北京化工大學(xué)：5種光固化3D打印技術(shù)橫向?qū)Ρ?/a>

2020年3月25日，南極熊從外媒獲悉，北京化工大學(xué)的研究人員于2019年12月發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論文“Photo-curing 3D printing technique and its challenges”，分析了當(dāng)前流行的光固化3D打印技術(shù)（SLA，DLP，LCD，CLIP和MJP技術(shù)）。

光固化3D打印技術(shù)已經(jīng)非常常見(jiàn)，具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，比如速度快、精度高、表面質(zhì)量好等，對(duì)于牙科等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用。但是，由于使用的材料是光敏樹(shù)脂，仍然存在很多挑戰(zhàn)，比如零件和原型可能會(huì)變脆，變形，對(duì)天氣的抵抗力差以及生物相容性差。

該論文研究對(duì)比了相對(duì)成熟和商業(yè)化的光固化3D打印技術(shù)，并討論了其優(yōu)勢(shì)、弊端以及未來(lái)的潛在應(yīng)用。

SLA 技術(shù)

立體光刻技術(shù)（SLA）由查爾斯·赫爾（Charles Hull）發(fā)明，是全球最早的3D打印技術(shù)之一.

赫爾的3D打印半身像以及赫爾發(fā)明的首款3D打印機(jī)SLA-1

在論文中，研究人員表示：“一般情況下，SLA 3D打印機(jī)所使用的紫外光波長(zhǎng)是355 nm，光源位于樹(shù)脂槽上方，并且曝光方向是從頂部開(kāi)始，液態(tài)樹(shù)脂在被激光束掃描時(shí)會(huì)固化。在固化一層樹(shù)脂之后，平臺(tái)會(huì)下降一段距離（與打印層厚一致），逐層重復(fù)進(jìn)行固化，直到打印出3D固體對(duì)象”。

△圖片源于網(wǎng)絡(luò)，非論文附圖

研究人員還指出，由于激光束可以覆蓋比較大的空間，因此可以大規(guī)模打印大型模型。但是，由于增加構(gòu)建大小時(shí)速度降低而存在一個(gè)缺點(diǎn)。

SLA的其他缺點(diǎn)包括樹(shù)脂數(shù)量有限，以及分辨率低的問(wèn)題。但是，它對(duì)于牙科，模具，汽車(chē)和航空航天組件等應(yīng)用仍然非常有用。

DLP技術(shù)

數(shù)字光處理（DLP）3D打印的光源來(lái)自投影儀，這項(xiàng)技術(shù)也已經(jīng)存在了大約20年了。以創(chuàng)新的DLP芯片為核心，使用戶能夠以極高的精確度創(chuàng)建小型物體。

自由基光敏樹(shù)脂通常用于DLP中，雖然可以保證精度和精確度，但由于尺寸限制以及DLP 3D打印機(jī)價(jià)格昂貴這一事實(shí)而存在缺點(diǎn)。研究人員將其推薦用于珠寶鑄造和牙科等應(yīng)用。

△圖片源于網(wǎng)絡(luò)，非論文附圖

LCD技術(shù)

液晶顯示器（LCD）3D打印以液晶顯示器為核心，為用戶提供高分辨率。

研究人員在文中表示：“在電場(chǎng)切換期間，少量液晶分子無(wú)法重新排列，從而導(dǎo)致弱漏光，這導(dǎo)致LCD打印技術(shù)的精度不如DLP?！?br />

△圖片源于網(wǎng)絡(luò)，非論文附圖

“除了打印精度外，DLP和LCD 3D打印之間的主要區(qū)別在于光強(qiáng)度。眾所周知，光強(qiáng)度是光聚合的重要因素，它決定了打印的速度和固化程度。因此，只有增加光引發(fā)劑的量或延長(zhǎng)曝光時(shí)間，用于DLP 3D打印的光敏樹(shù)脂才能用于LCD 3D打印。”

LCD價(jià)格適中，分辨率高。但是，必須定期維護(hù)和更換LCD光源。光強(qiáng)度微弱，有可能發(fā)生“漏光”，必須經(jīng)常清潔水箱。盡管如此，作者還是建議將LCD用于玩具，珠寶和牙科產(chǎn)品的制造。

CLIP技術(shù)

Carbon出名的連續(xù)液體界面生產(chǎn)（CLIP）技術(shù)，實(shí)際上目前已經(jīng)更名為Digital Light Synthesis（DLS）。

CLIP技術(shù)的基本原理并不復(fù)雜，底部的紫外線投射使光敏樹(shù)脂固化，而液槽底部的液態(tài)樹(shù)脂由于抑制了氧氣而保持了穩(wěn)定的液面，從而確保了固化的連續(xù)性。研究人員說(shuō)：“底部的特殊窗口允許光和氧氣通過(guò)?！?br />

CLIP技術(shù)，圖片來(lái)自Carbon  

△圖片源于網(wǎng)絡(luò)，非論文附圖

CLIP技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)之一是打印速度成倍增長(zhǎng)（高達(dá)25到100倍），而打印的潛力比DLP快1000倍。

MJP技術(shù)

多噴射打?。∕JP）大約有20年的歷史，它為工業(yè)用戶提供了一種效率越來(lái)越高的系統(tǒng)，它具有多個(gè)噴嘴來(lái)噴射液態(tài)光敏樹(shù)脂?？梢酝瑫r(shí)打印多種顏色的多種材料，并且準(zhǔn)確性很高。不僅如此，打印尺寸沒(méi)有限制！但是，缺點(diǎn)包括設(shè)備和材料的承受能力不足。研究人員今天推薦MJP用于“精密醫(yī)療”應(yīng)用和珠寶鑄造。

△圖片源于網(wǎng)絡(luò)，非論文附圖

△不同的光固化3D打印技術(shù)的特征

總之，研究人員指出：“光敏樹(shù)脂的有限性能和3D打印技術(shù)的瓶頸限制了光固化3D打印的應(yīng)用。 一旦解決了諸如快速固化，大尺寸和高粘度樹(shù)脂打印等技術(shù)問(wèn)題，以及高性能材料，生物相容性材料和可降解材料的開(kāi)發(fā)，光固化3D打印將具有廣闊的前景?！?br />
編譯自：3dprint