光固化 3D 列印機指南：SLA、DLP、MSLA、LCD

在過去的十年中，技術進步使得光固化 3D 列印（也稱為還原光聚合）成為生產高度詳細的 3D 列印零件的最重要方法之一，用於快速原型製作、快速模具、製造輔助工具，甚至最終使用零件。 

隨著光固化 3D 列印機製造商在硬體、軟體和材料科學方面引入創新，不同類型的光固化 3D 列印過程激增。 

多年來，光固化 3D 列印機的兩種主要類型被廣泛定義為立體光刻 (SLA) 和數位光處理 (DLP)。最近，這些技術的子集已被引入並進一步描述，包括液晶顯示器 (LCD) 和遮罩立體光刻 (MSLA) 3D 列印。

雖然所有這些樹脂 3D 列印技術曾經都很複雜且成本高昂，但如今的緊湊型桌面和桌上型樹脂 3D 列印機可以以實惠的價格生產工業品質的零件，並具有出色的機械和美觀特性。 

本指南將介紹每種樹脂 3D 列印流程的詳細資訊和優點，並討論其成本以及每種類型印表機可能表現最佳的應用。

數位光處理 (DLP) 3D 列印是一種樹脂 3D 列印工藝，它使用光投影機而不是雷射一次固化一層液態樹脂。 

DLP 印表機的光源使用半導體晶片上排列成矩陣的一系列微鏡設備進行投射。這些微鏡設備各自代表零件的單一體素（或 3D 像素）。微鏡裝置的數量和建造區域的大小決定了零件的解析度。 

由於光線瞬間投射到零件的整個橫截面上，因此每一層都固化得非常快。因此，DLP 3D 列印機通常提供更快的列印速度。 

正如倒置 SLA 3D 列印能夠創建桌面設備而不是大型自上而下的傳統印表機一樣，由於桌面設備更加緊湊，倒置 DLP 列印機也變得更加經濟實惠且易於使用。

遮罩立體光刻 (MSLA) 3D 列印技術是指選擇性覆蓋或掩模光源的任何光聚合過程。它通常與 LCD 3D 列印互換使用，因為 MSLA 印表機通常使用 LCD 螢幕來遮擋光線並僅固化零件所需的橫截面。然而，MSLA 也可以指其他技術，因為它意味著掩模樹脂 3D 列印，無論光源或掩模技術的類型如何。 

LCD 螢幕在樹脂 3D 列印中的使用是在雷射 SLA 和 DLP 3D 列印發展之後出現的，這得益於顯示技術在其他類型電子產品中的普及而迅速發展。最近，設計具有小像素尺寸和 405 nm 波長光（通常用於固化液體樹脂的波長）的高透射率的 LCD 已成為可能。

由於 LED 同時投射光線，MSLA 3D 列印機幾乎可以立即固化每一層樹脂，並提供與 DLP 3D 列印機相當的快速列印速度。

LCD 螢幕越密集，像素就越小，零件的解析度就越高。然而，較小的像素是有代價的。較高的像素密度（較小的像素）會導致較低的透光率，從而降低傳遞到液體樹脂的光功率並降低列印速度。

Formlabs 的Low Force Display™ (LFD) 列印引擎是MSLA 3D 列印的一種高級形式，專為Form 4 開發。顯著的技術優勢。

雷射驅動的 SLA、DLP、LCD 和 MSLA 3D 列印機都是立體光刻工藝，因為它們都使用光源來固化液態樹脂。這些樹脂 3D 列印技術之間的一些差異是由於光源、光處理解決方案以及圍繞它們構建的其他技術

準確性、分辨率、品質和耐用性造成的。其他差異（例如工作流程或應用程式）因製造商而異，具體取決於每個系統可用的軟體、配件和材料。 

乍一看，雷射光斑尺寸似乎表明了可能的最小特徵尺寸，但事實並非如此。儘管確實，如果整個零件由單個圓點或球體組成，則最小特徵尺寸由雷射光斑尺寸決定 - 它無法固化比自身更小的物體。然而，點或微小的球形部分是不切實際的。對於真實的零件，雷射可以追蹤小於其光斑尺寸的形狀和特徵，因為它可以在 XY 平面上以小於其自身光斑尺寸的增量移動 - 追蹤非常小的特徵的「外部」。 

例如，Form 3+ 的雷射光斑尺寸為 85 微米，但 XY 解析度為 25 微米。這裡，XY解析度是指印表機在XY（水平）平面上繪製的精確程度。

DLP 3D 列印機的解析度由像素大小（X 和 Y 測量）、光線的功率和均勻性、抗鋸齒的使用以及 Z 軸最小層高決定，類似於雷射驅動的 SLA 列印機。 

像素尺寸越小，解析度越高——類似電視或手持電子產品等熟悉的技術。在 DLP 3D 列印中，XY 解析度由像素大小定義，這是投影機可以在單層內再現的最小特徵。這取決於投影機的解析度（最常見的是全高清 (1080p)）及其與光學視窗的距離。因此，大多數桌上型 DLP 3D 列印機具有固定的 XY 分辨率，通常在 35 至 100 微米之間。

