北京化工大学：5种光固化3D打印技术横向对比
近日笔者从外媒获悉，北京化工大学的研究人员于2019年12月发表了一篇学术论文“Photo-curing 3D printing technique and its challenges”，分析了当前流行的光固化3D打印技术（SLA，DLP，LCD，CLIP和MJP技术）。
光固化3D打印技术已经非常常见，具有非常多的优点，比如速度快、精度高、表面质量好等，对于牙科等领域具有很好的应用。但是，由于使用的材料是光敏树脂，仍然存在很多挑战，比如零件和原型可能会变脆，变形，对天气的抵抗力差以及生物相容性差。
该论文研究对比了相对成熟和商业化的光固化3D打印技术，并讨论了其优势、弊端以及未来的潜在应用。
立体光刻技术（SLA）由查尔斯·赫尔（Charles Hull）发明，是全球最早的3D打印技术之一.
赫尔的3D打印半身像以及赫尔发明的首款3D打印机SLA-1
在论文中，研究人员表示：“一般情况下，SLA 3D打印机所使用的紫外光波长是355 nm，光源位于树脂槽上方，并且曝光方向是从顶部开始，液态树脂在被激光束扫描时会固化。在固化一层树脂之后，平台会下降一段距离（与打印层厚一致），逐层重复进行固化，直到打印出3D固体对象”。
△图片源于网络，非论文附图
研究人员还指出，由于激光束可以覆盖比较大的空间，因此可以大规模打印大型模型。但是，由于增加构建大小时速度降低而存在一个缺点。SLA的其他缺点包括树脂数量有限，以及分辨率低的问题。但是，它对于牙科，模具，汽车和航空航天组件等应用仍然非常有用。
数字光处理（DLP）3D打印的光源来自投影仪，这项技术也已经存在了大约20年了。以创新的DLP芯片为核心，使用户能够以极高的精确度创建小型物体。
自由基光敏树脂通常用于DLP中，虽然可以保证精度和精确度，但由于尺寸限制以及DLP 3D打印机价格昂贵这一事实而存在缺点。研究人员将其推荐用于珠宝铸造和牙科等应用。
△图片源于网络，非论文附图
液晶显示器（LCD）3D打印以液晶显示器为核心，为用户提供高分辨率。研究人员在文中表示：“在电场切换期间，少量液晶分子无法重新排列，从而导致弱漏光，这导致LCD打印技术的精度不如DLP。”
△图片源于网络，非论文附图
“除了打印精度外，DLP和LCD 3D打印之间的主要区别在于光强度。众所周知，光强度是光聚合的重要因素，它决定了打印的速度和固化程度。因此，只有增加光引发剂的量或延长曝光时间，用于DLP 3D打印的光敏树脂才能用于LCD 3D打印。”
LCD价格适中，分辨率高。但是，必须定期维护和更换LCD光源。光强度微弱，有可能发生“漏光”，必须经常清洁水箱。尽管如此，作者还是建议将LCD用于玩具，珠宝和牙科产品的制造。
Carbon出名的连续液体界面生产（CLIP）技术，实际上目前已经更名为Digital Light Synthesis（DLS）。
CLIP技术的基本原理并不复杂，底部的紫外线投射使光敏树脂固化，而液槽底部的液态树脂由于抑制了氧气而保持了稳定的液面，从而确保了固化的连续性。研究人员说：“底部的特殊窗口允许光和氧气通过。”
CLIP技术，图片来自Carbon
△图片源于网络，非论文附图
CLIP技术的最大优点之一是打印速度成倍增长（高达25到100倍），而打印的潜力比DLP快1000倍。
喷射打印（MJP）大约有20年的历史，它为工业用户提供了一种效率越来越高的系统，它具有多个喷嘴来喷射液态光敏树脂。可以同时打印多种颜色的多种材料，并且准确性很高。不仅如此，打印尺寸没有限制！但是，缺点包括设备和材料的承受能力不足。研究人员今天推荐MJP用于“精密医疗”应用和珠宝铸造。
△图片源于网络，非论文附图
△不同的光固化3D打印技术的特征
总之，研究人员指出：“光敏树脂的有限性能和3D打印技术的瓶颈限制了光固化3D打印的应用。一旦解决了诸如快速固化，大尺寸和高粘度树脂打印等技术问题，以及高性能材料，生物相容性材料和可降解材料的开发，光固化3D打印将具有广阔的前景。”
论文原文
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X19300714
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