So Sánh Chi Tiết SLA vs PolyJet (Material Jetting) Trong In 3D

Có rất nhiều công nghệ in 3D trên thị trường hiện nay. Hiểu rõ đặc điểm và sự khác biệt của từng quy trình sẽ giúp bạn biết được khả năng của sản phẩm in cuối cùng, chi phí đầu tư ban đầu, quy trình vận hành cũng như tốc độ in, từ đó lựa chọn được công nghệ tối ưu nhất cho ứng dụng của mình.

PolyJet, một dạng công nghệ Material Jetting và Stereolithography (SLA) là hai quy trình phổ biến trong nhóm in 3D bằng nhựa resin. Cả hai đều được ưa chuộng để tạo ra các nguyên mẫu và chi tiết có độ chính xác cao, tính đẳng hướng tốt, chống thấm nước, bề mặt mịn và thể hiện được các chi tiết nhỏ trên nhiều loại vật liệu tiên tiến.

Trong bài hướng dẫn toàn diện này, chúng ta sẽ cùng phân tích sâu về PolyJet và SLA, đồng thời so sánh hai công nghệ dựa trên các yếu tố: chi phí, chất lượng in, vật liệu, ứng dụng, quy trình làm việc, tốc độ, và nhiều tiêu chí khác, nhằm giúp bạn xác định công nghệ phù hợp nhất cho doanh nghiệp.

Material Jetting là gì?

Material Jetting là một dạng công nghệ in 3D tương tự như in phun truyền thống. Tuy nhiên, thay vì những giọt mực được phun lên giấy, trong material jetting, các giọt nhựa photopolymer được phun và đông cứng ngay lập tức khi rơi xuống bề mặt in.

Nguyên lý hoạt động của Material Jetting

Trong quá trình material jetting, đầu in sẽ di chuyển trên bàn in theo trục X và Y, phun ra các giọt nhựa resin lên bề mặt. Cùng lúc đó, tia UV từ đầu in sẽ chiếu và làm đông cứng các giọt resin này trên bàn in. Khi một lớp hoàn tất, bàn in hạ xuống để đầu in có thể phun lớp tiếp theo. Quá trình này lặp lại cho đến khi mô hình 3D được xây dựng hoàn chỉnh.

Với các hình dạng phức tạp như phần overhang, máy in sẽ phun thêm vật liệu hỗ trợ dạng gel có thể tháo rời. Ngoài ra, đầu in cũng có thể pha trộn nhiều loại vật liệu để tạo ra những đặc tính và màu sắc vật liệu độc đáo.

PolyJet 3D Printing là gì?

PolyJet là một công nghệ thuộc nhóm material jetting trong sản xuất phụ gia (additive manufacturing). Công nghệ PolyJet được phát triển bởi Objet, sau này được Stratasys mua lại. Trên thị trường hiện nay có nhiều máy in dạng material jetting khác, nhưng dưới thương hiệu PolyJet, chúng chỉ được bán bởi Stratasys.

SLA 3D Printing là gì?

Stereolithography (SLA) là công nghệ in 3D đầu tiên trên thế giới, được phát minh vào những năm 1980, và đến nay vẫn là một trong những công nghệ phổ biến nhất dành cho các chuyên gia. Máy in SLA sử dụng nguồn sáng để làm đông cứng nhựa lỏng (resin) thành các đối tượng ba chiều bằng cách chiếu ánh sáng lên bể nhựa, khiến nhựa cứng lại.

Nguyên lý hoạt động của SLA 3D Printing

Các máy SLA phổ biến nhất là dạng in ngược (inverted SLA), với bể nhựa có đáy trong suốt và chống dính, tạo nền để nhựa lỏng đông cứng, đồng thời giúp các lớp nhựa mới hình thành tách ra nhẹ nhàng.

Hiện nay có nhiều loại quy trình SLA khác nhau, chủ yếu phân loại theo nguồn sáng được sử dụng để làm cứng nhựa. Quy trình phổ biến nhất hiện nay là Masked Stereolithography (MSLA), trong đó nguồn sáng được che chọn lọc bằng màn hình LCD.

