SLA與DLP 3D打印的差異？

導(dǎo)讀：樹(shù)脂3D打印是用光固化液態(tài)光敏材料的過(guò)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(shù)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(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)。主要區(qū)別在于SLA使用激光光源來(lái)固化樹(shù)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(diǎn)介紹它們各自的打印工藝以及優(yōu)缺點(diǎn)，此外還將介紹每種技術(shù)的幾個(gè)打印機(jī)。



樹(shù)脂打印基礎(chǔ)知識(shí)


△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(shì)。兩者都依賴于光的使用，這個(gè)光通常在光譜的紫外線區(qū)域（365-405 nm），也有些打印機(jī)使用可見(jiàn)光來(lái)固化光敏樹(shù)脂。技術(shù)的原理簡(jiǎn)而言之就是利用激光或投影儀在樹(shù)脂中繪制圖像，使液體硬化。在討論樹(shù)脂如何固化之前，有必要先討論一下什么是樹(shù)脂？

3D 打印樹(shù)脂通常由環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸和甲基丙烯酸單體組成，這些單體在光照下會(huì)聚合并硬化，這個(gè)過(guò)程稱為交聯(lián)。當(dāng)光線照射在樹(shù)脂桶上，形成構(gòu)成每一層的特定形狀或圖案時(shí)，一個(gè)固體物體就形成了。根據(jù)特定的樹(shù)脂，其特性可能有很大差異，從柔軟的橡膠狀材料到非常堅(jiān)硬或高溫的材料。使用樹(shù)脂打印的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高精度，該過(guò)程幾乎完美地再現(xiàn)了每一層所需的圖像。樹(shù)脂打印的主要缺點(diǎn)是樹(shù)脂本身，因?yàn)樗�比�?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(kāi)發(fā)，是最初的3D打印技術(shù)。該術(shù)語(yǔ)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(ài)好者和專業(yè)人士使用。SLA 打印將激光束穿過(guò)樹(shù)脂表面以固化一層，SLA系統(tǒng)通常將激光束定位在樹(shù)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(wú)論哪種方式，SLA 打印過(guò)程都會(huì)在 X 軸和 Y 軸上使用稱為檢流計(jì)的鏡子選擇性地逐層固化物體的橫截面。激光器由計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)器打開(kāi)和關(guān)閉，確保樹(shù)脂在正確的位置受到光照射。當(dāng)每一層固化時(shí)，它會(huì)向上移動(dòng)，為下一層液體騰出空間。激光點(diǎn)的功率必須足以啟動(dòng)光聚合物內(nèi)的交聯(lián)過(guò)程，目前市場(chǎng)中的大多數(shù)固態(tài)激光器都能輕松實(shí)現(xiàn)，總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)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(shì)劣勢(shì)


△通過(guò) SLA 實(shí)現(xiàn)的精確細(xì)節(jié)

SLA 打印的最大優(yōu)勢(shì)是激光可以實(shí)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(diǎn)，因?yàn)楣袒�每一層需要更長(zhǎng)的時(shí)間。同時(shí)，由于激光在特定波長(zhǎng)下工作，并且樹(shù)脂的固化效果取決于波長(zhǎng)，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(jī)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(jué)投影系統(tǒng)，后來(lái)經(jīng)過(guò)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(chǎng)，第一個(gè)商業(yè)系統(tǒng)才出現(xiàn)。該打印過(guò)程不使用激光，而是使用數(shù)字光投影儀來(lái)曝光每層的單個(gè)圖像，光線由數(shù)字微鏡器件 (DMD)引導(dǎo)，而不是檢流計(jì)。DMD 位于光線和樹(shù)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(lái)進(jìn)行光聚合物的實(shí)際固化。它們的開(kāi)和關(guān)狀態(tài)是單獨(dú)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(huì)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(jī)的固化能力就越弱。如今，DLP 機(jī)器的質(zhì)量因光源功率、所經(jīng)過(guò)的鏡頭以及 DMD 質(zhì)量的差異而差異很大，價(jià)格從 300 美元到 20 萬(wàn)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(shù)脂中以立即形成整個(gè)圖像。這使得該過(guò)程更快，但也會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。然而，隨著 DLP 曝光系統(tǒng)在過(guò)去幾十年中取得了顯著進(jìn)步，這已不再是一個(gè)問(wèn)題。

