增材制造 (AM) 也称为 3D 打印，作为一种功能强大的工具可以有效提升许多行业的产品开发与制造速度。对于任何设计用于制造部件的工具来说，可靠性都至关重要，3D 打印也不例外。虽然 3D 打印在过去十年中取得了巨大的飞跃，但许多打印机仍因可靠性差而受到阻碍。在 3D 打印行业 2024 年调查中，增材制造领域的领导者将“机器和工艺可靠性”列为扩展 3D 打印应用的首要障碍。
遗憾的是，迄今为止，还没有任何可靠的量化信息可供客户据以做出购买决定。为了帮助解决这个问题，我们请全球领先的独立产品测试机构进行了一系列综合性能测试。选择一些立体光固化 (SLA) 3D 打印机作为测试对象，包括 Form 4 、Form 3+ 和两台成本相对较低的树脂 3D 打印机。这项测试旨在评估各打印机的打印成功率和可重复性。
据测定，Form 4 的打印成功率为 98.7%，而测试基准打印机的打印失败率是 Form 4 的 10－20 倍。
如需阅读测试方法的完整说明并查看测试结果，请下载白皮书。
虽然测试是由独立的第三方在其实验室完成，但 Formlabs 确定了测试过程中使用的测试和程序，目的是使所有打印机的测试标准化。这种标准操作程序 (SOP) 主要包括使用标准设置打印模型，并保持等效处理，在每个步骤中进行质量检查，以消除用户误差改变结果的风险。
按照标准操作程序，15 个模型分别在每个制造商的 5 台不同出厂条件的打印机中打印 3 次，每个品牌的打印机共打印 225 次，并记录打印的成功或失败。
打印机和材料
Form 4 生态圈包括 Form Wash 和 Form Cure ，以及构建板和自动分配树脂盒。测试 Form 4 时，使用了 Grey Resin V4。
为了充分了解不同的可用选项，本次测试选择了四种不同类型的 SLA 或树脂 3D 打印机 ，所有打印机的功能均基于光聚合。
- Formlabs Form 4
- Formlabs Form 3+
- 基准 A
- 基准 B
每台打印机都只使用最新的硬件（包括树脂槽和构建平台），同时，针对每台打印机选择的树脂都被确定为各自品牌生产的标准灰色树脂，并为该打印机做了广告宣传。
3D 模型和切片
从众多应用、尺寸和规格中选择了 15 种不同的 3D 模型，涵盖工程和制造应用、生物医学应用和牙科应用。大多数模型需要支撑，无法直接在构建板上打印。
使用标准设置时，PreForm（左）和 Lychee（右）中的自动生成支撑结构工具。
打印设置完成如下：
- 所有打印机的模型均通过 PreForm 的自动定向工具进行定向。
- 在用于 Formlabs 打印机的 PreForm 中生成支撑结构并完成最终切片，两台基准打印机则使用 Lychee Slicer 生成支撑结构并完成最终切片。
- 使用两种切片工具中的自动生成器工具生成支撑结构。
- 每种材料都使用了制造厂商推荐的设置。
- 层高为 100μm。
参阅白皮书的附录，了解每种打印机的完整设置。
标准操作程序
所有四台打印机都遵循同一标准操作程序，每种类型之间只需稍作修改。这包括：
- 每周检查专用打印机构建平台和树脂槽。
- 对于不具备自动分配树脂功能的打印机，每次打印前都要向树脂槽预填充树脂，填充高度略低于建议的最大填充高度。
- 在从队列中选择打印并开始打印之前，对耗材和配件进行检查。
- 然后让打印在不受干扰的情况下运行，除非打印输出错误。
- 记录下错误代码后，操作人员根据屏幕提示重置并继续打印，或确定打印失败并按需停止打印。
- 如果打印失败，则检查树脂槽中是否存在碎屑，必要时在下一次打印前进行清洁。
打印刚结束的 Form 3+ 打印测试部件，且仍保留在打印机中。
首次清洗后的 Form 3+ 打印测试部件，仍留有支撑。
移除支撑并固化后的 Form 3+ 打印测试部件。
打印完成后，采取以下操作：
- 打印完成后，立即拍摄打印机中的所有打印件。
- 必要时使用刮刀从构建平台上移除打印件。
- 在填充异丙醇 (IPA) 的 Form Wash 中清洗部件 5 分钟*。
- 部件拍照时，支撑结构仍在。
- 移除支撑。
- 将部件放入 IPA 清洗液中进行 10 分钟的第二次清洗。
- 按照制造厂商的说明在 Form Cure 中固化部件。
- 最后为部件拍摄一组照片。
