SLA與DLP 3D打印的差異？

導(dǎo)讀：樹脂3D打印是用光固化液態(tài)光敏材料的過程，它是最古老的3D打印形式之一，并且能生產(chǎn)出具有高精度細(xì)節(jié)水平的最佳質(zhì)量打印件。如今，樹脂打印已經(jīng)有有多種不同類型的打印技術(shù)，但其中最主要的技術(shù)是立體光刻 (SLA)和數(shù)字光處理 (DLP)。這兩種類型以不同的方式實現(xiàn)相同的目標(biāo)。主要區(qū)別在于SLA使用激光光源來固化樹脂，而DLP使用投影系統(tǒng)。在下文，南極熊將探討SLA和DLP之間的異同，重點介紹它們各自的打印工藝以及優(yōu)缺點，此外還將介紹每種技術(shù)的幾個打印機。



樹脂打印基礎(chǔ)知識


△采用 SLA 技術(shù)打印的零件

在 3D 打印工藝中，SLA 和 DLP 在零件復(fù)雜性和精度方面有很高的優(yōu)勢。兩者都依賴于光的使用，這個光通常在光譜的紫外線區(qū)域（365-405 nm），也有些打印機使用可見光來固化光敏樹脂。技術(shù)的原理簡而言之就是利用激光或投影儀在樹脂中繪制圖像，使液體硬化。在討論樹脂如何固化之前，有必要先討論一下什么是樹脂？

3D 打印樹脂通常由環(huán)氧樹脂或丙烯酸和甲基丙烯酸單體組成，這些單體在光照下會聚合并硬化，這個過程稱為交聯(lián)。當(dāng)光線照射在樹脂桶上，形成構(gòu)成每一層的特定形狀或圖案時，一個固體物體就形成了。根據(jù)特定的樹脂，其特性可能有很大差異，從柔軟的橡膠狀材料到非常堅硬或高溫的材料。使用樹脂打印的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)高精度，該過程幾乎完美地再現(xiàn)了每一層所需的圖像。樹脂打印的主要缺點是樹脂本身，因為它比標(biāo)準(zhǔn)熔融沉積成型 (FDM)材料更難使用，材料的復(fù)雜性較高，材料的范圍也較窄。

SLA

△SLA 流程

SLA于1986年開發(fā)，是最初的3D打印技術(shù)。該術(shù)語由3D Systems創(chuàng)始人 Chuck Hull 創(chuàng)造。這是第一家將打印工藝商業(yè)化的公司，如今它被業(yè)余愛好者和專業(yè)人士使用。SLA 打印將激光束穿過樹脂表面以固化一層，SLA系統(tǒng)通常將激光束定位在樹脂上方，以自上而下的方向投射激光。也有一些系統(tǒng)都采用自下而上的形式。

無論哪種方式，SLA 打印過程都會在 X 軸和 Y 軸上使用稱為檢流計的鏡子選擇性地逐層固化物體的橫截面。激光器由計算機控制的驅(qū)動器打開和關(guān)閉，確保樹脂在正確的位置受到光照射。當(dāng)每一層固化時，它會向上移動，為下一層液體騰出空間。激光點的功率必須足以啟動光聚合物內(nèi)的交聯(lián)過程，目前市場中的大多數(shù)固態(tài)激光器都能輕松實現(xiàn)，總的來說，這個過程能夠產(chǎn)生了很好的打印結(jié)果并且可靠性較高。

優(yōu)勢劣勢


△通過 SLA 實現(xiàn)的精確細(xì)節(jié)

SLA 打印的最大優(yōu)勢是激光可以實現(xiàn)高精度，激光器發(fā)射一條連續(xù)的固化材料線，可產(chǎn)生非常光滑的表面光潔度。與DLP打印相比，線曝光也是其最大的缺點，因為固化每一層需要更長的時間。同時，由于激光在特定波長下工作，并且樹脂的固化效果取決于波長，因此它也在一定程度上也限制了第三方材料的使用，大多數(shù)基于激光的機器還配備了自己的材料系列。


