SLA光固化3D列印機原理大解析

SLA 3D 列印製程最早出現於20 世紀70 年代初，當時日本研究員Hideo Kodama 博士發明了利用紫外光固化光敏聚合物的立體光固化現代分層方法。立體光固化這個術語是由Charles (Chuck) W.Hull 創造的，他於1986 年獲得了該技術的專利，成立了3D Systems 公司並將其商業化。 Hull 將該方法描述為，透過連續「列印」可被紫外光固化的材料薄層來創建3D 物體。

然而，SLA 3D 列印並不是第一個獲得廣泛普及的3D 列印技術。隨著專利在2000 年代末到期，小型桌面級3D 列印的引入擴大了增材製造的應用範圍，熔融沈積成型(FDM) 首次在桌面平台上得到了應用。

這項經濟實惠的技術以擠壓成型為基礎，雖然引發了第一波3D 列印的廣泛應用和對3D 列印的認識，但是FDM 機器仍然無法滿足廣泛的專業需求，尤其是可重複的高精度成品對於專業應用至關重要，正如生物相容性材料之於牙科行業，又如創建精細特徵的能力之於各類行業（如珠寶）和應用（如微流體）也同樣重要。

很快，繼FDM 之後，SLA 列印也被應用於桌面級機器，Formlabs 在2011 年採用此技術。小型桌上型SLA 印表機以更小、更經濟的設置，採用一系列列印材料，帶來了高解析度的3D 列印，在以前，這只能透過大型的工業級系統完成。這些功能擴展了3D 列印的使用範圍，適用於各個學科的各種客製化和高精度應用，包括工程、產品設計和製造，以及牙科、珠寶和其他行業。

2015 年，Formlabs 發布了下一代SLA 3D 列印機Form 2，該列印機成為業界領先的桌上型3D 列印機，列印的零件從價格實惠的客製化義肢到可自訂的刮鬍刀手柄系列，應有盡有。

Form 2 改寫了SLA 3D 列印的歷史，推廣了「分散式」生產模式，公司可以逐步擴大輸出，隨著需求的增加添置更多的小型印表機，並且可以靈活地在每台印表機上使用不同的材料進行列印。更先進的樹脂不斷解鎖原型製造以外的其他應用，開始應用於跨行業的生產以及終端使用的部件，因此，材料的日漸成熟會不斷擴大這種生產模式的應用。

2019 年，Formlabs 透過推出Form 3 和Form 3L在業界做出了又一跨越式的改變，這兩款硬體產品的系統建立在全新的列印流程之上，為SLA 技術設立了新的標準。

低強度立體光固化(LFS)技術是SLA 3D 列印的下一階段，可滿足當今市場對可擴展、可靠的工業級品質3D 列印的需求。

這種形式先進的SLA 3D 列印使用柔性樹脂槽和線性照明，大大減少了在列印過程中施加在零件上的力，可提供令人難以置信的表面品質和列印精度。較小的列印力道使得輕觸式支撐結構易於撕開，該工藝為未來開發先進的生產預備材料開闢了廣泛的可能性。

反向SLA 列印帶來了剝離力，當列印件從樹脂槽表面脫離時，會受到剝離力的影響，因此其成型體積受到了限制，且需要堅固的支撐結構。 Formlabs Form 2 經過了嚴格的校準，以解決剝離工序產生的剝離力問題，進而生產高品質零件。了解更多關於Form 2 與Form 3 之間的區別，其中Form 3 使用LFS 技術。

工程師、設計師、製造商以及越來越多的人選擇SLA 3D 列印技術，因為它能提供精細的特徵、光滑的表面光潔度、最終零件的精度和準確度，以及諸如各向同性、水密性和材料多功能性等的機械特性。

由於3D 列印每次只列印一層，因此在列印完畢後，零件在相關列印工序具有不同的定向，其強度也會發生變化，在X、Y 和Z 軸上具有不同的屬性。

由於列印過程產生的層間差異，諸如熔融沈積成型(FDM) 之類的以擠壓成型為基礎的3D 列印零件是各向異性的。這種各向異性限制了FDM 在某些應用中的實用性，或需要對零件幾何形狀進行更多的調整來彌補。

閱讀關於FDM vs. SLA 3D 列印機的深入指南，以了解它們在列印品質、材料、應用、工作流程、速度、成本等方面的差異。

相反，SLA 樹脂3D 列印機能創建具有高度各向同性的零件。實現部件各向同性基於許多因素，可以透過將材料化學與列印工序結合來嚴格控制。列印時，樹脂組分形成共價鍵，但在層與層之間，部件仍處於半反應的「原始狀態」。

