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SLA 與 DLP 樹脂 3D 打印技術(shù)的比較

魔猴君知識堂 456天前

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樹脂3D打印中使用了一系列技術(shù)和機器，其中最主要的兩種是立體光刻（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)。簡單地說，主要區(qū)別在于 SLA 使用激光光源固化樹脂，而 DLP 使用 LED 燈投影系統(tǒng)。

在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家一起探討 SLA 和 DLP 3D打印的異同，重點是它們各自打印工藝的原理和優(yōu)缺點。

樹脂3D打印基礎(chǔ)知識

使用 SLA 技術(shù)打印的部件（來源：Ross Lawless via All3DP）

在 3D 打印工藝中，SLA 和 DLP 通常被視為能夠在零件復(fù)雜性和精度方面達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。兩者都依賴于光的使用，通常在光譜的紫外線區(qū)域（365-405 nm），盡管有些打印機使用可見光來固化光敏樹脂。簡而言之，激光或投影儀在樹脂中繪制圖像，使液體硬化。

在我們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。不同的樹脂材質(zhì)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)令人難以置信的細(xì)節(jié) ，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在于樹脂本身，因為它比標(biāo)準(zhǔn)的熔融沉積成型（FDM）材料更難加工。由于其復(fù)雜性，樹脂打印的材料范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于您想要的范圍，尤其是與 FDM 相比。

SLA3D打印工藝

SLA 3D打印過程（來源：Ross Lawless，來自 All3DP）

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 打印是用激光束穿過樹脂表面固化一層。最早的 SLA 系統(tǒng)通常將激光束置于樹脂上方，樹脂向下發(fā)射，這種結(jié)構(gòu)通常稱為自上而下定向。不過，大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)都采用自下而上的方向，即激光束向上指向大桶中的樹脂。

無論采用哪種方式，SLA 打印工藝都會在 X 軸和 Y 軸上使用稱為振鏡的鏡子，對物體的橫截面逐層進(jìn)行選擇性固化和凝固。激光由計算機控制的驅(qū)動裝置開啟和關(guān)閉，確保樹脂在正確的位置受到光的照射。每一層固化時，它都會向上移動，為下一層液態(tài)層騰出空間。通常情況下，激光會繪制部件的周邊，然后是固體填充物，反之亦然。

激光點的功率必須足以啟動光聚合物內(nèi)部的交聯(lián)過程，但使用大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中的固態(tài)激光器很容易做到這一點?？傊@種工藝能產(chǎn)生很好的效果，而且始終可靠。

優(yōu)點和缺點：

通過 SLA 實現(xiàn)的精確細(xì)節(jié)的示例（來源：mikeymakesit via Thingiverse）

SLA 打印的最大優(yōu)勢是激光可以實現(xiàn)的精度。由于它是圖像層的光柵，因此固化的聚合物中沒有間隙。相反，它是一條連續(xù)的固化材料線，可產(chǎn)生非常光滑的表面光潔度和高水平的細(xì)節(jié)。

與 DLP 打印相比，這種光柵繪圖過程也恰好是其最大的缺點，因為固化每一層需要更長的時間。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限制了第三方材料的使用。所以大多數(shù)基于激光的機器還配備了自己的材料系列。

DLP3D打印工藝

DLP 3D打印工藝（來源：All3DP）

DLP 打印技術(shù)由德州儀器公司的 Larry Hornbeck 發(fā)明，用于媒體應(yīng)用中的視覺投影系統(tǒng)，后來經(jīng)過改良用于感光聚合物打印。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后，才出現(xiàn)了第一套商用系統(tǒng)。

這種打印工藝不使用激光，而是使用數(shù)字光投影儀來閃爍每一層的單個圖像。光再次由鏡子引導(dǎo)，但使用的不是振鏡，而是數(shù)字微鏡裝置（DMD）。DMD 位于光線和樹脂之間，它管理所有鏡子的旋轉(zhuǎn)，以便在構(gòu)建表面形成正確的圖像。

大多數(shù)現(xiàn)代光引擎使用發(fā)光二極管（LED）來完成光聚合物的實際固化。發(fā)光二極管的開關(guān)狀態(tài)可單獨控制，從而提高了 XY 分辨率。與所有投影系統(tǒng)一樣，圖像只能在投影儀鏡頭與投影平面之間的特定距離（稱為焦距）內(nèi)形成。距離越遠(yuǎn)，投影儀的固化能力就越弱。

