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SLA 與 DLP 樹脂 3D 打印技術(shù)的比較

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樹脂3D打印中使用了一系列技術(shù)和機(jī)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(shí)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(diǎn)是它們各自打印工藝的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

樹脂3D打印基礎(chǔ)知識(shí)

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(jī)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(huì)聚合并硬化。這個(gè)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(shí)，一個(gè)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(jiān)硬或高溫的材料。

使用樹脂打印的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)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(diǎn)在于樹脂本身，因?yàn)樗葮?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(huì)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(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)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(shí)，它都會(huì)向上移動(dòng)，為下一層液態(tài)層騰出空間。通常情況下，激光會(huì)繪制部件的周邊，然后是固體填充物，反之亦然。

激光點(diǎn)的功率必須足以啟動(dòng)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(diǎn)。總之，這種工藝能產(chǎn)生很好的效果，而且始終可靠。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

通過 SLA 實(shí)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(shí)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(diǎn)，因?yàn)楣袒恳粚有枰L的時(shí)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(jī)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(gè)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(shí)際固化。發(fā)光二極管的開關(guān)狀態(tài)可單獨(dú)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(jī)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(jià)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(gè)圖像的。這使得印刷過程更快，但也會(huì)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(gè)問題已經(jīng)變得不那么重要了。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

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(gè)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(gè)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(gè)激光器需要穿過部件的橫截面。在 SLA 系統(tǒng)中，激光的移動(dòng)速度相當(dāng)快，因此中小型物體的打印速度比 DLP 機(jī)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(huì)更快。

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

不過，與 SLA 機(jī)器相比，DLP 系統(tǒng)的構(gòu)建量往往較小。這是因?yàn)檩^大的構(gòu)建量需要較大的距離，而距離太遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致 DLP 打印機(jī)的分辨率過低。雖然在配置正確的情況下這并不是一個(gè)缺點(diǎn)，但事實(shí)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(gè)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?yàn)椴考且韵袼匦问焦袒模皇窍窦す庀到y(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(shí)現(xiàn)一致的能量密度比較困難。有時(shí)，必須預(yù)先修改層圖像，考慮到這一點(diǎn)。這在 DLP 中更為困難，因?yàn)楣庠幢仨毟采w DMD 芯片的表面，而不僅僅是空間中的一個(gè)點(diǎn)。與保持激光強(qiáng)度一致相比，確保每個(gè)像素獲得相同的光強(qiáng)更為困難。這部分工作都是在系統(tǒng)出廠調(diào)試時(shí)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?yàn)檫@些技術(shù)通常會(huì)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(jī)器的運(yùn)動(dòng)都是相同的。這些圖像源只會(huì)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(shí)間較短。

基于 LCD 的系統(tǒng)

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

值得注意的是，基于 LCD 的 (mSLA) 打印機(jī)經(jīng)常被拿來與 DLP 機(jī)器相比較。這是因?yàn)樗鼈円材軌蛞淮喂袒麄€(gè)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?yàn)榕c 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(jī)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?yàn)樗鼈儧]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(jī)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。