全面介紹多種光固化3D打印技術的概述及優缺點

　　3D打印有多種技術，但在這些技術中，光固化3D打印是最早且最成熟的技術。經過多年以來的發展，出現了許多基于光固化機理的新技術，例如SLA、DLP、LCD、CLIP、MJP、雙光子3D打印、全息3D打印等。今天我們將介紹其中的五種光固化3D打印技術。

　　1、SLA光固化3D打印

　　作為最早出現的3D打印技術，SLA技術是最成熟的3D打印技術，在行業中應用廣泛。這項技術于 1986 年由 3D 打印行業領導者 3D Systems, Inc. 的聯合創始人 Charles Hull 獲得專利。目前，大型工業光固化3D打印機主要基于SLA技術。

　　通常SLA機使用的燈管波長為355nm激光束，激光束在樹脂槽上方，曝光方向從頂部，液態樹脂在激光束掃描時固化。將平臺降低到樹脂中;因此，平臺的表面是樹脂表面以下的一層厚度。然后激光束追蹤邊界并填充模型的二維橫截面，一層樹脂固化后，平臺下降一段距離，一層一層，一層一層地重復固化，直到產生一個實體的3D物體。每一層的圖案形成由激光束的移動控制。理論上，激光束可以在很大的空間上移動。因此，SLA打印技術可以打印大尺寸模型。

　　優缺點：SLA是最早的快速成型技術，成熟度高，印刷工藝穩定，機器供應商眾多。迄今為止，SLA是唯一可以打印大尺寸模型的光固化3D打印技術。但由于固化速度取決于激光束的移動，因此 SLA 的打印速度較低。模型尺寸越大，打印速度越慢。此外，可用于陽離子光聚合的樹脂是有限的 。打印分辨率取決于激光束的大小，因此，與其他光固化技術相比，SLA 的分辨率較低。即便如此，SLA技術的精度也足以打印結構復雜、尺寸精細的物體。直到現在，SLA 仍然是一種重要的印刷技術，可用于許多領域，如牙科、玩具、模具、汽車、航空航天領域等。

　　2、DLP光固化3D打印

　　DLP 使用投影儀(如用于辦公室演示或家庭影院的投影儀)將物體橫截面的圖像投影到光敏液態樹脂中。DLP 3D打印的關鍵技術是DLP技術，它決定了圖像的形成和打印精度。DLP技術的出現已經20年了。DLP 技術的核心部分是光學半導體，或數字顯微鏡設備或 DLP 芯片，它由 Larry Hornback 博士于 1977 年發明，并于 1996 年由德州儀器商業化。DLP 芯片可能是迄今為止世界上最先進的光開關設備，包含 200 萬個相互鉸接的微型顯微鏡的規則陣列。每個顯微鏡大約是人類頭發大小的五分之一。當 DLP 芯片與數字視頻或圖像信號、光源和投影鏡頭配合時，顯微鏡可以將完整的數字圖像投影到屏幕或其他表面上。DLP 及其外圍設備的先進電子設備被稱為數字光處理技術(數據光學處理)。DLP芯片的顯微鏡切換次數可達每秒數千次，反映1024個像素的灰度陰影，將DLP芯片輸入的視頻或圖像信號轉化為豐富的灰度圖像。所以，DLP 3D 打印具有高打印分辨率，可打印最小尺寸為 50 μm。由于半導體封裝材料不耐受紫外線，因此波長為405nm的LED燈是DLP 3D打印機的光源。DLP 3D打印是平面曝光，但曝光面積有限。目前可印刷尺寸為100*60mm至190*120mm。DLP 3D打印的優勢在于可以打印體積小、精度高的物體。

　　優缺點：高精度是 DLP 3D 打印的最大優勢。然而，為了保證高精度，投影的尺寸是有限的。因此，DLP 3D 打印只能打印小尺寸物體。另一方面，DLP 技術由德州儀器公司主導，價格高，因此，DLP 3D 打印機非常昂貴。由于DLP 3D打印技術具有精度高的特點，同時只能打印小尺寸的模型，因此主要應用于珠寶鑄造和牙科領域。

