3D打印機知識科普：DLP與SLA 哪種好？

立體光(guang)刻（SLA）和(he)數(shu)字光(guang)處理（DLP）3D打印機的原(yuan)理相(xiang)同，都是通過紫外光(guang)照射光(guang)敏樹脂(zhi)固化成型，但工作的方式和(he)過程不同，本文我(wo)們將深入研究兩者的差異。

       在(zai)眾多的3D打印技(ji)術(shu)里，SLA和(he)DLP是公認的可以在(zai)模(mo)型復雜性和(he)精度方面達到最高標(biao)準(zhun)的技(ji)術(shu)，使用的光敏樹脂(zhi)通常由環氧樹脂(zhi)、丙烯酸(suan)或甲基丙烯酸(suan)單體組成，這類(lei)液態樹脂(zhi)在(zai)波長380-405納米的紫外光照射下(xia)會(hui)聚(ju)合和(he)硬化，逐層構建出具有超高表面質量和(he)精度的模(mo)型，廣泛應用珠寶(bao)蠟(la)模(mo)、牙科(ke)義齒以及(ji)精密(mi)復雜工業零件(jian)或手板的制造。

▲SLA和DLP 3D打印機原理
       SLA 3D打印機
       Stereolithography（SLA）是(shi)最古老的(de)3D打印技術(shu)形式(shi)之(zhi)一，可追溯(su)到(dao)20世紀80年代早期，SLA 3D打印機(ji)的(de)激光器有兩種(zhong)設計：位于(yu)料槽上(shang)方(fang)或下(xia)方(fang)，激光不是(shi)直接照射到(dao)液態樹脂(zhi)上(shang)，而是(shi)從快速移動(dong)的(de)反(fan)射鏡檢測器偏轉。通過(guo)X和Y軸方(fang)向的(de)移動(dong)，該反(fan)射系統可以將光束引(yin)導到(dao)適當的(de)點(dian)，定點(dian)誘導樹脂(zhi)單體(ti)的(de)聚合。

       根據設(she)計的(de)程序(xu)由(you)點到面(mian)完(wan)成(cheng)一(yi)層(ceng)特定(ding)的(de)形狀和圖(tu)像的(de)構建之后，成(cheng)型平(ping)臺會(hui)向原理激光器(qi)的(de)方向移動一(yi)層(ceng)高度，從(cong)而繼續下一(yi)層(ceng)的(de)固(gu)化。

       DLP 3D打印機
       用(yong)以(yi)3D打(da)印(yin)的(de)數字光處理技(ji)術（DLP）源于(yu)(yu)20世紀(ji)80年代(dai)末美國德(de)州儀(yi)器公司推出的(de)圖像(xiang)投影技(ji)術，與SLA的(de)點狀投射不(bu)同， DLP 3D打(da)印(yin)機可(ke)投射并聚合一(yi)(yi)整層，當(dang)光線(xian)照射到(dao)樹(shu)脂上時，它(ta)不(bu)會像(xiang)SLA那樣局限于(yu)(yu)單個光斑，而是整個層一(yi)(yi)次形成。

       在這個過程里(li)，投影的(de)圖案對于實(shi)現每(mei)層(ceng)的(de)期望形狀至關重要，圖像話是通過由數字微鏡原件（DMD）實(shi)現的(de)，他(ta)是一種動態(tai)掩膜，由一系列微米(mi)級(ji)尺寸旋轉(zhuan)反射鏡組成(cheng)，這允(yun)許液態(tai)樹脂(zhi)在層(ceng)內的(de)不同位置處被(bei)差異照射和(he)聚合(he)。

       現代(dai)DLP投影儀通(tong)常具有數千個微(wei)米尺(chi)寸(cun)的(de)LED作為光(guang)源(yuan)，它(ta)們的(de)“開”和“關”狀態是單獨控制的(de)，可(ke)以提(ti)高XY分辨率。近年也出現了一(yi)些DLP 3D打印機(ji)，使用LCD液晶屏代(dai)替DMD，顯(xian)著降低(di)了設(she)備價格，例如LD-001 3D打印機(ji)。

       DLP和SLA D打印機耗材的區別
       DLP 和SLA的原理和工作模式(shi)大(da)同小異，但他(ta)們使用的耗材不一定是可以通用的，因為兩種技術的光源的功率(lv)密(mi)度差異較(jiao)大(da)。但由于組成相似，打印出的部件在(zai)性能(neng)相差不大(da)。