DLP 3D 列印機的解析度隨著建造體積的增加而降低，因為沒有可用的投影機具有更多的像素。因此，製造商必須在相同像素數的情況下增加與光源的距離，從而導致解析度和列印品質下降。 

MSLA 3D 列印機的解析度由 LCD 的像素大小、光源的準直度和均勻度、抗鋸齒的使用以及 Z 軸最小層高決定。 

與DLP 3D列印機類似，像素越小，解析度越高。但較小的像素只是因素之一。 MSLA 印表機需要具有高度準直（即光線平行）的光線，穿過 LCD 螢幕中的像素時不會擴散。光線也必須極為均勻，以便透過液晶螢幕上的每個像素以相同的光功率固化樹脂。

幸運的是，Z 軸最小層高並不複雜——大多數樹脂 3D 列印機的標準層高在 25 至 200 微米之間。對於倒置樹脂 3D 列印機，層高由建造平台和樹脂槽底部之間擠壓的樹脂的垂直深度決定，因此實際上是每層中固化的樹脂的高度。 

長話短說，解析度對於樹脂 3D 列印真的很重要嗎？答案是肯定的，但分辨率本身通常只是一個虛榮指標。它提供了一些指示，但不一定與準確度、精確度和列印品質直接相關。更高的解析度（XY 維度上的像素或雷射點尺寸更小，Z 維度上的層更小）通常也會在速度甚至可靠性方面帶來顯著的權衡（因為更多的層可能會引入更多的錯誤可能性）。

由於 3D 列印是一種增材工藝，因此每一層都有可能出現尺寸不準確的情況。隨著每一層的形成，與預期橫截面形狀的微小偏差可能會加劇，從而影響整體精度。準確性取決於許多不同的因素：3D 列印製程的類型、硬體設計、樹脂特性、列印設定和後處理工作流程。一般來說，樹脂3D列印機是最準確且精密的3D列印製程。準確度和精密度的差異在型號和製造商方面比在技術方面差異更大。 

在樹脂 3D 列印中，影響精度的第一個主要因素是印表機的光學性能，特別是光固化樹脂的尺寸、形狀和均勻性。專業雷射驅動 3D 列印機（例如 Form 3+ 和 Form 3B+）使用高品質檢流計和廣泛的校準，以確保雷射精確地擊中樹脂的預定位置，並沿著雷射路徑無偏差。 

DLP 3D 列印機的精度受到光投影機的解析度和功率以及微鏡裝置的品質和校準的影響。 DLP 印表機的精確度通常受到建構邊緣像素失真的限制，在這些邊緣，微鏡設備必須將光線投射到距離光源更遠的地方。 

影響精準度的最後一個主要因素是印表機內部液體樹脂的特性。固化液態樹脂的過程取決於許多變量，包括樹脂：溫度、均勻性、散射、黏度等。這些變數中任何一個的微小變化都可能導致或多或少的樹脂固化，從而導致固化層的尺寸或形狀出現高達數百微米的偏差。大多數樹脂 3D 列印機無法控制這些變量，導致尺寸精度頻繁且不可預測的變化。

Form 4 透過多種方式解決了這個問題。首先，Form 4 使用精密加熱器、紅外線溫度感測和高速樹脂混合器精確控制液體樹脂的溫度和均勻性。 Formlabs 還開發和製造自己的材料，並嚴格控制每種材料的反應性、黏度和散射特性。此外，Form 4 使用先進的切片軟體、印表機硬體校準和經過驗證的列印設定來自動補償各種材料的特性。

再次強調，3D 列印機的準確度和精確度不僅取決於技術，還取決於確切的硬體設計、液體樹脂特性、列印設定和校準以及後處理工作流程。

在引入倒置 SLA 3D 列印之前，樹脂 3D 列印機的建造體積很大且非常昂貴。隨後，倒置樹脂 3D 列印使該技術變得更容易實現，但這些機器通常要小得多，因為由於高剝離力，大型結構很難成功列印。 

現在，倒置SLA（可根據需要使用盡可能多的樹脂，而不是使用大桶）和新的剝離技術相結合，可以列印更大的建造體積，而無需在傳統大幅面樹脂3D 列印系統上花費超過100,000美元。對於消費品設計和醫療保健等行業，大幅面樹脂印表機是理想的解決方案。它們的人體尺寸部件和高精度使基於人體掃描的需要極其嚴格公差的應用成為可能。 

那些想要評估哪種尺寸的樹脂印表機最適合他們的人應該首先考慮其應用。雷射驅動樹脂印表機主要分為三大類產品：桌上型、桌上型和工業規模系統。