Các máy in Form 4 và Form 4L (dành cho in khổ lớn) sử dụng động cơ in Low Force Display™ (LFD), một phiên bản nâng cao của công nghệ MSLA.

Ở trung tâm của LFD Print Engine là Backlight Unit, một nguồn sáng công suất cực cao phát ánh sáng đồng đều đi qua mảng thấu kính vào Light Processing Unit (LPU) 4, nơi ánh sáng được tạo hình theo từng lớp in. Khi ánh sáng chiếu tới nhựa lỏng trong bể, lớp nhựa ngay lập tức đông cứng thành lớp rắn. Bàn in sau đó nâng lên, và trục Z chính xác sẽ tách lớp khỏi đáy bể nhựa, sẵn sàng cho lớp tiếp theo.

PolyJet (Material Jetting) vs. SLA: So sánh chi tiết

Mặc dù cả máy in PolyJet (Material Jetting) và SLA đều tạo ra các chi tiết nhựa resin với độ phân giải cao, nhưng mỗi công nghệ có những ưu điểm và hạn chế riêng tùy thuộc vào từng ứng dụng. Do đó, việc đánh giá sức mạnh và điểm yếu so sánh của từng công nghệ theo một số tiêu chí chính là rất hữu ích.

Chi phí và Lợi tức đầu tư (ROI)

Một trong những khác biệt chính giữa máy in SLA và Material Jetting/PolyJet nằm ở chi phí. Khi bằng sáng chế SLA bắt đầu hết hạn vào cuối những năm 2000 và các máy SLA cỡ nhỏ, để bàn được ra mắt trên thị trường, giá máy SLA giảm tới 100 lần. Hiện nay, các máy SLA chuyên nghiệp có giá khởi điểm khoảng 2.500 USD, trong khi các máy để bàn cỡ lớn bắt đầu từ 5.000 USD.

Ngược lại, máy in Material Jetting và PolyJet có giá cao hơn nhiều, dao động từ 20.000 USD đến hơn 500.000 USD. Đây chỉ là chi phí máy, chưa kể gói dịch vụ bắt buộc có thể lên tới 20% giá máy PolyJet mỗi năm, đủ để mua cả một đội máy SLA mỗi năm.

Ngoài ra, nhựa resin cho máy Material Jetting thường đắt gấp 2–3 lần so với nhựa SLA. Do đó, chi phí mỗi chi tiết in bằng PolyJet cao hơn nhiều so với SLA. Máy PolyJet cũng yêu cầu bảo trì nhiều hơn, làm tăng khối lượng lao động cần thiết để vận hành.

Vì vậy, trừ khi bạn cần PolyJet cho các ứng dụng đặc thù, chẳng hạn như mô hình nhiều màu hoặc chi tiết nhiều vật liệu, bạn có khả năng thu hồi vốn cao hơn khi đầu tư vào máy SLA.

Chất lượng in và độ chính xác

Vì in 3D là một quá trình gia công thêm vật liệu (additive process), mỗi lớp in đều tạo ra cơ hội xuất hiện sai số. Cách thức các lớp được hình thành sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, được định nghĩa là khả năng lặp lại mức độ chính xác của từng lớp. Độ dung sai, độ chính xác và sự nhất quán trong in 3D phụ thuộc vào nhiều yếu tố: quy trình in 3D, vật liệu, cài đặt phần mềm, hậu xử lý, và nhiều yếu tố khác.

Cả máy Material Jetting và SLA đều nằm trong nhóm các công nghệ in 3D chính xác và tỉ mỉ nhất, với độ dung sai khoảng ±0,2% (giới hạn thấp: ±0,1 mm). Nhờ vào nguồn sáng cực kỳ chính xác, cả hai công nghệ này đều có thể tái hiện chi tiết nhỏ và liên tục tạo ra các sản phẩm chất lượng cao.

Tùy vào hình học của mô hình, các chi tiết in bằng PolyJet và SLA đều cần vật liệu hỗ trợ, điều này rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác kích thước, đặc biệt với các hình dạng phức tạp hoặc các chi tiết tường mỏng/lớn.