       光敏樹脂主要由(you)齊(qi)聚物(wu)、光引發(fa)劑、稀釋(shi)劑組成，其中(zhong)光引發(fa)劑通過吸收光能后，形成一(yi)些活(huo)性物(wu)質(zhi)如自由(you)基或陽離子從而引發(fa)聚合反應。齊(qi)聚物(wu)分子大小可用以調整固(gu)化聚合物(wu)的(de)剛度(du)，短鏈單體(ti)(ti)通常產(chan)生(sheng)較硬的(de)物(wu)體(ti)(ti)，而長(chang)鏈單體(ti)(ti)允(yun)許更多的(de)柔(rou)韌性。

       由此產生(sheng)的(de)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)(neng)差異，是各種成型(xing)技術(shu)的(de)熱門討論主(zhu)題，例如FDM 3D打印機(ji)的(de)打印部件(jian)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)(neng)各項異性(xing)，在不(bu)(bu)同(tong)的(de)方(fang)向施加(jia)載荷時，他們顯示出不(bu)(bu)同(tong)的(de)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)(neng)。與FDM不(bu)(bu)同(tong)，SLA和DLP都不(bu)(bu)具有廣泛的(de)各向異性(xing)，其性(xing)能(neng)(neng)更(geng)像模具注塑(su)件(jian)。

了解了這兩種技術后，您可能想知道哪種技術更好，其實這主要取決于您的要求：
       1、3D打印機精度
       如果(guo)將準確性(xing)和分(fen)(fen)辨(bian)率放在(zai)首(shou)位，很多人會認(ren)為(wei)SLA 3D打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)是首(shou)選，但這個答案正在(zai)發生變化。 SLA和DLP3D打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)的(de)(de)市場非常不同(tong)，特(te)別是對于(yu)DLP 3D打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)。在(zai)過去，消費(fei)級SLA打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)可輕松實(shi)現(xian)25微米的(de)(de)Z分(fen)(fen)辨(bian)率，而許多DLP打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)難(nan)以達到50微米以下。但最新(xin)的(de)(de)技術進展使得DLP成為(wei)最高(gao)精(jing)度(du)的(de)(de)競爭者，Kudo3D、Gizmo 、創想三(san)維的(de)(de)DLP 3D打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)，已經在(zai)X，Y和Z軸上具有超高(gao)精(jing)度(du)，已經甩開(kai)了(le)目前中高(gao)端SLA 3D打(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)。

       另一方面，由于DLP 3D打(da)印機使(shi)用(yong)像(xiang)素化(hua)的光(guang)照射，過去在(zai)(zai)層邊緣處顯示看起來像(xiang)“階(jie)梯(ti)臺階(jie)”的細微偽影。但近年(nian)這個問(wen)題已經正在(zai)(zai)改(gai)善，創想三維的DP-002 光(guang)固化(hua)3D打(da)印機，通過像(xiang)素位移和(he)抗鋸齒補(bu)償算法減輕這種影響，使(shi)得(de)模型表面更光(guang)滑和(he)細膩(ni)。

       2、3D打印機速度
       SLA和DLP之(zhi)(zhi)間最大的(de)區別之(zhi)(zhi)一就(jiu)是(shi)速(su)度，由于其(qi)聚(ju)合(he)方法(fa)是(shi)點(dian)狀的(de)，SLA通(tong)常(chang)非常(chang)慢。加快SLA 3D打印機在填(tian)充區域的(de)成(cheng)型速(su)度，可以節(jie)省打印時間，但是(shi)非常(chang)有限，并且有可能影響整體強(qiang)度，需要固化后期(qi)處理。

       DLP 3D打印(yin)機的則(ze)允許一(yi)次(ci)固(gu)化(hua)層的整個表面(mian)，在輪廓(kuo)和內部區(qu)域之(zhi)間沒有(you)區(qu)別，后固(gu)化(hua)不是必需的。例(li)如，對于相同(tong)的3D模型文件，使用DLP 3D打印(yin)機需要30分鐘(zhong)，而SLA3D打印(yin)機需要4個小時(shi)。

       3、工作穩定性
       對于(yu)需(xu)要將光(guang)(guang)固化(hua)3D打印(yin)機(ji)用以批(pi)(pi)量制(zhi)造(zao)，設備的(de)可(ke)靠性和成品的(de)一致性是重要因數，光(guang)(guang)固化(hua)3D打印(yin)機(ji)用以批(pi)(pi)量制(zhi)造(zao)，相對于(yu)SLA，DLP 3D打印(yin)機(ji)的(de)移動部(bu)件(jian)更少，因此(ci)，它的(de)故障發生(sheng)率更低，并且可(ke)以保持(chi)穩定的(de)打印(yin)模型。

