高速 3D 打印机：比较 FDM、SLA 和 SLS 的 3D 打印速度

立体光固化可描述多种不同的树脂 3D 打印工艺，这些工艺涉及用光固化液态树脂，最常见的是通过底部透明的槽，直接在放入槽中的构建平台上倒置逐层打印部件。这些工艺包括：激光驱动立体光固化 (SLA)、数字光处理 (DLP) 或掩模立体光固化（MSLA，也经常与 LCD 3D 打印交替使用）。

通常打印速度因树脂 3D 打印工艺的类型而异，其中最快的类型是 MSLA 和 DLP 技术。最新一代的 MSLA 3D 打印机，如 Formlabs 的 Form 4 和 Form 4L，依靠强大的打印引擎和先进的光学系统，几乎可以瞬间固化每一层。

• 对于单个部件和充分打包成型而言，SLA 的打印速度可能接近。激光 SLA 打印机中的激光必须移动较远距离才能固化树脂，而 MSLA 和 DLP 则几乎在瞬间固化每一层。由于整个打印层是一次性固化的，因此包含许多部件的打印与只包含一个部件的打印在速度上几乎没有差别，从而实现了更高的产量。
• SLA 打印机的打印速度受打印机组件的影响。打印引擎和光学系统的质量和性能会影响到达树脂槽的光线量，并直接影响打印时间。但其他因素，如 Form 4 的双层柔性覆膜层树脂槽、剥离纹理、高速自动树脂填充和快速树脂加热功能，也缩短了整体打印时间。
• SLA 打印需要进行后处理，但大部分都可以自动完成。打印后，SLA 部件需要用酒精或乙醚清洗，以清除多余的树脂，有些部件还需要后固化，以帮助其达到最佳的材料性能。这两个步骤都可以通过先进的后处理解决方案自动完成。

Form 4 和 Form 4L 经过精心设计，支持专门设计的材料（如 Fast Model Resin），打印速度快至 100 毫米/小时。大多数 Form 4 可以在两小时内使用任何材料完成打印，每天可进行多次设计迭代。使用 Form 4L，大多数构建可在六小时内完成。即使是打印机等高的成型，或覆盖整个构建平台的多件大批量生产，也能在一天内完成打印，从而实现大型部件的当天迭代或大批量生产。

随着时间的推移，所有 3D 打印工艺的速度都在加快，但树脂打印技术的进步却无人能及。当这种速度日复一日、周复一周地叠加时，产量效益就非同一般了。Form 4 和 Form 4L 现在可以与注射成型等高产能技术相媲美。仅需数小时即可完成多次完整成型，每天可多次打印，其产量可与中等产量的注射机相当，而无需高昂的前期模具成本。

SLS 3D 打印机比 FDM 3D 打印机速度更快，因为其高功率激光可以直接照射到每一层粉末，并以快于挤出机喷嘴在 FDM 打印床上的移动速度扫描粉末。不过，激光器的移动速度仍然比 DLP 或 MSLA 树脂 3D 打印技术中的光源闪烁速度慢。

虽然从技术上讲这并非打印速度，但 SLS 3D 打印工艺还必须考虑成型室的冷却时间，由于激光在如此高温下烧结粉末，成型室必须在后处理之前冷却，这可能会增加部件的整体交付周期。

不过，SLS 部件的打印和加工综合时间往往并非生产重点。虽然单个部件的打印时间可能长于其他技术，但由于 SLS 3D 打印机的成型体积较大，且自支撑打印床支持部件“嵌套”，因此即使仅使用一台打印机，客户也能充分打包成型室内部件，并达到相应生产量，因此 SLS 3D 打印机的整体产量非常出色。

例如，在 Fuse 1+ 30W 上进行充分打包的打印任务可以在“停机时间”内隔夜完成，而冷却则可以在白天于打印机外完成，从而实现了当天部件交付和全天候生产。

• SLS 3D 打印速度取决于部件尺寸。 因为激光需要跟踪的区域较大，沿 X/Y 轴较大的部件需要较长的打印时间。通过优化 Fuse 1+ 30W 的激光路径以提高效率，Formlabs 成功地将打印时间缩短了 25%。
• SLS 打印机的打印速度受打印机组件的影响。打印速度在很大程度上取决于激光功率。例如，Fuse 1+ 30W 使用强大的 30W 激光功率，实现了高贯穿性。常规打印任务仅需 7 小时，95% 的充分打包打印任务可在 14 小时内完成。
• SLS 部件需要进行后处理，但其效率非常高。由于许多步骤可以通过 Fuse Sift 和 Fuse Blast 等机器自动完成，而且无需移除支撑，因此 SLS 后处理时间也很短，仅需短短 15 分钟，用户即可完成从打印到获得专业部件的过程。

虽然 SLS 3D 打印并不是以最快速度制造单个部件的最佳选择，但由于其兼具单件成本低、生产率高、后处理效率高和材料成熟等特点，SLS 成为制造商的热门选择，也是小批量或过渡生产中注射成型的一种经济高效的替代方案。

由于每种 3D 打印技术均逐层生产部件，因此沿 Z 轴打印的尺寸越大，打印所需的时间就越长。

然而，更大的部件尺寸或沿 X 轴和 Y 轴构建更多部件并不一定会增加打印时间。与喷嘴需要移动更长的距离 (FDM) 或单独跟踪部件（基于激光的 SLA、SLS）的技术相比，一次固化整个打印层的 3D 打印工艺（MSLA、DLP）将更快地打印大型部件并完成充分打包成型。

