SLA 与 DLP 树脂 3D 打印技术的比较

魔猴君知识堂 247天前

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树脂3D打印中使用了一系列技术和机器，其中最主要的两种是立体光刻（SLA）和数字光处理（DLP）。这两种类型以不同的方式实现相同的目标。简单地说，主要区别在于 SLA 使用激光光源固化树脂，而 DLP 使用 LED 灯投影系统。

在本文中，魔猴网将和大家一起探讨 SLA 和 DLP 3D打印的异同，重点是它们各自打印工艺的原理和优缺点。

树脂3D打印基础知识

使用 SLA 技术打印的部件（来源：Ross Lawless via All3DP）

在 3D 打印工艺中，SLA 和 DLP 通常被视为能够在零件复杂性和精度方面达到最高标准的技术。两者都依赖于光的使用，通常在光谱的紫外线区域（365-405 nm），尽管有些打印机使用可见光来固化光敏树脂。简而言之，激光或投影仪在树脂中绘制图像，使液体硬化。

在我们讨论树脂如何固化之前，有必要先讨论一下什么是树脂。

3D 打印树脂通常由环氧树脂或丙烯酸和甲基丙烯酸单体组成，这些单体在光照下会聚合并硬化。这个过程称为交联。当光线照射在树脂桶上，形成构成每一层的特定形状或图案时，一个固体物体就形成了。不同的树脂材质其特性可能有很大差异，从柔软的橡胶状材料到非常坚硬或高温的材料。

使用树脂打印的主要优点是可以实现令人难以置信的细节，该过程几乎完美地再现了每一层所需的图像。树脂打印的主要缺点在于树脂本身，因为它比标准的熔融沉积成型（FDM）材料更难加工。由于其复杂性，树脂打印的材料范围远远小于您想要的范围，尤其是与 FDM 相比。

SLA3D打印工艺

SLA 3D打印过程（来源：Ross Lawless，来自 All3DP）

SLA 于 1986 年开发，是最初的 3D 打印技术。该术语由3D Systems创始人 Chuck Hull 创造。这是第一家将打印工艺商业化的公司，如今它被业余爱好者和专业人士使用。

SLA 打印是用激光束穿过树脂表面固化一层。最早的 SLA 系统通常将激光束置于树脂上方，树脂向下发射，这种结构通常称为自上而下定向。不过，大多数现代系统都采用自下而上的方向，即激光束向上指向大桶中的树脂。

无论采用哪种方式，SLA 打印工艺都会在 X 轴和 Y 轴上使用称为振镜的镜子，对物体的横截面逐层进行选择性固化和凝固。激光由计算机控制的驱动装置开启和关闭，确保树脂在正确的位置受到光的照射。每一层固化时，它都会向上移动，为下一层液态层腾出空间。通常情况下，激光会绘制部件的周边，然后是固体填充物，反之亦然。

激光点的功率必须足以启动光聚合物内部的交联过程，但使用大多数现代系统中的固态激光器很容易做到这一点。总之，这种工艺能产生很好的效果，而且始终可靠。

优点和缺点：

通过 SLA 实现的精确细节的示例（来源：mikeymakesit via Thingiverse）

SLA 打印的最大优势是激光可以实现的精度。由于它是图像层的光栅，因此固化的聚合物中没有间隙。相反，它是一条连续的固化材料线，可产生非常光滑的表面光洁度和高水平的细节。

与 DLP 打印相比，这种光栅绘图过程也恰好是其最大的缺点，因为固化每一层需要更长的时间。由于激光在特定波长下工作，并且树脂的固化效果取决于波长，因此它也在一定程度上限制了第三方材料的使用。所以大多数基于激光的机器还配备了自己的材料系列。

DLP3D打印工艺

DLP 3D打印工艺（来源：All3DP）

DLP 打印技术由德州仪器公司的 Larry Hornbeck 发明，用于媒体应用中的视觉投影系统，后来经过改良用于感光聚合物打印。该公司于 1987 年创建了 DLP，但直到 1997 年一家名为 Digital Projection Ltd 的公司将其推向市场后，才出现了第一套商用系统。

