3D 打印的分辨率意味着什么？

正在寻找高分辨率 3D 打印机吗？在 3D 打印和增材制造领域，人们经常会把“分辨率”挂在嘴边，但很少有人真正理解这一数值。XY 和 Z 分辨率对 3D 打印质量有何影响？什么是最小特征尺寸？以及应该如何选择打印层厚？

借助本综合指南，您将了解到 3D 打印机的分辨率会对打印结果产生怎样的影响，以及 SLA、FDM 和 DLP 3D 打印机之间的差异。

几十年来，提升分辨率一直都是技术发展的关键所在。近年来，电视机的像素数量翻了两番，从高清提高至 4K，且很快又提升到了 8K。手机、平板电脑以及其他带有屏幕的产品都会在规格表中标明分辨率，并将其视为一个重要的卖点。但这并非什么新鲜事。自从数字技术普及以来，分辨率竞赛就已经拉开帷幕，而打印行业正是最早的战场之一。

如果您曾经生活在上世纪八九十年代，那就一定还记得佳能、兄弟、惠普、爱普生和利盟等公司在打印速度和分辨率上的较量。这场较量从最初的每英寸 100×100 点 (DPI) 迅速升级到 300×300，然后是 600×600，最后达到了目前的行业标准 1200×1200 DPI。在当时，这些数值的含义清晰易懂；甚至单位也非常合理。遗憾的是，当打印应用中引入了另一个维度时，情况就变得复杂了。

在进行 3D 打印和增材制造时，我们需要考虑三个尺寸，即两个 2D 尺寸（X 和 Y 轴）以及 3D 打印专属的第三个 Z 轴尺寸。由于平面维度和 Z 轴维度通常会采用完全不同的控制机制，因此它们的分辨率并不相同，且需要分别处理。所以说，人们对“3D 打印分辨率”一词的含义以及预期的打印质量并不明确。

是什么造就了 3D 打印机的高分辨率？这个问题的答案并不唯一。3D 打印机负责生产 3D 部件，因此您必须至少考虑以下两个数值：XY 平面的最小特征尺寸和 Z 轴分辨率（打印层厚或层高）。Z 轴分辨率易于确定，因此经常会被厂家大肆宣传，但它与打印质量和表面光洁度的关系并不密切。而更为重要的 XY 分辨率（最小特征尺寸）需要通过显微成像进行测量，因此并不总是包含在规格表中。

实际上，这意味着您应该选择一款在（全部 3 个维度的）两个类别中都有出色表现的 3D 打印机。

自从第一台桌面级 3D 打印机面世以来，3D 打印技术经历了很多变化。如今，Form 3+ 等立体光固化 (SLA) 3D 打印机正在与熔融沉积成型 (FDM) 3D 打印机在桌面级设备领域展开激烈竞争。与塑料熔融打印机相比，树脂 SLA 3D 打印机的主要优势之一是打印质量，即 SLA 3D 打印机的打印效果明显更加光滑、细腻。虽然 SLA 打印机通常也能够支持更小的打印层厚，但打印质量出色的原因在于其 XY 分辨率更高。

不同于 FDM 3D 打印机，SLA 3D 打印机 XY 平面上的最小特征尺寸不受熔融塑料流动动力学的限制，而是与光学和自由基聚合动力学有关。虽然计算过程十分复杂（不在本文章讨论范围内），但得出的结论较为明确：SLA 打印件的特征尺寸可以与激光光斑直径一样小。而且激光光斑极小，尤其是与 FDM 打印机挤出机的喷嘴尺寸相比。

阅读关于 FDM vs. SLA 3D 打印机的深入指南，了解它们在打印质量、材料、应用、工作流程、速度、成本等方面的区别。

树脂 3D 打印机（如 SLA、LFS 和 DLP 技术）具有各类桌面级 3D 打印工艺中最高的分辨率。这三种工艺的基本单元形状不同，所以很难仅凭纸面上的规格来比较不同的机器。

DLP 3D 打印机的像素在构建区域中为固定矩阵，而基于激光的 SLA 和 LFS 3D 打印机可以将激光束聚焦在任意 XY 坐标上。这意味着基于激光的机器如果采用高质量的光学器件，即使激光光斑尺寸大于 DLP 像素尺寸，也能更精确地再现部件表面。

不过，无论选择哪种树脂 3D 打印工艺，专业级树脂 3D 打印机都应该能够捕捉到您所创建的最精细细节，从逼真的模型到复杂的珠宝均不在话下。

详细了解 SLA 和 DLP 3D 打印机之间的差异，并查看其在分辨率、准确度、精度、成型体积、表面光洁度、速度和工作流程方面的对比情况。

在 3D 打印领域，影响打印质量的因素主要是 XY 分辨率。人们经常会讨论 XY 分辨率（也称为水平精度）的定义，但却很少真正理解其含义，该值因 3D 打印技术而异：

• SLA 和 LFS 3D 打印机：水平精度取决于激光光斑尺寸与可控激光束的增量
• DLP 3D 打印机：水平精度也就是投影仪可在单层中重现的最小特征，由像素尺寸定义
• FDM 3D 打印机：挤出机在单层内的最小运动

根据经验，数值越小，生成的细节就越精细。然而，规格表中并不一定会提供此数值，即使提供了，公布的数值也不一定准确。如果要真正了解一台打印机的 XY 分辨率，了解这个数值背后的科学原理非常重要。