• Với SLA, vật liệu hỗ trợ được tháo thủ công trong quá trình hậu xử lý. Máy in SLA của Formlabs cung cấp vật liệu hỗ trợ nhẹ và hỗ trợ dạng bó, có thể tách khỏi chi tiết chỉ trong vài giây, giúp rút ngắn thời gian hậu xử lý. Các chi tiết SLA cũng nổi tiếng với bề mặt mịn, tùy thuộc vào vật liệu có thể là mờ (matte) hoặc bóng (glossy).

• Với PolyJet, vật liệu hỗ trợ được rửa sạch bằng tia nước trong hậu xử lý. Quy trình này tác động lực lên chi tiết, có thể làm gãy chi tiết tinh xảo hoặc bẻ cong tường mỏng. PolyJet có thể in với bề mặt mờ hoặc bóng, nhưng lớp bóng chỉ xuất hiện ở những khu vực không có vật liệu hỗ trợ.

Vật liệu và Ứng dụng

Một trong những khác biệt lớn nhất giữa PolyJet và SLA là độ đa dạng vật liệu, điều này cũng quyết định ứng dụng khả thi của các máy in này.

Tùy theo từng mẫu máy, hầu hết các máy Material Jetting và PolyJet hỗ trợ khoảng 5–10 loại vật liệu khác nhau, từ vật liệu nguyên mẫu tiêu chuẩn đến vật liệu nhiều màu, vật liệu trong suốt, và vật liệu sinh học (biocompatible). Các máy PolyJet cao cấp hơn còn cho phép in nhiều vật liệu cùng lúc, mở ra khả năng tạo nguyên mẫu đa màu và đa vật liệu.

Tuy nhiên, PolyJet chỉ có thể in với vật liệu có độ nhớt thấp, điều này giới hạn đáng kể các tính chất cơ học khả dụng. Vật liệu PolyJet cũng có nhiệt độ biến dạng uốn (HDT) thấp, thường khoảng 45–50 °C, nghĩa là chúng có thể bắt đầu chảy biến dạng dưới ánh sáng mạnh. Do đó, PolyJet chủ yếu phù hợp cho mô hình ý tưởng (concept modeling) và nguyên mẫu không chức năng, cũng như một số ứng dụng nha khoa và y tế yêu cầu tính sinh học.

Ngược lại, máy SLA hỗ trợ dải vật liệu rộng hơn nhiều, với các máy Formlabs có thể dùng hơn 45 loại vật liệu, bao gồm hơn 15 vật liệu sinh học. Nhựa SLA cung cấp đa dạng tính chất vật liệu: có thể dẻo hoặc cứng, trong suốt hoặc mờ, chứa đầy vật liệu phụ trợ như thủy tinh, sáp, hoặc gốm, hoặc có các tính năng cơ học như nhiệt độ biến dạng cao, khả năng chịu va đập, hoặc chịu hóa chất. Nhờ vậy, vật liệu SLA có thể mô phỏng gần giống nhựa nhiệt dẻo dùng thực tế cho nguyên mẫu nhanh.

Mặc dù SLA không in đa màu trực tiếp, đây là công nghệ in 3D duy nhất ngoài PolyJet cho phép tùy chỉnh màu sắc chuyên nghiệp nhờ Color Resin. Color Resin được sản xuất theo yêu cầu, giúp tạo chi tiết màu nhanh, dễ dàng và tiết kiệm, từ các màu trung tính tinh tế đến màu rực rỡ, phục vụ nguyên mẫu thực tế, đồ gá màu, hoặc chi tiết cuối cùng theo màu tùy chỉnh.

Ngoài ra, Formlabs còn cung cấp Open Material Mode (OMM), mở ra khả năng in với bất kỳ nhựa photopolymer 405 nm nào, cho phép các nhà nghiên cứu và người dùng chuyên nghiệp toàn quyền truy cập vào vật liệu bên thứ ba hoặc phát triển vật liệu mới.

Dễ sử dụng (Ease of Use)

Quy trình làm việc (Workflow)

Quy trình làm việc cho cả PolyJet và SLA đều gồm ba bước chính: thiết kế, in 3D, và hậu xử lý.