这种打印工艺不使用激光，而是使用数字光投影仪来闪烁每一层的单个图像。光再次由镜子引导，但使用的不是振镜，而是数字微镜装置（DMD）。DMD 位于光线和树脂之间，它管理所有镜子的旋转，以便在构建表面形成正确的图像。

大多数现代光引擎使用发光二极管（LED）来完成光聚合物的实际固化。发光二极管的开关状态可单独控制，从而提高了 XY 分辨率。与所有投影系统一样，图像只能在投影仪镜头与投影平面之间的特定距离（称为焦距）内形成。距离越远，投影仪的固化能力就越弱。

如今，DLP 机器的质量因光源功率、通过的镜头和 DMD 质量之间的差异而大不相同，价格从 300 美元到 20 万美元不等。

DLP 3D打印与 SLA 的不同之处在于，像素是一次性投射到树脂中形成整个图像的。这使得印刷过程更快，但也会影响图像质量。不过，随着 DLP 光引擎在过去几十年的长足进步，这个问题已经变得不那么重要了。

优点和缺点：

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

与基于激光的 SLA 系统相比，DLP 系统的最大优势在于能够一次性固化整个层。打印速度并不取决于模型的大小，而 SLA 系统却可能出现这种情况。整个打印床都可以暴露在投影仪的光线下，而 SLA 则不同，在 SLA 系统中，单个激光器需要穿过部件的横截面。在 SLA 系统中，激光的移动速度相当快，因此中小型物体的打印速度比 DLP 机器更快。不过，对于大型模型和全板打印尺寸的批量生产，DLP 的速度会更快。

DLP 系统的另一个优势是，它们通常比 SLA 机器更具成本效益，而且更容易校准。相比之下，SLA 机器通常需要送往制造商处进行维修。

不过，与 SLA 机器相比，DLP 系统的构建量往往较小。这是因为较大的构建量需要较大的距离，而距离太远会导致 DLP 打印机的分辨率过低。虽然在配置正确的情况下这并不是一个缺点，但事实上，图像质量是基于投影仪将图像精确地投射到其焦距上，这使得它更容易产生低质量的结果，好在大多数系统都不存在这个问题。

由于系统以像素为基础，图像质量取决于 DMD 的分辨率。根据系统的不同，与 SLA 设备相比，图像质量可能较低，也不平滑。这是因为部件是以像素形式固化的，而不是像激光系统那样以连续的线条固化。不过，在现代系统上，除非仔细检查，否则应该看不出区别。

在 DLP 系统中，要在固化平面上实现一致的能量密度比较困难。有时，必须预先修改层图像，考虑到这一点。这在 DLP 中更为困难，因为光源必须覆盖 DMD 芯片的表面，而不仅仅是空间中的一个点。与保持激光强度一致相比，确保每个像素获得相同的光强更为困难。这部分工作都是在系统出厂调试时完成的，所以一般不需要担心。不过，这也使得抗锯齿等图像处理技术更具挑战性，因为这些技术通常会改变图像亮度，以获得平滑的外观。

无论是 DLP 还是激光系统，机器的运动都是相同的。这些图像源只会影响每层固化的图像质量。根据光源波长的不同，DLP 和 SLA 系统可以使用相同的材料，尽管有些系统针对其中一种进行了优化。优化主要围绕像素大小和光的能量密度。两种工艺的后处理步骤相同，都是先清洗后固化，但高功率 DLP 系统所需的后固化时间较短。

基于 LCD 的系统

Photocentric 的可见光固化打印机（来源：Ross Lawless，来自 All3DP）

值得注意的是，基于 LCD 的 (mSLA) 打印机经常被拿来与 DLP 机器相比较。这是因为它们也能够一次固化整个图层，并且使用 LED 作为光源。DLP 系统通常被认为更胜一筹，因为与 LCD 屏幕相比，它的透光率更高。换句话说，与通过 LCD 屏幕的光相比，投影机能透过更多的 LED 光。

有些 LCD 可阻挡高达 80% 的 LED 能量，但使用单色 LCD 的现代系统效率更高，因为它们没有红、绿、蓝滤光片。LCD 系统的成本要低得多，因此成为业余爱好机器中应用最广泛的技术之一。一些基于 LCD 的系统可以在可见光光谱下进行固化，这使得它们可以使用标准 LCD 来达到很好的效果，例如 Photocentric 的 Magna。