*每种打印机类型的打印部件均清洗两次，每 100 次清洗后使用新 IPA，以防止 IPA 中的树脂饱和而失去功效。
每次打印后，都要确定打印的成功/失败，如果打印过程中出现明显问题，导致部件无法使用，则标记为失败。失败示例包括打印件未附着在构建平台上、分层、过度翘曲和模型部位未成型。轻微瑕疵，如细条纹或严重的支撑残留物，均可视为打印成功。
因翘曲而导致打印失败的示例。
可靠性测试结果
打印成功与失败
Form 4 和 Form 3+ 的失败率各为 1.3%，而基准 A 的失败率为 13.8%，基准 B 的失败率为 25.3%，表现最差。这些失败率往往直接影响部件成本、失效模式和影响分析 (FMEA) 以及许多其他重要标准。参阅白皮书，了解各个模型的失败详情。
打印失败率
据测定，Form 4 的打印成功率为 98.7%，与 Form 3+ 的打印成功率相当，而 Form 3+ 打印机经过五年的持续优化，现场性能也得到了提升。基准打印机 A 和 B 的打印成功率分别为 86.2% 和 74.7%，或相当于 13.8% 和 25.3% 的打印失败率（Form 4 为 1.3%）。由此可见，基准打印机的打印失败率是 Form 4 的 10－20 倍，其中基准 B 每四次打印就会失败一次。
这些结果均在实验室的最佳条件下获得，并且在所有四个测试打印机上都经过验证可以成功打印。值得注意的是，在实验室以外的其他条件下，使用用户生成模型的结果通常会全面降低。例如，在编写本报告时，Form 4 的现场打印成功率（由 Formlabs 测得）为 94%。
这些结果中不包括基准 B 中的两台打印机到货时已经损坏，必须更换后才能开始测试。在企业设置中，这会损失数个工作日，再加上故障排查、清理打印失败和重置打印机以重新尝试打印的工时。
打印机可靠性的影响因素有很多。在 Formlabs，这包括：
- 硬件：旨在降低剥离力、稳定环境、温度、自动诊断和监控
- 材料：高性能材料、经过验证的打印设置
- 软件：带有自动报警功能的优化打印设置
- 对每台新打印机样机进行验证和测试
| 打印机 | Form 4 | Form 3+ | 基准 A | 基准 B |
|---|---|---|---|---|
| 收货时损坏 | 0 | 0 | 0 | 2 |
| 打印目标数量 | 225 | 225 | 225 | 225 |
| 已完成的打印 | 225 | 225 | 225 | 216 |
| 失败打印件 | 3 | 3 | 31 | 55 |
| 失败率 | 1.3% | 1.3% | 13.8% | 25.3 |
| 发行年份 | 2024 | 2019 | 2023 | 2022 |
| 成型体积 | 7.9 × 4.9 × 8.3in | 5.7 × 5.7 × 7.6in | 7.8 × 4.7 × 8.6in | 8.6 × 4.8 × 9.3in |
| 测试时间成本 | 4500 美元 | 2500 美元 | 450 美元 | 650 美元 |
| 技术 | MSLA | 激光 SLA | MSLA | MSLA |
| 故障模式 | 缺块 (x2) 打印停止 (x1) | 缺块 (x2) 翘曲 (x1) | 打印件未附着 (x13) 分层 (x7) 缺块 (x6) 开裂 (x5) | 打印件未附着 (x31) 破裂 (x10) 缺块 (x6) 分层 (x5) 显示屏故障 (x3) |
| 非打印问题 | 过期固件 (x1) | 无 | 需要更换覆膜层 (x5) | 归位故障 (x7) LED 模块故障 (x1) 显示屏故障 (x2) |
| 因打印失败而损失的小时数 | 9 | 17 | >100 | >250 |
使用 Formlabs Form 4 进行可靠打印
在过去十年中，3D 打印机已成为许多专业人士的必备工具，这意味着对可靠打印机的需求比以往任何时候都要高，同时也需要来自公正第三方的性能数据，以便专业人士掌握所需的信息，做出明智的业务决策。
对于业余爱好者和非需求性应用，低成本的树脂 3D 打印机可能是一个具有成本效益的选择。但是，对于要求部件打印可靠、准确、无人工开销的专业人士来说，可靠性非常重要，Form 4 可以节省树脂和耗材、时间和人力，还可以避免令人头疼的问题和错过最后期限。
下载白皮书，阅读完整的测试参数和结果。了解 Form 4 并开始打印，或联系销售了解更多信息。