Cả máy PolyJet và máy SLA chuyên nghiệp đều đi kèm phần mềm độc quyền với các cài đặt sẵn cho từng loại vật liệu, đã được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tỉ lệ in thành công cao nhất. Việc chuẩn bị in với các công cụ nâng cao như PreForm rất đơn giản, plug-and-play, với tự động định hướng và tạo cấu trúc hỗ trợ.

Khi quá trình in 3D bắt đầu, máy có thể hoạt động tự động, kể cả qua đêm, cho đến khi hoàn tất. Cả máy PolyJet và các máy SLA cao cấp như Form 4 Series của Formlabs đều sử dụng hệ thống hộp mực tự động nạp vật liệu. Hệ thống Resin Pumping System cũng có thể được thêm vào các máy Form 4 Series, cung cấp liên tục 5 lít nhựa resin cho máy.

Hậu xử lý (Post-Processing)

Với PolyJet, bạn cần tháo vật liệu hỗ trợ thủ công bằng tia nước hoặc kết hợp ngâm hóa chất và bóc vật liệu dày. Quy trình này có thể làm bẻ cong chi tiết mỏng hoặc gãy các chi tiết tinh xảo. Tuy nhiên, chi tiết PolyJet không cần post-curing, vì mô hình ra khỏi máy đã hoàn toàn đông cứng.

Với SLA, chi tiết cần được rửa bằng cồn isopropyl (IPA) hoặc dung môi thay thế để loại bỏ nhựa chưa đông cứng trên bề mặt. Theo quy trình chuẩn, chi tiết được lấy ra khỏi bàn in, sau đó ngâm thủ công trong bể dung môi để loại bỏ nhựa dư.

Các giải pháp chuyên nghiệp như Form Wash và Form Wash L tự động hóa quá trình hậu xử lý SLA. Chi tiết có thể được chuyển trực tiếp từ máy in sang Form Wash/Form Wash L, nơi dung môi được khuấy quanh chi tiết để làm sạch và tự động nâng chi tiết ra khỏi bồn dung môi khi hoàn tất.

Sau khi chi tiết đã khô, một số vật liệu SLA yêu cầu post-curing, giúp chi tiết đạt độ bền và ổn định tối đa. Quá trình này cũng có thể được tự động hóa bằng các thiết bị như Form Cure và Form Cure L.

Việc tháo vật liệu hỗ trợ cho chi tiết SLA cần cắt bỏ cấu trúc hỗ trợ và chà nhám nhẹ để loại bỏ dấu vết. Công nghệ của Formlabs cung cấp vật liệu hỗ trợ nhẹ (light-touch supports), cho phép tách toàn bộ chi tiết khỏi cơ sở hỗ trợ trong vài giây, để lại dấu vết tối thiểu và giảm thời gian hậu xử lý. Các tính năng hỗ trợ bổ sung và cài đặt trong PreForm, bao gồm hỗ trợ dạng bó (bundled supports), giúp tối ưu vị trí đặt vật liệu hỗ trợ, giảm tối đa công việc tháo bỏ hỗ trợ.

Bảo trì (Maintenance)

Máy PolyJet thường yêu cầu bảo trì nhiều hơn so với một máy SLA tiêu chuẩn. Sau mỗi lần sử dụng, bạn cần vệ sinh đầu in, khay in và con lăn. Ngoài ra, cần vệ sinh đèn UV và gạt hàng ngày và thực hiện các kiểm tra định kỳ để đảm bảo máy luôn hoạt động ổn định.

Máy in Material Jetting cũng thường yêu cầu lắp đặt tại chỗ và đào tạo vận hành. Quy trình phức tạp và đường cong học tập cao đồng nghĩa rằng hệ thống cần kỹ thuật viên có chuyên môn để vận hành và bảo trì.

Ngược lại, các máy SLA chuyên nghiệp thường không yêu cầu bảo trì định kỳ nhiều. Các cảm biến thông minh trên máy Form 4 Series có khả năng phát hiện mảnh vụn, kiểm soát mức nhựa resin, và nhiều chức năng khác. Hơn nữa, quy trình đơn giản giúp bất kỳ nhân viên nào trong công ty cũng có thể vận hành máy SLA một cách độc lập chỉ sau chưa đầy một giờ đào tạo.