當處於原始狀態時，樹脂會保留可以跨層形成共價鍵的聚合物基團，在最終固化時賦予部件各向同性和水密性。在分子層級，X、Y 或Z 平面之間沒有差異。這就能帶來具有可預測機械性能的部件，對於夾具和固定裝置、終端使用部件和功能原型等應用至關重要。

無論是生產實心還是含內部通道的幾何形狀，SLA 列印零件都是連續的。這種水密性對於必須控制和預測空氣或流體流動的工程和製造應用非常重要。工程師和設計師利用SLA 列印的水密性來解決汽車應用、生物醫學研究中的空氣和流體流動問題，並驗證廚房電器等消費品的零件設計。

從牙科到製造業，各個行業都依賴SLA 3D 列印技術來反覆創建準確而精的組件。列印過程要生產出準確且精密的零件，就必須嚴格控制多種因素。

與機械加工的準確度相比，SLA 3D 列印的準確度介於標準加工和精細加工之間。在現有的商用3D 列印技術中，SLA 有最嚴格的公差。了解更多有關3D 列印中的公差、準確度和精度的資訊。

加熱的樹脂槽結合封閉的建造環境，為每個列印件提供了幾乎相同的條件。與熔化原料的熱塑性技術相比，SLA 列印準確度更高的另一個原因是列印溫度較低。由於立體光固化利用的是光而不是熱，所以列印過程在接近室溫的條件下進行，並且列印零件不會受到熱膨脹和收縮的影響。

SLA 列印被視為光滑表面光潔度的黃金標準，其外觀可與傳統的製造方法（如機械加工、射出成型和擠壓成型）相媲美

這種表面品質非常適合需要無瑕光潔度的應用，也有助於減少後處理時間，因為零件可以輕鬆打磨、拋光和塗裝。例如，吉列(Gillette) 等領先企業使用SLA 3D 列印技術創建終端使用的消費品，如Razor Maker 平台上的3D 列印刮鬍刀手柄。

SLA 樹脂具有廣泛的配方配置優勢：材料或大量填充玻璃和陶瓷等輔助材料，或具有較高熱變形溫度或抗衝擊性等機械性能，可兼顧不同的軟硬度。材料範圍廣泛，涵蓋從特定行業（如義齒）到與原型製作的最終材料緊密匹配的材料，這些材料經過配製，可承受大量測試並在應力下發揮性能。

許多公司開始透過外包服務機構或實驗室使用3D 列印。當團隊偶爾需要3D 列印時，或者需要獨特材料屬性或應用的一次性列印時，外包生產可能是一個很好的解決方案。服務機構還可以提供各種材料的建議，並提供增值服務，如設計或高級精加工。

外包的主要缺點是成本高且週轉時間長。通常，隨著需求的增加，外包會轉向內部生產。與傳統製造方法相比，3D 列印的最大優勢之一在於其速度，傳統製造方法需要數天甚至數週才能得到外包零件，和3D 列印相比立刻相形見絀。隨著需求和生產的成長，外包也迅速變得昂貴。

由於經濟實惠的工業級品質3D 列印的興起，如今，越來越多的公司選擇立即將3D 列印技術引入內部，垂直整合到現有的商店或實驗室，或工程師、設計師和其他人員（可能會受益於數位設計與實體部件之間的轉換，或參與小批量生產的人員）的工作區。

當您急需零件時，小型桌上型SLA 3D 列印機是您的理想選擇。根據零件數量和列印量，小型3D 列印機的投資可在幾個月內實現收支平衡。此外，對於小型機器，可以根據業務需求增加生產支出，並在需求成長時透過額外增加機器來擴大生產規模。使用多台3D 列印機還可以靈活地同時列印不同材質的零件。服務機構仍然可以列印較大的零件或非常規資料，以補充這種靈活的工作流程。

快速週轉是桌上型3D 列印機所具有的一大優勢。當與列印機構合作時，週轉時間、溝通和運輸都會造成延誤。使用Form 3 這樣的桌上型3D 列印機，零件可以在幾小時內完成，使設計師和工程師能夠在一天內列印多個零件，有助於加快迭代並大幅縮短產品開發時間，並快速測試機構和組裝，避免代價高昂的工具變更。