DLP

△DLP 流程概述

DLP打印技術(shù)由德州儀器 (TI)的拉里·霍恩貝克 (Larry Hornbeck) 發(fā)明，用作媒體應(yīng)用的視覺投影系統(tǒng)，后來經(jīng)過修改用于光聚合物打印。該公司于1987年創(chuàng)建了 DLP，但直到1997年，一家名為Digital Projection Ltd 的公司將其推向市場，第一個商業(yè)系統(tǒng)才出現(xiàn)。該打印過程不使用激光，而是使用數(shù)字光投影儀來曝光每層的單個圖像，光線由數(shù)字微鏡器件 (DMD)引導(dǎo)，而不是檢流計。DMD 位于光線和樹脂之間，它管理所有鏡子的旋轉(zhuǎn)，以在構(gòu)建表面上形成正確的圖像。

大多數(shù)現(xiàn)代光引擎使用發(fā)光二極管 (LED) 來進(jìn)行光聚合物的實際固化。它們的開和關(guān)狀態(tài)是單獨控制的，并允許提高 XY 分辨率。與所有投影系統(tǒng)一樣，圖像只會在投影儀鏡頭與其投影平面之間的特定距離（稱為焦距）處形成。距離越遠(yuǎn)，投影機的固化能力就越弱。如今，DLP 機器的質(zhì)量因光源功率、所經(jīng)過的鏡頭以及 DMD 質(zhì)量的差異而差異很大，價格從 300 美元到 20 萬美元不等。

DLP 打印與 SLA 的不同之處在于，DLP 打印將像素投影到樹脂中以立即形成整個圖像。這使得該過程更快，但也會對圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。然而，隨著 DLP 曝光系統(tǒng)在過去幾十年中取得了顯著進(jìn)步，這已不再是一個問題。

優(yōu)勢劣勢


△用 DLP 打印機打印出來的向日葵

與基于激光的SLA系統(tǒng)相比，DLP系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于它能夠一次性固化整個層，打印速度并不由模型的大小決定，整個打印床可以暴露在投影儀光線下，這與 SLA 不同，SLA 中單個激光需要穿過零件的橫截面。但是，激光在SLA系統(tǒng)中移動得相當(dāng)快，因此中小型物體的打印速度比DLP機器更快。然而，對于大型模型和，DLP 更具有優(yōu)勢。

DLP 系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是它們通常比 SLA 機器更具成本效益并且更易于校準(zhǔn)。相比之下，SLA 機器通常需要送至制造商進(jìn)行維修。然而，與 SLA 機器相比，DLP 系統(tǒng)的構(gòu)建量往往較小。這是因為更大的構(gòu)建體積需要更大的距離，而距離太大會導(dǎo)致 DLP 打印機的分辨率變得太低。雖然配置正確時這并不是一個缺點，但圖像質(zhì)量是基于投影儀將圖像精確地投射到其焦距上，精度較低。


△此打印由 Elegoo Mars 4 DLP 打印機提供

由于系統(tǒng)是基于像素的，因此圖像質(zhì)量取決于 DMD 的分辨率。根據(jù)系統(tǒng)的不同，與 SLA 機器相比，圖像質(zhì)量可能較低且不流暢。這是因為該部件以像素形式固化，而不是像激光系統(tǒng)那樣以連續(xù)線形式固化。然而，在現(xiàn)代系統(tǒng)上，除非仔細(xì)檢查，否則應(yīng)該無法分辨出差異。

在 DLP 系統(tǒng)中，在整個固化平面上實現(xiàn)一致的能量密度更加困難。有時，必須預(yù)先修改圖層圖像以解決此問題。光源必須覆蓋 DMD 芯片的表面，而不僅僅是空間中的單個點，從而確保每個像素獲得相同的光強度比保持激光強度一致更困難。這部分已在系統(tǒng)在工廠調(diào)試時完成，因此用戶通常無需擔(dān)心。然而，它確實使抗鋸齒等圖像處理技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，因為它們通常會改變圖像亮度以實現(xiàn)平滑的外觀。

無論是 DLP 還是基于激光的系統(tǒng)，機器的運動都可以是相同的。這些圖像源僅影響每層固化的圖像質(zhì)量。根據(jù)光源的波長，DLP 和 SLA 系統(tǒng)可以使用相同的材​​料。兩種工藝的后處理均遵循相同的清洗步驟，但高功率 DLP 系統(tǒng)所需的后固化量可能較少。

基于 LCD 的系統(tǒng)


