DLP,LCD與SLA光固化3D PRINTER 有什麼不同?

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【DLP 光固化|LCD 光固化|SLA 光固化】市場上有許多不同的3D打印技術。熟悉每一種技術的差別有助於弄清最終你對打印出理想成品的期望,從而確定哪種技術適合你的特定需求。DLP及SLA 3D打印技術都是利用光敏樹脂3D打印的兩個最常見的過程。樹脂3D打印機廣泛用於生產高精度的原型和零件,這些原型和零件由一系列具優良功能和光滑表面光潔度的高級材料製成。這兩種技術曾經是複雜且成本高昂的,但由於技術已經成熟,如今的小型台式DLP 或SLA 3D打印機都比以往便宜,並且能生產出工業品質的零件,由於材料種類選擇很多,所以打印出來的物件可以迎合不同需求。

什麼是光固化3D打印技術

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有些人可能聽過光固化3D Printer,但不知道原來光固化3D Printer也有分SLA和DLP。那麼兩者有什麼分別呢?
首先先說說什麼是光固化3D打印技術,它的原理都是以都是以逐層逐層打印的方式把物品打印成型。至於用的打印物料有別於FDM 3D Printer的一卷卷膠絲。光固化3D Printer所使用的打印物料是液態光敏樹脂。這種光敏樹脂接觸光是時會產生化學作用而固化。光固化3D Printer就是透過把光線射到液態光敏樹脂上,從而打印出一個實體模型。而在精度上,利用光固化技術所打印的物件比FDM或其他打印打印技術打印的物件更仔細,適合製作精細的模型,例如珠寶Prototype,精細部件等等。光固化3D打印技術分為兩種,分別是DLP 打印技術和 SLA 打印技術。這兩種3D打印技術的最主要分別是它們把光線射到打印物料光敏樹脂的方式。

什麼是DLP 3D打印技術

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image source: Flashforge

DLP (Direct Light Processing)光固化3D Printer內置了一個光線投射器,DLP 3D打印機是使用投影器把光投射到打印物料光敏樹脂上令樹脂固化。由於以層疊式打印,3D模型會先被3D打印軟件打橫地切成一層層,然後利用DLP 的投影機把第一層3D模型的形狀圖案光線一整層地投射到液態光敏樹脂上,令光敏樹脂光固化及成型,第一層打印完後,打印平台和被打印的物件會同時升高,然後投影器會再投射下一層3D模型的形狀圖案到光敏樹脂上,如此反覆層疊式打印最終把物件打印成型。值得一提的是, 打印時被打印的物件是倒過來被打印出來的,這有別於FDM 打印技術。由於DLP使用投影螢器把光線將每一層的單一影像照射打印到平台上,所以每層的圖像都是以由稱為像素的細小正方形所形成。

什麼是LCD 3D打印技術

LCD 3D 打印也稱為Mask Stereolithography  或 MSLA。這技術利用LED燈照射到 LCD 屏幕的紫外線光源。 LCD屏幕用作掩膜以生成每一層的圖像。這會一次過固化整層,所以與DLP 技術一樣都是每一層的圖像一次過固化成型。

什麼是SLA 3D打印技術

至於SLA (Stereolithography) 3D 打印技術,它不是用光線投影機,而是透過激光器把激光射到液態光敏樹脂上,將光敏樹脂逐層固化,最後得到整個物件的形狀。SLA光固化3D Printer放射激光時不會像DLP機一樣能夠把一整層3D模型的圖案射出來,而是以逐點逐點的方式射到液態樹脂上形成固化層。SLA 光固化打印機的主要組成元素跟DLP打印機類似, 包括有可升降的打印平台,當第一層光敏樹脂固體化後,平台會上升一定距離,然後再用激光打印第二層,如此類推,逐層逐層打印,最後打印成一個整體形狀。另外有一個容器盛載着液態光敏樹脂。另外SLA使用兩個摩打,一個位於X軸上,另一個位於Y軸上,摩打會將激光瞄準射向指定的打印坐標,令那個地方的樹脂固化成形。透過3D切片軟件,3D模型會分析出一系列不同坐標的點和線,SLA會根據座標路徑把激光準確地打到打印物料液態樹脂上。

由於SLA 與DLP 光固化3D Printer的投光方式不一樣,所以SLA打印所需時間會長一點,尤其是打印大型物件的時候,DLP光固化3D Printer所用的打印時間會短很多。但相對可打印面積上,由於DLP以投影方式,所以相對可打印的面積較細,而SLA不受投影影響,所以可打印面積不受限制。

SLA,DLP 和 LCD 光固化3D PRINTER主要有什麼分別?

  • DLP和SLA之間的主要區別是光源。 SLA一般使用UV激光束,而DLP使用投影機發出的UV光。
  • 在DLP中,UV光源保持靜止,並且一次固化整個樹脂層。在SLA中,激光束會跟踪著需要打印的幾何圖形的點並在點之間移動。
  • 由於DLP 3D打印機一次固化整個樹脂層,所以DLP在運行速度更快,並大大縮短了3D打印時間。
  • 在DLP 3D Printer中,操作員可以控制UV光源的強度,從而控制其對樹脂的影響。在SLA中,無法調節激光束的強度,你必須完全更改激光以產生不同的樹脂效果。
  • DLP適合於一次性製作多個相同零件。
  • 至於LCD 3D Printer,LCD 光固化3D Printer使用一系列 UV LED 燈作為光源,LCD 3D Printer 的 XY 分辨率由LCD 屏幕的像素大小來定義,例如 4K 的LCD 的3D Printer 像素就是 4096×2160 。來自平面 LCD 屏幕的光線以平行方式直接照射到光固化樹脂。由於這種光沒有擴展開,因此 LCD 打印時像素失真的問題不大。LCD 光固化3D Printer的打印質量取決於其 LED 燈的密度。像素越高,打印質量越好。這清楚地表明打印質量不依賴於投影后模型尺寸的變化。而是取決於 LED 燈密度。