　　3、LCD光固化3D打印

　　縱觀所有光固化3D打印技術，從激光掃描SLA，到數字投影DLP，再到最新的LCD打印技術，主要區別在于光源和成像系統，而控制和步進系統幾乎沒有區別。DLP和LCD 3D打印技術最大的區別在于成像系統。對于 LCD 3D 打印技術，液晶顯示器用作成像系統。當對液晶施加電場時，它會改變其分子排列并阻止光通過。由于采用了先進的液晶顯示技術，液晶顯示的分辨率非常高。然而，在電場切換過程中，少量液晶分子不能重新排列，導致漏光微弱。

　　優缺點：LCD機很便宜，而且分辨率很好。但是液晶屏使用壽命短，需要定期更換，液晶3D打印的光強很弱，只有10%的光能從液晶屏穿透，90%的光被液晶屏吸收屏幕。而且，如上所述，局部漏光會導致底部光敏樹脂過渡曝光，需要定期清潔液槽。現在液晶3D光固化機應用于牙科、珠寶、玩具等領域。

　　4、CLIP光固化3D打印

　　2015年3月20日，由Carbon 3D Corp開發的CLIP技術(Continuous Liquid Interface Production)登上Science封面。該技術的關鍵是氧滲透膜的發明，該膜有助于氧滲透的連續印刷以抑制自由基聚合。CLIP 技術是 DLP 的一種先進技術。CLIP技術的基本原理并不復雜，底部的UV投射使光敏樹脂固化，而罐底的液態樹脂由于阻氧而保持穩定的液面，從而保證固化的連續性。底部的特殊窗口允許光線和氧氣通過。該技術最重要的優勢在于它可以以顛覆性的方式生產物體——比 DLP 3D 打印機快 25 到 100 倍，理論潛在打印速率可達 DLP 技術的 1000 倍，分層可以無限好。目前的3D打印需要將3D模型切割成很多層，類似于幻燈片的疊加，導致粗糙度無法消除。而CLIP技術的圖像投影可以是連續變化的，相當于幻燈片進化為疊加視頻。這是對 DLP 投影技術的巨大改進。

　　優缺點：可以說，CLIP技術才是真正的3D打印。是對目前3D打印技術的顛覆性技術。毋庸置疑，CLIP技術最大的優勢就是快速打印。盡管如此，仍有一些技術問題有待解決。到目前為止，通過CLIP技術實現快速打印，需要低粘度樹脂和空心模型。前者確保樹脂快速補充到印刷區域，而后者減少了每層所需的樹脂量。因此，對于高粘度樹脂和實體模型，CLIP 技術的效率不高。此外，透氧膜價格昂貴。

　　5、MJP光固化3D打印

　　MJP技術，也叫PolyJet，2000年由以色列公司Objet申請專利。MJP 3D打印可以高效打印模型，多組噴嘴協同工作。根據模型切片數據，工作時成百上千個噴嘴在平臺上逐層噴射液態光敏樹脂，打印噴嘴沿XY平面移動。當光敏樹脂噴涂到工作臺上時，滾筒會將噴涂樹脂的表面處理平整，UV燈將光敏樹脂固化。在完成第一層的噴印固化后，設備內置的工作臺會極其精準地降一層厚度，噴頭繼續噴出感光樹脂，進行下一層的印刷固化。重復，直到整個工件被打印出來。

　　優缺點：對于 MJP 3D 打印，由于有很多噴嘴，可以噴涂不同的材料。從而可以同時印刷多種材料、多色材料，滿足不同材料、不同顏色、不同剛度等要求。到目前為止，MJP 3D 打印是唯一可以打印多色模型的技術。MJP 3D打印具有非常高的加工精度，可打印層厚低至16微米。由于支撐材料是易熔或可溶的，因此去除支撐的過程是無損且容易的。因此，打印模型的表面是光滑的。最后，理論上，打印尺寸是無限的。但是，MJP 打印機機器非常昂貴。這些材料也很昂貴并且需要低粘度。MJP技術可應用于需要高加工精度的領域�，F在常用于珠寶鑄造、精密醫學等。

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