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3D打印機知識科普:DLP與SLA 哪種好?

立體光刻(SLA)和數字光處理(DLP)3D打印機的原理相同,都是通過紫外光照射光敏樹脂固化成型,但工作的方式和過程不同,本文我們將深入研究兩者的差異。

       在眾多的3D打印技術里,SLA和DLP是公認的可以在模型復雜性和精度方面達到最高標準的技術,使用的光敏樹脂通常由環氧樹脂、丙烯酸或甲基丙烯酸單體組成,這類液態樹脂在波長380-405納米的紫外光照射下會聚合和硬化,逐層構建出具有超高表面質量和精度的模型,廣泛應用珠寶蠟模、牙科義齒以及精密復雜工業零件或手板的制造。

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▲SLA和DLP 3D打印機原理
       SLA 3D打印機
       Stereolithography(SLA)是最古老的3D打印技術形式之一,可追溯到20世紀80年代早期,SLA 3D打印機的激光器有兩種設計:位于料槽上方或下方,激光不是直接照射到液態樹脂上,而是從快速移動的反射鏡檢測器偏轉。通過X和Y軸方向的移動,該反射系統可以將光束引導到適當的點,定點誘導樹脂單體的聚合。

       根據設計的程序由點到面完成一層特定的形狀和圖像的構建之后,成型平臺會向原理激光器的方向移動一層高度,從而繼續下一層的固化。

       DLP 3D打印機
       用以3D打印的數字光處理技術(DLP)源于20世紀80年代末美國德州儀器公司推出的圖像投影技術,與SLA的點狀投射不同, DLP 3D打印機可投射并聚合一整層,當光線照射到樹脂上時,它不會像SLA那樣局限于單個光斑,而是整個層一次形成。

       在這個過程里,投影的圖案對于實現每層的期望形狀至關重要,圖像話是通過由數字微鏡原件(DMD)實現的,他是一種動態掩膜,由一系列微米級尺寸旋轉反射鏡組成,這允許液態樹脂在層內的不同位置處被差異照射和聚合。


       現代DLP投影儀通常具有數千個微米尺寸的LED作為光源,它們的“開”和“關”狀態是單獨控制的,可以提高XY分辨率。近年也出現了一些DLP 3D打印機,使用LCD液晶屏代替DMD,顯著降低了設備價格,例如LD-001 3D打印機。

       DLP和SLA D打印機耗材的區別
       DLP 和SLA的原理和工作模式大同小異,但他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密度差異較大。但由于組成相似,打印出的部件在性能相差不大。

       光敏樹脂主要由齊聚物、光引發劑、稀釋劑組成,其中光引發劑通過吸收光能后,形成一些活性物質如自由基或陽離子從而引發聚合反應。齊聚物分子大小可用以調整固化聚合物的剛度,短鏈單體通常產生較硬的物體,而長鏈單體允許更多的柔韌性。

       由此產生的機械性能差異,是各種成型技術的熱門討論主題,例如FDM 3D打印機的打印部件機械性能各項異性,在不同的方向施加載荷時,他們顯示出不同的機械性能。與FDM不同,SLA和DLP都不具有廣泛的各向異性,其性能更像模具注塑件。


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
       如果將準確性和分辨率放在首位,很多人會認為SLA 3D打印機是首選,但這個答案正在發生變化。 SLA和DLP3D打印機的市場非常不同,特別是對于DLP 3D打印機。在過去,消費級SLA打印機可輕松實現25微米的Z分辨率,而許多DLP打印機難以達到50微米以下。但最新的技術進展使得DLP成為最高精度的競爭者,Kudo3D、Gizmo 、創想三維的DLP 3D打印機,已經在X,Y和Z軸上具有超高精度,已經甩開了目前中高端SLA 3D打印機。

       另一方面,由于DLP 3D打印機使用像素化的光照射,過去在層邊緣處顯示看起來像“階梯臺階”的細微偽影。但近年這個問題已經正在改善,創想三維的DP-002 光固化3D打印機,通過像素位移和抗鋸齒補償算法減輕這種影響,使得模型表面更光滑和細膩。

       2、3D打印機速度
       SLA和DLP之間最大的區別之一就是速度,由于其聚合方法是點狀的,SLA通常非常慢。加快SLA 3D打印機在填充區域的成型速度,可以節省打印時間,但是非常有限,并且有可能影響整體強度,需要固化后期處理。

       DLP 3D打印機的則允許一次固化層的整個表面,在輪廓和內部區域之間沒有區別,后固化不是必需的。例如,對于相同的3D模型文件,使用DLP 3D打印機需要30分鐘,而SLA3D打印機需要4個小時。

       3、工作穩定性
       對于需要將光固化3D打印機用以批量制造,設備的可靠性和成品的一致性是重要因數,光固化3D打印機用以批量制造,相對于SLA,DLP 3D打印機的移動部件更少,因此,它的故障發生率更低,并且可以保持穩定的打印模型。

       兩種光固化3D打印機是復雜的設備,包含大量的電子元件和操作所需的光學元件,維護和相關成本都比較高。特別是SLA 3D打印機,由于其復雜的結構,如果發生故障或零件需要更換,必須要專業人員才行。另外,系統的校準是必要的,并且通常這只能由專業人員正確完成,這可能意味著打印機需要運回3D打印機制造商。 相對來說,DLP具有更簡單的組件。

       4、打印尺寸
       DLP 3D打印機作為更新的技術,在速度和精度上的優勢明顯,具有更高的性價比。但盡管DLP 3D打印機具有眾多的優勢,目前它并不能淘汰SLA 3D打印機,原因正是最大打印尺寸。

       由于DLP 采用像素化投影,打印尺寸受投影儀或LCD液晶屏的制約,盡管最大成型尺寸在不斷提升,但是有限的,DLP 3D打印機比較適合牙科、珠寶等中小型的零件和手板。而SLA則不同,理論上他的成型尺寸跟FDM 3D打印機一樣,可以無限大。這也是前文所說的,DLP和SLA的選擇取決于需求和應用場景的關鍵原因。

       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)
       在目前的SLA和DLP 3D打印機中,聚合光敏樹脂的是單個光子。目前,一種稱為雙光子聚合(2PP)的新型激光輻射主要用于研究和高端應用,它利用兩個激光脈沖在空間中的交叉點固化樹脂,由于該過程的非線性特性,可以實現大約0.1μm的分辨率。這是通過控制激光脈沖能量和脈沖頻率來完成的,該技術遠不是普通消費者所使用的技術,但代表著更高標準的開始。


       2、光敏樹脂的未來
       3D打印機的性能并不能代表一切,材料的進步是另外一個促進3D打印發展的至關重要的因數。目前SLA和DLP的3D打印耗材盡管正在豐富,但是相對其他技術(如FDM)來說還是非常單薄。


▲記憶柔性樹脂

       其中比較有前景的方式是,將具有不同性質的顆粒與樹脂混合的復合材料,例如由納米顆粒制成的填料似乎有點前景可改善的機械和物理性質方面。目前,重要的研究工作是針對擴展3D打印樹脂的范圍,包括具有導電性和導熱性,磁性和抗菌性的聚合物,同時調整其機械特性。

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