XY 分辨率对 3D 打印结果有什么实质性的影响？为了找到答案，我们决定对 Form 2 SLA 3D 打印机进行测试。Form 2 的激光光斑尺寸为 140 微米 (FWHM)，因此能够在 XY 平面上打印出精细细节。我们对该打印机进行了测试，以了解这一理想分辨率是否属实。

首先，我们设计并打印了一个模型，用以测试 XY 平面上的最小特征尺寸。该模型是一个矩形块，在水平、垂直和对角线方向上设计了宽度不同的线条，以避免方向偏差。线宽范围为 10 微米到 200 微米，步长为 10 微米，高度为 200 微米，相当于以 100 微米 Z 分辨率打印两层的效果。模型使用 Clear Resin 打印，在 IPA 池中清洗两次，并后固化 30 分钟。

固化后，我们将模型放在显微镜下，拍摄高分辨率照片以进行分析。我们首先使用 NIH 免费图像分析软件 ImageJ 对图像像素进行缩放，然后测量打印线条的实际宽度。我们针对每个线宽收集了 50 多个数据点，以消除测量误差和可变性。并使用两台不同的打印机打印并分析了三个模型。

将打印线宽从 200 微米减小到 150 微米时，理想值在测量值的 95% 置信区间内。当预期线宽小于 150 微米时，测量值的置信区间开始明显偏离理想值。这意味着打印机能够可靠地打印出小至 150 微米（大约相当于人类发丝粗细）的 XY 特征。

Form 2 在 XY 平面上的最小特征尺寸约为 150 微米，仅比 140 微米激光光斑大 10 微米。最小特征尺寸永远不会小于激光光斑尺寸，影响这一数值的因素有很多：激光折射、微污染物、树脂化学成分等等。考虑到打印机的整个生态圈，10 微米的差异微不足道。并非每台 3D 打印机公布的分辨率都是正确的，因此在选择适合您项目的打印机之前，最好进行大量的研究。

如果您的任务是需要打印出具有复杂细节的打印件，请选择具有可测量数据支持的 XY 分辨率打印机，而不能仅依赖一个数值。

在查看 3D 打印机规格表时，您会发现有一个值比其他任何值的出现次数都要多，那就是 Z 分辨率。垂直分辨率也称为打印层厚或层高，是早期 3D 打印机之间第一个主要的数值区分因素。早期机器的垂直分辨率很难突破 1mm 大关，但现在 FDM 3D 打印机的打印层厚可以达到 0.1mm 以下，而 LFS 和 SLA 3D 打印机则更加精确。

根据材料的不同，Formlabs 3D 打印机支持的打印层厚在 25 到 300 微米之间。我们可以通过选择不同的层高，在速度和分辨率之间取得理想的平衡。而重要的问题是：最佳打印层厚是多少？

高分辨率 3D 打印需要权衡利弊。打印层越薄意味着重复越多，这反过来又延长了打印时间：分别以 25 微米与 100 微米进行打印时，打印时间通常会增加四倍。更多的重复还意味着出错的可能性更高。例如，即使每层的成功率为 99.99%，如果假设一个打印层失败会导致整个打印失败，那么将分辨率提高四倍就会将打印成功率从 90% 降低到 67%。

较低的打印层厚则需要更多的时间和人工操作，并可能出现更多的错误。

分辨率越高（打印层越薄）就会获得越好的打印效果吗？不一定，这取决于要打印的模型和 3D 打印机的 XY 分辨率。一般来说，打印层越薄，打印时间也就越长，人工操作越多且出错率越大。实际在某些情况下，以较低分辨率（即较厚打印层）打印模型可以获得更高质量的打印效果。

较薄的打印层通常有助于实现对角线上更为平滑的过渡效果，这导致许多用户一概而论，极为推崇 Z 分辨率。但如果模型主要由垂直和水平边缘组成，只有 90 度角和少量对角线呢？在这种情况下，增加打印层数并不能提高模型质量。

如果有关打印机的 XY 分辨率并不全面，并且在绘制外边缘时出现“线外颜色”，则问题会更加复杂。层数越多，表面上不匹配的棱线就越多。虽然 Z 分辨率较高，但在这种情况下，模型的外观质量会大大降低。

尽管如此，我们有时还是需要用到更高的分辨率。如果打印机具有出色的 XY 分辨率，而模型具有复杂的特征和许多对角线边缘，那么降低打印层厚就能获得更优质的模型。此外，如果模型较短（200 或更少层），那么提高 Z 轴分辨率也能切实提高质量。

某些设计方案可以从提高 Z 轴分辨率中获得益处，其中包括有机形状、圆拱形状、小型浮雕和复杂雕刻。

一般来说，应尽量选择较厚的打印层，仅在完全有必要的情况下才提高 Z 分辨率。对于合适的打印机和特定类型的模型，较高的 Z 分辨率可以捕捉到复杂的设计细节。

在 PreForm 中，Formlabs 为用户提供了不同打印层厚的选择。根据材料和应用要求，可以利用以下层高打印部件： 200、160、100、50 和 25 微米。

在了解 3D 打印分辨率并理清技术与打印件方面上的差异后， 我们希望您可以更轻松地选择适合您工作流程与所需产量的 3D 打印机。

要探索下一代 SLA 3D 打印，请了解更多关于 Form 3 和 Form 3L LFS 3D 打印机的信息。

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