SLA 與 DLP 樹脂 3D 打印技術(shù)的比較
魔猴君 知識(shí)堂 432天前
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(jiǎn)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)。
樹脂3D打印基礎(chǔ)知識(shí)
使用 SLA 技術(shù)打印的部件(來(lái)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(lái)固化光敏樹脂。簡(jiǎn)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(lái)源:Ross Lawless,來(lái)自 All3DP)
SLA 于 1986 年開發(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(wú)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(duì)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)??傊?,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(lái)源:mikeymakesit via Thingiverse)
SLA 打印的最大優(yōu)勢(shì)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(zhǎng)的時(shí)間。由于激光在特定波長(zhǎng)下工作,并且樹脂的固化效果取決于波長(zhǎng),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(lái)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(lái)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(chǎng)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(lái)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(lái)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(wàn)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(zhǎng)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(lái)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(shì)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(duì)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(shì)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?,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(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(wú)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(zhǎng)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(duì)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(lái)源:Ross Lawless,來(lái)自 All3DP)
值得注意的是,基于 LCD 的 (mSLA) 打印機(jī)經(jīng)常被拿來(lái)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(lái)達(dá)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(xì)(來(lái)源:Reddit)
SLA
單激光穿過零件橫截面
提供更精細(xì)的打印
構(gòu)建量不決定分辨率
通常價(jià)格較高
DLP
整個(gè)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(gòu)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