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3D打印机知识:DLP与SLA 哪种好?

文章来源:深圳市创想三维科技有限公司人气:357发表时间:2018-09-30 15:38:26

       立体光刻(SLA)和数字光处理(DLP)3D打印机的原理相同,都是通过紫外光照射光敏树脂固化成型,但工作的方式和过程不同,本文我们将深入研究两者的差异。

       在众多的3D打印技术里,SLA和DLP是公认的可以在模型复杂性和精度方面达到最高标准的技术,使用的光敏树脂通常由环氧树脂、丙烯酸或甲基丙烯酸单体组成,这类液态树脂在波长380-405纳米的紫外光照射下会聚合和硬化,逐层构建出具有超高表面质量和精度的模型,广泛应用珠宝蜡模、牙科义齿以及精密复杂工业零件或手板的制造。


▲SLA和DLP 3D打印机原理

       SLA 3D打印机

       Stereolithography(SLA)是最古老的3D打印技术形式之一,可追溯到20世纪80年代早期,SLA 3D打印机的激光器有两种设计:位于料槽上方或下方,激光不是直接照射到液态树脂上,而是从快速移动的反射镜检测器偏转。通过X和Y轴方向的移动,该反射系统可以将光束引导到适当的点,定点诱导树脂单体的聚合。

       根据设计的程序由点到面完成一层特定的形状和图像的构建之后,成型平台会向原理激光器的方向移动一层高度,从而继续下一层的固化。


       DLP 3D打印机

       用以3D打印的数字光处理技术(DLP)源于20世纪80年代末美国德州仪器公司推出的图像投影技术,与SLA的点状投射不同, DLP 3D打印机可投射并聚合一整层,当光线照射到树脂上时,它不会像SLA那样局限于单个光斑,而是整个层一次形成。

       在这个过程里,投影的图案对于实现每层的期望形状至关重要,图像话是通过由数字微镜原件(DMD)实现的,他是一种动态掩膜,由一系列微米级尺寸旋转反射镜组成,这允许液态树脂在层内的不同位置处被差异照射和聚合。


       现代DLP投影仪通常具有数千个微米尺寸的LED作为光源,它们的“开”和“关”状态是单独控制的,可以提高XY分辨率。近年也出现了一些DLP 3D打印机,使用LCD液晶屏代替DMD,显著降低了设备价格,例如LD-001 3D打印机。

       DLP和SLA D打印机耗材的区别

       DLP 和SLA的原理和工作模式大同小异,但他们使用的耗材不一定是可以通用的,因为两种技术的光源的功率密度差异较大。但由于组成相似,打印出的部件在性能相差不大。

       光敏树脂主要由齐聚物、光引发剂、稀释剂组成,其中光引发剂通过吸收光能后,形成一些活性物质如自由基或阳离子从而引发聚合反应。齐聚物分子大小可用以调整固化聚合物的刚度,短链单体通常产生较硬的物体,而长链单体允许更多的柔韧性。

       由此产生的机械性能差异,是各种成型技术的热门讨论主题,例如FDM 3D打印机的打印部件机械性能各项异性,在不同的方向施加载荷时,他们显示出不同的机械性能。与FDM不同,SLA和DLP都不具有广泛的各向异性,其性能更像模具注塑件。



了解了这两种技术后,您可能想知道哪种技术更好,其实这主要取决于您的要求:

       1、3D打印机精度

       如果将准确性和分辨率放在首位,很多人会认为SLA 3D打印机是首选,但这个答案正在发生变化。 SLA和DLP3D打印机的市场非常不同,特别是对于DLP 3D打印机。在过去,消费级SLA打印机可轻松实现25微米的Z分辨率,而许多DLP打印机难以达到50微米以下。但最新的技术进展使得DLP成为最高精度的竞争者,Kudo3D、Gizmo 、创想三维的DLP 3D打印机,已经在X,Y和Z轴上具有超高精度,已经甩开了目前中高端SLA 3D打印机。

       另一方面,由于DLP 3D打印机使用像素化的光照射,过去在层边缘处显示看起来像“阶梯台阶”的细微伪影。但近年这个问题已经正在改善,创想三维的DP-002 光固化3D打印机,通过像素位移和抗锯齿补偿算法减轻这种影响,使得模型表面更光滑和细腻。


       2、3D打印机速度

       SLA和DLP之间最大的区别之一就是速度,由于其聚合方法是点状的,SLA通常非常慢。加快SLA 3D打印机在填充区域的成型速度,可以节省打印时间,但是非常有限,并且有可能影响整体强度,需要固化后期处理。

       DLP 3D打印机的则允许一次固化层的整个表面,在轮廓和内部区域之间没有区别,后固化不是必需的。例如,对于相同的3D模型文件,使用DLP 3D打印机需要30分钟,而SLA3D打印机需要4个小时。


       3、工作稳定性

       对于需要将光固化3D打印机用以批量制造,设备的可靠性和成品的一致性是重要因数,光固化3D打印机用以批量制造,相对于SLA,DLP 3D打印机的移动部件更少,因此,它的故障发生率更低,并且可以保持稳定的打印模型。

       两种光固化3D打印机是复杂的设备,包含大量的电子元件和操作所需的光学元件,维护和相关成本都比较高。特别是SLA 3D打印机,由于其复杂的结构,如果发生故障或零件需要更换,必须要专业人员才行。另外,系统的校准是必要的,并且通常这只能由专业人员正确完成,这可能意味着打印机需要运回3D打印机制造商。 相对来说,DLP具有更简单的组件。


▲创想三维光固化3D打印机

       4、打印尺寸

       DLP 3D打印机作为更新的技术,在速度和精度上的优势明显,具有更高的性价比。但尽管DLP 3D打印机具有众多的优势,目前它并不能淘汰SLA 3D打印机,原因正是最大打印尺寸。

       由于DLP 采用像素化投影,打印尺寸受投影仪或LCD液晶屏的制约,尽管最大成型尺寸在不断提升,但是有限的,DLP 3D打印机比较适合牙科、珠宝等中小型的零件和手板。而SLA则不同,理论上他的成型尺寸跟FDM 3D打印机一样,可以无限大。这也是前文所说的,DLP和SLA的选择取决于需求和应用场景的关键原因。


       最后,关于光固化技术,目前世界各地的实验室正在开发什么?

       1、新型双光子固化技术(2PP)

       在目前的SLA和DLP 3D打印机中,聚合光敏树脂的是单个光子。目前,一种称为双光子聚合(2PP)的新型激光辐射主要用于研究和高端应用,它利用两个激光脉冲在空间中的交叉点固化树脂,由于该过程的非线性特性,可以实现大约0.1μm的分辨率。这是通过控制激光脉冲能量和脉冲频率来完成的,该技术远不是普通消费者所使用的技术,但代表着更高标准的开始。


       2、光敏树脂的未来

       3D打印机的性能并不能代表一切,材料的进步是另外一个促进3D打印发展的至关重要的因数。目前SLA和DLP的3D打印耗材尽管正在丰富,但是相对其他技术(如FDM)来说还是非常单薄。


▲记忆柔性树脂


       其中比较有前景的方式是,将具有不同性质的颗粒与树脂混合的复合材料,例如由纳米颗粒制成的填料似乎有点前景可改善的机械和物理性质方面。目前,重要的研究工作是针对扩展3D打印树脂的范围,包括具有导电性和导热性,磁性和抗菌性的聚合物,同时调整其机械特性。


LD-001 光固化3D打印机

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