       兩種光(guang)固化3D打(da)(da)印機是復(fu)雜(za)的(de)設(she)備(bei)，包含大量的(de)電子元件(jian)和操作所需的(de)光(guang)學元件(jian)，維(wei)護和相(xiang)關成本(ben)都比(bi)較高。特別是SLA 3D打(da)(da)印機，由于其(qi)復(fu)雜(za)的(de)結(jie)構，如果發生(sheng)故障或零件(jian)需要更換(huan)，必(bi)須要專業人員才行。另外，系統(tong)的(de)校準是必(bi)要的(de)，并且通(tong)常這只(zhi)能由專業人員正(zheng)確完成，這可能意(yi)味著(zhu)打(da)(da)印機需要運回3D打(da)(da)印機制造商。 相(xiang)對來說，DLP具有(you)更簡單的(de)組件(jian)。

       4、打印尺寸
       DLP 3D打(da)印(yin)機(ji)作為更新(xin)的(de)(de)技(ji)術，在(zai)速度和(he)精度上的(de)(de)優勢(shi)(shi)明顯，具有更高(gao)的(de)(de)性(xing)價比。但盡管DLP 3D打(da)印(yin)機(ji)具有眾多的(de)(de)優勢(shi)(shi)，目前它并不能淘汰SLA 3D打(da)印(yin)機(ji)，原因正(zheng)是(shi)最大打(da)印(yin)尺寸。

       由于(yu)DLP 采用(yong)像素化投(tou)影(ying)，打(da)印(yin)(yin)尺(chi)(chi)寸(cun)受投(tou)影(ying)儀(yi)或LCD液晶屏的(de)制約，盡管最大成型(xing)尺(chi)(chi)寸(cun)在不(bu)斷(duan)提升，但是(shi)有限的(de)，DLP 3D打(da)印(yin)(yin)機比(bi)較適合牙科(ke)、珠寶(bao)等中小型(xing)的(de)零件和(he)(he)手板。而SLA則不(bu)同，理論上他的(de)成型(xing)尺(chi)(chi)寸(cun)跟FDM 3D打(da)印(yin)(yin)機一樣，可以無(wu)限大。這(zhe)也(ye)是(shi)前(qian)文所(suo)說的(de)，DLP和(he)(he)SLA的(de)選擇取決于(yu)需求和(he)(he)應用(yong)場景的(de)關(guan)鍵原因。

       最后，關于光固化技術，目前世界各地的實驗室正在開發什么？
       1、新型雙光子固化技術（2PP）
       在(zai)目前的(de)(de)SLA和(he)DLP 3D打印機中，聚(ju)(ju)合(he)光(guang)(guang)敏樹脂的(de)(de)是(shi)(shi)單個(ge)光(guang)(guang)子(zi)(zi)。目前，一種稱為雙光(guang)(guang)子(zi)(zi)聚(ju)(ju)合(he)（2PP）的(de)(de)新型激光(guang)(guang)輻射主要用(yong)于研(yan)究和(he)高端應用(yong)，它(ta)利用(yong)兩個(ge)激光(guang)(guang)脈沖(chong)在(zai)空(kong)間中的(de)(de)交叉點固化樹脂，由(you)于該過程的(de)(de)非(fei)線(xian)性特性，可以實現大約(yue)0.1μm的(de)(de)分辨率(lv)。這是(shi)(shi)通過控(kong)制(zhi)激光(guang)(guang)脈沖(chong)能量和(he)脈沖(chong)頻率(lv)來完成的(de)(de)，該技術遠不是(shi)(shi)普(pu)通消費(fei)者所(suo)使用(yong)的(de)(de)技術，但代表(biao)著(zhu)更高標準(zhun)的(de)(de)開始。

       2、光敏樹脂的未來
       3D打印(yin)(yin)機(ji)的性能并不能代表一切(qie)，材料的進步是(shi)另外一個(ge)促(cu)進3D打印(yin)(yin)發(fa)展(zhan)的至關重要的因數(shu)。目前SLA和DLP的3D打印(yin)(yin)耗材盡管正在豐富(fu)，但是(shi)相(xiang)對其他技術（如FDM）來說還是(shi)非(fei)常單(dan)薄(bo)。

▲記憶柔性樹脂

       其(qi)中比(bi)較有前景(jing)的(de)(de)方式是，將具有不同性(xing)質(zhi)的(de)(de)顆(ke)粒與樹脂(zhi)(zhi)混合(he)(he)的(de)(de)復合(he)(he)材(cai)料(liao)，例如由納(na)米顆(ke)粒制成(cheng)的(de)(de)填料(liao)似(si)乎有點前景(jing)可(ke)改善的(de)(de)機械和物理性(xing)質(zhi)方面。目前，重(zhong)要的(de)(de)研究工作是針對擴展3D打印樹脂(zhi)(zhi)的(de)(de)范圍，包括具有導(dao)電(dian)性(xing)和導(dao)熱性(xing)，磁(ci)性(xing)和抗菌性(xing)的(de)(de)聚合(he)(he)物，同時調整(zheng)其(qi)機械特性(xing)。