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SLA 與 DLP 樹脂 3D 打印技術的比較

魔猴君  知識堂   485天前

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樹脂3D打印中使用了一系列技術和機器,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。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打印基礎知識

使用 SLA 技術打印的部件(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雜性和精度方面達到最高標準的技術。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)。當光線照射在樹脂桶上,形成構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,因為它比標準的熔融沉積成型(FDM)材料更難加工。由于其復雜性,樹脂打印的材料范圍遠遠小于您想要的范圍,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。該術語由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,這種結構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行選擇性固化和凝固。激光由計算機控制的驅動裝置開啟和關閉,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。總之,這種工藝能產生很好的效果,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,可產生非常光滑的表面光潔度和高水平的細節(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 打印技術由德州儀器公司的 Larry Hornbeck 發(fā)明,用于媒體應用中的視覺投影系統(tǒng),后來經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,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,以便在構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)內形成。距離越遠,投影儀的固化能力就越弱。

如今,DLP 機器的質量因光源功率、通過的鏡頭和 DMD 質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,但也會影響圖像質量。不過,隨著 DLP 光引擎在過去幾十年的長足進步,這個問題已經變得不那么重要了。

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,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。相比之下,SLA 機器通常需要送往制造商處進行維修。

不過,與 SLA 機器相比,DLP 系統(tǒng)的構建量往往較小。這是因為較大的構建量需要較大的距離,而距離太遠會導致 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,這使得它更容易產生低質量的結果,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,圖像質量取決于 DMD 的分辨率。根據(jù)系統(tǒng)的不同,與 SLA 設備相比,圖像質量可能較低,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,除非仔細檢查,否則應該看不出區(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)出廠調試時完成的,所以一般不需要擔心。不過,這也使得抗鋸齒等圖像處理技術更具挑戰(zhàn)性,因為這些技術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 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)余愛好機器中應用最廣泛的技術之一。一些基于 LCD 的系統(tǒng)可以在可見光光譜下進行固化,這使得它們可以使用標準 LCD 來達到很好的效果,例如 Photocentric 的 Magna。




DLP和SLA主要差異:

DLP 不像 SLA 那樣精細(來源:Reddit)
SLA
單激光穿過零件橫截面
提供更精細的打印
構建量不決定分辨率
通常價格較高
DLP
整個打印床都暴露在光源下
與 SLA 不同,打印速度不取決于模型大小

較大的構建體積意味著較低的分辨率

業(yè)余愛好者更容易使用



編譯整理:ALL3DP

   
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