng máy in 3D SLA Formlabs để sản xuất các dụng cụ phẫu thuật. Thông thường, nhựa không được sử dụng trong môi trường phẫu thuật do không chịu được nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình khử trùng. Tuy nhiên, các dụng cụ của restor3D kết hợp cả kim loại và nhựa, giúp giảm chi phí mà vẫn đảm bảo khả năng chịu nhiệt và khử trùng.
Khả năng chịu nhiệt chỉ là một trong những yếu tố quan trọng. Để sử dụng trong môi trường y tế, vật liệu cần phải đảm bảo tính tương thích sinh học. Bạn có thể tham khảo hướng dẫn của Formlabs để tìm hiểu thêm về các loại nhựa in 3D tương thích sinh học.
Khuôn mẫu, khuôn dập, dụng cụ và dụng cụ hỗ trợ sản xuất
Nhiều quy trình sản xuất như đúc nhựa, đúc thổi và ép nhiệt diễn ra ở nhiệt độ cao. Thông thường, khuôn đúc được chế tạo từ các kim loại như nhôm để đảm bảo độ bền và chịu nhiệt tốt. Tuy nhiên, việc sản xuất khuôn đúc bằng phương pháp gia công kim loại truyền thống rất tốn kém. Sử dụng công nghệ in 3D có thể giúp giảm chi phí và thời gian sản xuất, đặc biệt trong quá trình sản xuất mẫu thử nghiệm hoặc sản xuất số lượng nhỏ, miễn là vật liệu in 3D có thể chịu được nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất.
Jig và fixture là những công cụ quan trọng trong gia công kim loại, giúp đảm bảo độ chính xác, tính lặp lại và hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, việc sản xuất jig và fixture bằng phương pháp truyền thống tốn nhiều thời gian (vài tuần), chi phí cao (có thể lên tới 1.000 USD) và hạn chế về hình dạng. Red Oak Fabrication, một xưởng cơ khí tại Tây Nam Iowa, đã sử dụng công nghệ in 3D SLA để sản xuất jig và fixture tùy chỉnh. Phương pháp này giúp giảm thời gian sản xuất xuống còn vài giờ, chi phí giảm xuống chỉ bằng một phần mười so với phương pháp gia công CNC truyền thống và cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp.
Trong quá trình hàn, nhiệt độ có thể lên tới hàng nghìn độ C. Tuy nhiên, jig và fixture không tiếp xúc trực tiếp với mối hàn và thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao rất ngắn (khoảng 10 giây). Red Oak Fabrication sử dụng loại nhựa Rigid 10K để in 3D jig và fixture. Đây là loại nhựa gia cường sợi thủy tinh có khả năng chịu nhiệt tốt (nhiệt độ biến dạng nhiệt HDT là 238 °C @ 0,45 MPa). Mặc dù bề mặt của sản phẩm in 3D có thể bị hơi đen do tiếp xúc với nhiệt độ cao nhưng không ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng.
Kết luận
Mỗi công nghệ in 3D FDM và SLA đều có ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với những ứng dụng khác nhau. Trong khi vật liệu SLA trước đây thường khá giòn, thì ngày nay, vật liệu SLA đã được cải tiến đáng kể, trở nên cứng cáp, bền bỉ và có nhiều tính năng vượt trội. Khi bạn cần sản xuất các bộ phận chất lượng cao, hiệu suất cao, in 3D SLA là lựa chọn đáng cân nhắc.
“Với công nghệ SLA, tôi có thể tạo ra những sản phẩm mà in 3D FDM không thể thực hiện được. Ngược lại, không phải mọi thứ tôi làm được với in 3D FDM đều có thể thực hiện với SLA.”
Lukas Hartmann, Hardware Developer, KORG Berlin