△Photocentric 的可見光固化打印機

值得注意的是，基于 LCD (mSLA) 的打印機經(jīng)常與 DLP 機器進(jìn)行比較。LCD打印機也能夠一次固化整個層，使用 LED 作為光源。DLP 系統(tǒng)通常被認(rèn)為是優(yōu)越的，因為與 LCD 屏幕相比，它具有更高的透光率。換句話說，投影儀傳輸?shù)?LED 光比通過 LCD 屏幕的光多得多。

有些 LCD 會阻擋高達(dá) 80% 的 LED 能量，但使用單色 LCD 的現(xiàn)代系統(tǒng)效率要高得多，因為沒有紅色、綠色和藍(lán)色濾光片。LCD 系統(tǒng)的價格要便宜得多，這使其成為愛好機器中使用最廣泛的技術(shù)之一。一些基于 LCD 的系統(tǒng)在可見光譜中固化，這使得它們可以使用標(biāo)準(zhǔn) LCD 來達(dá)到很好的效果，例如Photocentric 的Magna。

以下是 SLA 和 DLP 之間主要差異的簡單細(xì)分：

SLA
●單束激光穿過零件的橫截面
●提供更詳細(xì)的打印
●構(gòu)建體積并不決定分辨率
●價格更高

DLP
●整個打印床暴露在光源下
●與 SLA 不同，打印速度不依賴于模型尺寸
●構(gòu)建體積越大意味著分辨率越低
●更適合愛好者

打印機
上文已經(jīng)討論了 SLA 和 DLP 打印技術(shù)并對它們進(jìn)行了比較，接下來讓我們看一些打印機示例。


△來自 Formlabs Form 3+ 的令人印象深刻的打印

SLA :

Form 3+
Form 3+是Formlabs的 SLA 打印機，F(xiàn)ormlabs 是業(yè)內(nèi)最知名的品牌之一。該機器是自下而上的，使用激光二極管。最新版本采用簡化的單軸檢流計系統(tǒng)，使其更具成本效益，并且由于固化聚合物從缸中釋放的方式，它可以打印更大的區(qū)域。



●價格： 2,500 美元（翻新單位 2,000 美元）
●目標(biāo)：企業(yè)和產(chǎn)消者
●材料： 30+
●構(gòu)建體積： 145 x 145 x 185 毫米

Helios
值得一提的 SLA 機器的另一個例子是來自中國 Magforms 的Helios-P600 。這款巨大的打印機具有可變激光束尺寸，該公司聲稱可以將打印時間減少多達(dá) 50%。這款打印機比大多數(shù)樹脂打印機都要大，顯然是針對商業(yè)和專業(yè)用途。它使用 355 nm 激光光源，因此與大多數(shù)工業(yè)級光聚合物兼容。系統(tǒng)是開放的，所以用戶可以選擇你喜歡的任何材料。



●價格： 69,000 美元
●目標(biāo)：商業(yè)
●材料：開放
●構(gòu)建體積： 1,490 × 1,580 × 1,970 毫米

DLP:

Photon D2


△Anycubic Photon D2 是一款適合愛好者的出色 DLP 打印機

Anycubic的Photon D2是一款低成本 DLP 打印機。該機器采用德州儀器 (TI) DMD，采用抗鋸齒功能，并聲稱在整個圖像平面上具有 92% 的出色能量密度均勻性。它的分辨率為 2,560 x 1,440，并使用 15 W 光源，因此它應(yīng)該以高細(xì)節(jié)水平快速固化構(gòu)建平面�？紤]到它的價位，它是一款出色的 DLP 打印入門機，用戶可以在家中使用它。



●價格： 499 美元
●目標(biāo)：家庭使用
●材質(zhì)： Anycubic 系列 + 開放材質(zhì)
●構(gòu)建體積： 131 x 73 x 165 毫米

Figure 4



3D Systems 的Figure 4是一款以業(yè)務(wù)為中心的 DLP 機器，通常用于模具生產(chǎn)，具有很高的可靠性，但它的分辨率相對較低，僅為 1,080 像素。但這并不妨礙它制作出出色的打印品，而且他們的軟件非常棒。與 Formlabs 非常相似，3D Systems 有多種材料可供選擇，所有這些材料都可以與其設(shè)備無縫配合。該機器的價格較高，更適合商業(yè)使用。如果您正在尋找專業(yè)打印機，則可以考慮這款打印機。

●價格： 20,000 美元
●目標(biāo)：商業(yè)
●構(gòu)建體積： 124.8 x 70.2 x 196 毫米