Thể tích in (Build Volume)

Máy PolyJet có nhiều kích thước khác nhau, từ các mẫu để bàn nhỏ đến các máy công nghiệp cỡ lớn, nặng nhiều tấn. Nhờ khác biệt về công nghệ, việc phát triển các máy PolyJet lớn ít phức tạp hơn.

Các máy SLA đầu tiên chủ yếu là máy công nghiệp cỡ lớn, cung cấp thể tích in lớn, nhưng thường đắt hơn PolyJet và có quy trình vận hành phức tạp hơn nhiều. Tuy nhiên, nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ SLA, hiện nay máy SLA có cả dạng để bàn nhỏ gọn và dạng để bàn cỡ lớn, với chi phí thấp hơn nhiều so với PolyJet.

Quy trình SLA ngược (inverted SLA) của các máy để bàn giúp giảm diện tích chiếm chỗ và chi phí, nhưng lực tách lớp lớn hơn gây ra giới hạn về vật liệu và thể tích in, đồng thời yêu cầu cấu trúc hỗ trợ lớn hơn để in thành công các chi tiết cỡ lớn.

Với sự ra đời của Low Force Stereolithography (LFS) trên máy Form 3 thế hệ 3, Formlabs đã tái thiết kế quy trình in nhựa resin để giảm đáng kể lực tác động lên chi tiết trong quá trình in. Các cập nhật bổ sung cho Form 4 Series, bao gồm Release Texture và Flexible Film Tank, tiếp tục giảm lực tách lớp, giúp tốc độ in nhanh hơn và in ổn định hơn.

Đối với in SLA khổ lớn, Form 4L sử dụng công nghệ tương tự Form 4, đồng thời loại bỏ giới hạn kích thước thường cản trở quy trình trên các máy để bàn nhỏ, đồng thời duy trì mức giá cạnh tranh.

Tốc độ in (Printing Speed)

Cả PolyJet và SLA đều được xem là một trong những công nghệ in 3D nhanh nhất.

• Máy PolyJet in nhanh trong khối 5 inch, nhưng đối với các mô hình và bản in lớn hơn, tốc độ in giảm đáng kể vì đầu in phải di chuyển xa hơn, dẫn đến mỗi lớp mất nhiều thời gian hơn để hoàn thành.

• Máy MSLA (Masked SLA) làm đông cứng toàn bộ lớp nhựa cùng lúc, nghĩa là thời gian in một nền in đầy hay một chi tiết riêng lẻ gần như tương đương, giúp người dùng xếp nhiều chi tiết trên nền in mà vẫn đạt tốc độ in nhanh.

• Máy PolyJet cũng có ít giải pháp hậu xử lý tự động, nên dù quá trình in thực tế nhanh, việc hậu xử lý thường chậm hơn và tốn công sức hơn so với SLA.

• Tốc độ in còn phụ thuộc vào vật liệu. Nhựa Fast Model Resin của Formlabs được phát triển để tận dụng công nghệ Form 4 Series, có thể in mô hình nha khoa trong vài phút hoặc nguyên mẫu lớn trong chưa đến hai giờ, với tốc độ hơn 100 mm mỗi giờ.

So sánh tốc độ in: Nguyên mẫu ghế Radio Flyer

Thông số máy in và điều kiện in được so sánh:

• Máy in FDM: Ultimaker S7, PLA, độ dày lớp 100 micron, mật độ infill 20%

• Máy in SLA: Form 4, Fast Model Resin, độ dày lớp 200 micron

PolyJet (Material Jetting) vs. SLA: So sánh trực quan

Mỗi công nghệ in 3D đều có ưu điểm, nhược điểm và yêu cầu riêng, phù hợp với các ứng dụng và doanh nghiệp khác nhau. Bảng dưới đây tóm tắt các đặc tính quan trọng và yếu tố cần cân nhắc khi so sánh PolyJet và SLA.