光固化列印機發展簡介
- 光固化（Photocuring)，指單體、低聚合基質在UV光誘導下的固化過程。用特定波長的光線或是UV雷射光聚焦在光固化材質表面，讓他開始凝固，由點到面(SLA)，或是面到面(DLP、LCD)的堆疊過程。
- 光固化3D列印使用材料是液態的“樹脂”，跟FDM(熱熔積層)使用的塑膠線材兩者在材料的選用上有著極大的差異。
- 光固化3D列印運用光線的原理，因此就物理層面上可以列印的層厚比FDM細緻許多，最細緻的表面甚可到光固化列印機雖然有分SLA、DLP以及LCD，但是成型的觀念是一樣的。
光固化3D列印機種類:
關於SLA
- SLA (Stereolothography)是最早見(3DS於1986年美國申請專利)的技術，運用UV雷射光以及振鏡(Galvanometer)去固化樹脂。雷射振鏡可以想像說他是像鏡子一樣去反射引導雷射光班(Laser Beam)的方位。
- SLA光固化3D列印機放射雷射光時是以點對點的方式射到液態樹脂上形成固化層。
- 傳統SLA的振鏡通常會有兩個反射鏡(scanning mirror)，一個位於X軸上，另一個位於Y軸上，馬達會將雷射瞄準射向指定的列印坐標，令那個地方的樹脂固化成形。現在有Low-force Laser技術，只使用一個反射鏡，且振鏡可移動，盡量讓光班成90度減低應力產生。
SLA的優勢
- SLA 是目前最精準的列印方式之一。
- 可以製作細節豐富高精度的樣品。最細的層厚可達到25um以下。
- SLA可以說是目前最精細的加工法之一，一英吋以下精度+/- 0.005英寸(0.1227mm)，而後是+/-0.002每英吋。
- 可以列印非常平滑的曲面。
- 相對簡單的列印大面積物件，不犧牲精準度的狀況下可到50 x 50 x 60 cm
SLA的劣勢
- 列印時間久。(可變光斑克服)
- 因為機組零件的關係，價格相對較高
關於DLP
- DLP （Direct Light Processing）光固化3D列印機是運用光線投影機的列印方式。
- DLP 3D列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。
- 投影機內的主要晶片Digital Micromirror Device(DMD)，可以說是DLP列印機的心臟，DMD由數以千計的微小鏡子所組成，由切層軟體切層後的單層已片由這顛投射出固化樹脂。
- 每一層的列印精度被稱之為體積像素(Voxel)(等2D世界的Pixel)，Voxel的多寡決定精細度。
- 是以層疊式打印，3D模型首先會被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。
- 由於DLP使用投影影器把光線將每一層的單一影像照射打印平台上，所以每層的圖像都是以由稱為像素的細小正方形所形成。
- 如果焦距可以調整，不論大小，投影出來的像素皆是一致的，代表越小的物件，DLP列印機可以有更好的呈現。
DLP的優勢
- DLP在一定的尺寸範圍內可以說是又快又好的列印方式。
- 因為是以單層至測固化，因此在印大量反覆物件時，速度較快，同時精度可達到50um以下。
DLP的劣勢
- DLP的劣勢也是因為優勢而來，因為採用體素列印，因此像是樂高一樣一層依堆積起來，因此在某些表現上會有像素紋的出現。
- 因為DLP使用的是投影機的成形方式，因此會有邊角變形的狀況發生。
關於LCD
- Liquid Crystal Display(LCD)近期發展的新技術，以LED發光遮罩固化樹脂。
- 運用LCD螢幕來控制每一層的列印位置。
- 因此列印的精細度取決於LCD螢幕的解析度，目前主流的機器仍是採用5-6吋左右手機螢幕大小的LCD，因此主流的列印大小也與手機大小類似。
- 列印樹脂所需能量較小，較易固化及生產。
LCD的優勢
- 相較於前兩項技術而言非常便宜。
- 運用LCD螢幕的解析度來分層列印，因此有2K、4K等列印精細度不斷推陳出新。
- 速度較快，同時精度可達到50um以下。
LCD的劣勢
- LCD的劣勢與DLP一樣也是因為優勢而來，因為採用體素列印，因此像是樂高一樣一層依堆積起來，因此在某些表現上會有像素紋的出現。
- LCD有使用壽命，一般為500小時即須更換。
SLA vs DLP vs LCD 比較
| SLA | DLP | LCD | |
| 光源 | 雷射光 | 投影機 | 投影機 |
| 可列印範圍 | 較大 | 受投影機像素影響 | LED光源 LCD遮罩 |
| 速度 | 較慢 | 快 | 與DLP同樣 |
| 精細度 | 平均較佳 | 小物件優 | 視pixel值而定 |
| 像素紋 | 無 | 需透過軟體修正 | 較明顯像素紋，可透過軟體修正 |
| 列印細節 | 大物件或是需要精細細節較優 | 小物件又複雜結構且需要大量反覆列印較優 | 視解析度而定 |
| 相對列印價格 | 高 | 低 | 非常低 |
如果對尺寸及精細上的考量，那工業級的SLA會是您的首選；如果對列印件表面有所考量，桌上型SLA會是一個好選擇；如果對品質、精細度、成本及速度有要求，DLP絕對是您首選；如果您剛開始接觸還不想花太多經費或是對3D光固化列印有興趣的玩家，則可以選擇LCD。
(Photo credits: Formlabs)