如今，DLP 機器的質(zhì)量因光源功率、通過的鏡頭和 DMD 質(zhì)量之間的差異而大不相同，價格從 300 美元到 20 萬美元不等。

DLP 3D打印與 SLA 的不同之處在于，像素是一次性投射到樹脂中形成整個圖像的。這使得印刷過程更快，但也會影響圖像質(zhì)量。不過，隨著 DLP 光引擎在過去幾十年的長足進(jìn)步，這個問題已經(jīng)變得不那么重要了。

優(yōu)點和缺點：

DLP 3D打印向日葵（來源：ChaosCoreTech via Printables）

與基于激光的 SLA 系統(tǒng)相比，DLP 系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于能夠一次性固化整個層。打印速度并不取決于模型的大小，而 SLA 系統(tǒng)卻可能出現(xiàn)這種情況。整個打印床都可以暴露在投影儀的光線下，而 SLA 則不同，在 SLA 系統(tǒng)中，單個激光器需要穿過部件的橫截面。在 SLA 系統(tǒng)中，激光的移動速度相當(dāng)快，因此中小型物體的打印速度比 DLP 機器更快。不過，對于大型模型和全板打印尺寸的批量生產(chǎn)，DLP 的速度會更快。

DLP 系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢是，它們通常比 SLA 機器更具成本效益，而且更容易校準(zhǔn)。相比之下，SLA 機器通常需要送往制造商處進(jìn)行維修。

不過，與 SLA 機器相比，DLP 系統(tǒng)的構(gòu)建量往往較小。這是因為較大的構(gòu)建量需要較大的距離，而距離太遠(yuǎn)會導(dǎo)致 DLP 打印機的分辨率過低。雖然在配置正確的情況下這并不是一個缺點，但事實上，圖像質(zhì)量是基于投影儀將圖像精確地投射到其焦距上，這使得它更容易產(chǎn)生低質(zhì)量的結(jié)果，好在大多數(shù)系統(tǒng)都不存在這個問題。

由于系統(tǒng)以像素為基礎(chǔ)，圖像質(zhì)量取決于 DMD 的分辨率。根據(jù)系統(tǒng)的不同，與 SLA 設(shè)備相比，圖像質(zhì)量可能較低，也不平滑。這是因為部件是以像素形式固化的，而不是像激光系統(tǒng)那樣以連續(xù)的線條固化。不過，在現(xiàn)代系統(tǒng)上，除非仔細(xì)檢查，否則應(yīng)該看不出區(qū)別。

在 DLP 系統(tǒng)中，要在固化平面上實現(xiàn)一致的能量密度比較困難。有時，必須預(yù)先修改層圖像，考慮到這一點。這在 DLP 中更為困難，因為光源必須覆蓋 DMD 芯片的表面，而不僅僅是空間中的一個點。與保持激光強度一致相比，確保每個像素獲得相同的光強更為困難。這部分工作都是在系統(tǒng)出廠調(diào)試時完成的，所以一般不需要擔(dān)心。不過，這也使得抗鋸齒等圖像處理技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，因為這些技術(shù)通常會改變圖像亮度，以獲得平滑的外觀。

無論是 DLP 還是激光系統(tǒng)，機器的運動都是相同的。這些圖像源只會影響每層固化的圖像質(zhì)量。根據(jù)光源波長的不同，DLP 和 SLA 系統(tǒng)可以使用相同的材料，盡管有些系統(tǒng)針對其中一種進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化主要圍繞像素大小和光的能量密度。兩種工藝的后處理步驟相同，都是先清洗后固化，但高功率 DLP 系統(tǒng)所需的后固化時間較短。

基于 LCD 的系統(tǒng)

Photocentric 的可見光固化打印機（來源：Ross Lawless，來自 All3DP）

值得注意的是，基于 LCD 的 (mSLA) 打印機經(jīng)常被拿來與 DLP 機器相比較。這是因為它們也能夠一次固化整個圖層，并且使用 LED 作為光源。DLP 系統(tǒng)通常被認(rèn)為更勝一籌，因為與 LCD 屏幕相比，它的透光率更高。換句話說，與通過 LCD 屏幕的光相比，投影機能透過更多的 LED 光。

有些 LCD 可阻擋高達(dá) 80% 的 LED 能量，但使用單色 LCD 的現(xiàn)代系統(tǒng)效率更高，因為它們沒有紅、綠、藍(lán)濾光片。LCD 系統(tǒng)的成本要低得多，因此成為業(yè)余愛好機器中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。一些基于 LCD 的系統(tǒng)可以在可見光光譜下進(jìn)行固化，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。