了解如何衡量 3D 打印的分辨率，在各种技术中均涉及在 3 个轴上分析打印部件：Z（垂直）和 X/Y（水平）。Z 轴分辨率受层高的影响很大，而 X/Y 轴分辨率则受多种不同因素的影响，具体取决于您使用的 3D 打印技术。

层高（Z 轴分辨率）会影响所有类型 3D 打印机的速度。如果打印层较厚，则需要打印的整体层数就会减少，从而缩短整体打印时间。

对于 FDM 3D 打印机来说，需要在打印时间和分辨率之间进行严格权衡。打印层越厚，需要打印的总层数就越少，从而减少了总体打印时间，但也会导致层线更明显和表面光洁度较差。

一些 FDM 打印机为用户提供了提高挤出机沉积丝材或在成型区域移动速度的选项。此外，用户还可以安装更大的喷嘴，以便更快地沉积更多材料，但这会降低 X/Y/Z 分辨率。然而，上述每种方案都会导致精度和分辨率降低、表面光洁度变差以及其他不良结果。

无论层高如何，SLA 3D 打印机都能提供高分辨率。树脂打印机可以将光线极其精确地照射到液态树脂上，即使打印层较厚的部件，也能实现极佳的表面光洁度。虽然层线在曲面上可能会略微明显，但对于大多数部件来说，以 50 微米和 100 微米层高打印的部件几乎没有任何明显的区别，这就证明了 2 倍打印时间的合理性。X/Y 分辨率取决于投影仪或 LCD 显示屏的分辨率，或激光光斑尺寸及其精确控制程度－这些都由硬件规格决定，通常优于所有其他工艺（50 微米或以下）。

与 SLA 类似，SLS 3D 打印机的分辨率也无需用户过分关注。SLS 3D 打印机使用的激光可以精确地熔合颗粒，打印部件一般不会有任何可见的层线。大多数 SLS 打印机甚至不支持用户更改分辨率，即 Z 分辨率不可调，而 X/Y 分辨率则由硬件规格规定。

材料选择会对整个打印时间产生显著影响。FDM、SLA 和 SLS 3D 打印机均可打印聚合物，但加热/挤出、固化和烧结是截然不同的过程。

对于 FDM 3D 打印机来说，丝材类型会对 3D 打印速度产生很大影响。一般来说，易于打印的材料，如 PLA 和 PETG 是打印速度最快的丝材。ABS 和尼龙等工程材料的打印速度稍显落后。然而，诸如 TPU 等柔性材料需要大幅降低打印速度，以确保更高的打印成功率。

在使用 FDM 3D 打印机打印时，开始时最好使用较慢的打印设置，以确保前几层能正确附着在打印床上（以及打印层间），然后再提高速度。更快的打印速度也更容易导致打印失败和整体打印质量下降，了解如何在快速 FDM 3D 打印机上优化打印质量需要不断试错。

在 SLA 3D 打印中，树脂的不透明度以及树脂制造商添加的光引发剂和其他固化剂的浓度都会影响打印速度。

例如，Fast Model Resin 是 Formlabs 打印速度最快的树脂，具有更高浓度的光引发剂，在 Form 4 上的打印速度超过每小时 100mm。从而在几分钟内打印出较小模型，并在两小时内完成充分打包的成型。

一般来说，透明树脂的打印时间稍快，因为其固化深度更大，这意味着光源固化每一层所需的时间更短。此外，如玻璃填充树脂或牙科中用于义齿的树脂等高粘度树脂，打印速度通常慢于低粘度树脂。与 FDM 类似，柔性材料的打印速度也比刚性材料慢。

在 SLS 3D 打印机中，尼龙 12 是使用最广泛的材料，通常也是速度最快的材料，但所有其他材料的打印速度都不相上下，包括柔性材料。

虽然人们普遍认为 3D 打印并不具有复杂性（与加工或注射成型等传统工艺相比），但在打印速度方面却并非完全如此。

对于 FDM、基于激光的 SLA 和 SLS 3D 打印机来说，模型复杂度对打印时间有轻微的负面影响。原因类似于 X/Y 部件尺寸对某些打印机的打印速度影响比其他打印机更大：这些打印机必须逐层绘制或跟踪部件的几何形状，这对更复杂的形状来说需要更长的时间。不过，由于 MSLA 和 DLP 打印机一次固化整个打印层，因此部件复杂程度提高并不等于速度更慢。

另一个通常更为重要的方面是支撑结构。在 FDM 和 SLA 打印中，通常需要支撑结构才能成功打印出更复杂的部件，如具有许多悬垂特征的部件。打印任务完成后，需要移除支撑结构，并打磨后处理部件中的任何不规则部分。

_{Formlabs SLA 3D 打印机使用易于移除的轻触式支撑，减少了后处理。}

支撑结构不仅会增加后处理时间和宝贵材料的使用量，而且还会延长打印时间，尤其是在 FDM 和单激光 SLA 3D 打印机中。

SLS 3D 打印不要求使用支撑结构，因为未烧结的粉末可使打印结构保持原位。因此，SLS 打印任务不会在创建支撑上浪费任何粉末或时间。