優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)


△用 DLP 打印機(jī)打印出來(lái)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(shì)在于它能夠一次性固化整個(gè)層，打印速度并不由模型的大小決定，整個(gè)打印床可以暴露在投影儀光線下，這與 SLA 不同，SLA 中單個(gè)激光需要穿過(guò)零件的橫截面。但是，激光在SLA系統(tǒng)中移動(dòng)得相當(dāng)快，因此中小型物體的打印速度比DLP機(jī)器更快。然而，對(duì)于大型模型和，DLP 更具有優(yōu)勢(shì)。

DLP 系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們通常比 SLA 機(jī)器更具成本效益并且更易于校準(zhǔn)。相比之下，SLA 機(jī)器通常需要送至制造商進(jìn)行維修。然而，與 SLA 機(jī)器相比，DLP 系統(tǒng)的構(gòu)建量往往較小。這是因?yàn)楦�大的�?gòu)建體積需要更大的距離，而距離太大會(huì)導(dǎo)致 DLP 打印機(jī)的分辨率變得太低。雖然配置正確時(shí)這并不是一個(gè)缺點(diǎn)，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(jī)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(jī)器相比，圖像質(zhì)量可能較低且不流暢。這是因?yàn)樵摬考�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(wú)法分辨出差異。

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

無(wú)論是 DLP 還是基于激光的系統(tǒng)，機(jī)器的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)，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(jiàn)光固化打印機(jī)

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

有些 LCD 會(huì)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?yàn)闆](méi)有紅色、綠色和藍(lán)色濾光片。LCD 系統(tǒng)的價(jià)格要便宜得多，這使其成為愛(ài)好機(jī)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(jiàn)光譜中固化，這使得它們可以使用標(biāo)準(zhǔn) LCD 來(lái)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(jiǎn)單細(xì)分：

SLA
●單束激光穿過(guò)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(jià)格更高

DLP
●整個(gè)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(ài)好者

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


△來(lái)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(jī)，F(xiàn)ormlabs 是業(yè)內(nèi)最知名的品牌之一。該機(jī)器是自下而上的，使用激光二極管。最新版本采用簡(jiǎn)化的單軸檢流計(jì)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(jià)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(jī)器的另一個(gè)例子是來(lái)自中國(guó) Magforms 的Helios-P600 。這款巨大的打印機(jī)具有可變激光束尺寸，該公司聲稱可以將打印時(shí)間減少多達(dá) 50%。這款打印機(jī)比大多數(shù)樹(shù)脂打印機(jī)都要大，顯然是針對(duì)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(jí)光聚合物兼容。系統(tǒng)是開(kāi)放的，所以用戶可以選擇你喜歡的任何材料。



●價(jià)格： 69,000 美元
●目標(biāo)：商業(yè)
●材料：開(kāi)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(ài)好者的出色 DLP 打印機(jī)

Anycubic的Photon D2是一款低成本 DLP 打印機(jī)。該機(jī)器采用德州儀器 (TI) DMD，采用抗鋸齒功能，并聲稱在整個(gè)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(jià)位，它是一款出色的 DLP 打印入門機(jī)，用戶可以在家中使用它。



●價(jià)格： 499 美元
●目標(biāo)：家庭使用
●材質(zhì)： Anycubic 系列 + 開(kāi)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(jī)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(duì)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(wú)縫配合。該機(jī)器的價(jià)格較高，更適合商業(yè)使用。如果您正在尋找專業(yè)打印機(jī)，則可以考慮這款打印機(jī)。

●價(jià)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