與 SLA 相比,DLP 和 LCD 的共同優勢是構建速度。由於整個層是一次性固化出來的,而不是單個點,因此DLP 和 LCD這兩種技術通常能夠更快地生產零件。

下面的圖就顯示了SLA,DLP 和 LCD打印的分別:

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值得留意的是,DLP 3D打印機的分辨率與可打印體積之間直接關係。分辨率(精度)取決於DLP 3D Printer裡面的投影機,投影器定義了可用的像素/體素數量。如果將投影機移近光學窗口,像素會變小,這會提高分辨率,但會限制可以打印的區域。因此DLP 3D打印機可以通過減少打印體積來提高3D模型打印出來的分辨率。有些具有較小的打印體積例如珠寶之類的細小且細小的部件,它們都需要高分辨率來生產。

另一方面,由於LCD 打印技術使用 LCD 屏幕,光源來自 LED 陣列燈 而不是投影儀,所以LCD 光固化3D打印機的使用壽命會比 DLP 打印機短,因為LCD 屏幕必須更頻繁地更換。這增加了 LCD 打印機的生命週期成本。同時,壞點都是LCD 面板中存在的缺陷,而DLP 則沒有這個問題。一般而言,DLP 技術打印速度比LCD更快,因為它們的光線更強烈。它們在打印小尺寸模型精度方面也表現良好,而LCD 打印機在打印較大的模型時通常更準確。

至於SLA 3D Printer,因為它是用激光束,所以它的可打印體積是獨立於打印分辨率。單一打印可以在可打印區域內的任何位置以任何大小進行打印。因此如果打印一些大體積的模型,打印時間會比DLP 及LCD 打印時間更長。

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SLA,DLP 和 LCD 光固化3D Printer中使用的打印物料有不同嗎?

現時一般的 光固化 3D Printer都使用 405nm 波長下的光固化樹脂,因此從技術上在該範圍內的任何光固化樹脂都可以使用。但其實某些光固化樹脂有分為 SLA,DLP 和 LCD 光固化3D Printer使用,購買時需注意。例如SLA 要使用比 LCD 打印機更強大的光束,因此如果在 LCD 打印機中使用 SLA 樹脂,它仍然會固化,但固化時間會非常長。如果在 SLA 打印機中使用 LCD 樹脂,則樹脂會固化太快並且會丟失細節。而LCD 技術的 光固化 3D Printer則需要使用低功率 LED 光源。因此推薦使用可以在相當低功率的光源下快速固化的樹脂。使用這些快速固化樹脂,LCD 打印機將產生更好的結果。另一方面,DLP 的光源有別於其他,因此,如果不進行測試,就不可能預測特定樹脂的固化行為。

使用光固化的好處與壞處

光固化 3D Printer 能製作十分精緻細節度極高的模型,因此適合製作珠寶,Figure 公仔等需要細節度高的細小模型。但如果想製作功能性部件,FDM 打印技術會比光固化技術更有優勢,因為FDM 3D打印物料選擇廣度比光固化的多很多。而且利用SLA,DLP 和 LCD 光固化打印後的成品的後處理工序相對較多,包括需要移除模型上的支撐,模型需要清洗及後固化等工序。

SLA,DLP 和 LCD 光固化技術應用

無論是SLA,DLP 或 LCD 光固化技術, 這些技術都廣泛都用於牙科、珠寶和工程行業。當然,也有相當多的愛好者使用光固化技術打印一些玩具模型等。

LCD 是一種較新的技術,迄今為止主要出現在價格相對便宜的桌面式打印機中。一般來說,LCD 3D 打印機使用比 DLP 或SLA 光固化 3DPrinter更便宜,因為LCD 3D 光固化 3DPrinter能有更便宜的組件例如LCD 屏幕,使其成為更便宜的樹脂 3D 打印解決方案。這是一件很好的事情,因為它將樹脂 3D 打印的範圍擴展到一般大眾。

SLA,DLP 和 LCD 光固化常見問題

Q1:DLP 比SLA 和LCD 光固化技術有什麼優勝之處?

在打印速度上,DLP 比起SLA 光固化技術快很多 ,這是因為DLP每次投射光線時都會將一整層光敏樹脂固化。另外,DLP 技術打印速度一般比LCD 打印技術的速度更快,因為DLP的光線更強烈。由於LCD 技術使用 LCD 屏幕,而光點和死點都是LCD 屏幕中存在的缺陷,因此LCD 打印機的使用壽命會比 DLP 打印機短,LCD 屏幕必須更頻繁地更換,這增加了 LCD 打印機的生命週期成本,但DLP 則沒有這個問題。

Q2:DLP 和LCD 光固化技術有什麼相同之處?

DLP 和 LCD 都是將每層光敏樹脂整片固化,而SLA的激光則逐點把光敏樹脂固化,因此DLP 和LCD 打印技術的速度會比SLA技術速度快得多。

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