树脂 3D 打印机指南：SLA、DLP、MSLA 与 LCD 比较

3D 打印的分辨率很难在不同机器和制造商之间进行表征和标准化。究其原因，打印质量和精度取决于诸多因素，如用于固化树脂的光线尺寸、形状和功率分布，以及树脂的散射、渗出和聚合特性。例如，有些树脂比其他树脂更容易散射光，这会导致树脂固化时产生额外光线，降低打印细致特征的能力。

分辨率（在纸墨打印机中曾称为“每英寸点数”或 DPI）为覆盖 X 轴和 Y 轴的油墨，易于理解。但随着 3D 打印技术的广泛应用，Z 轴的加入使 3D 打印分辨率的定义和测量标准变得更加复杂。

如需明确最高分辨率的 3D 打印技术和制造商，既要考虑打印机在 XY 平面上专门跟踪部件的能力，也要考虑 Z 轴的最小层高。然而，跟踪预期图案的具体能力取决于多个因素。

激光驱动型 SLA 3D 打印机的分辨率由四个因素决定：激光光斑大小、激光光斑的功率分布、振镜在 XY 平面上定位光的精度以及 Z 轴最小层高。

乍看之下，激光光斑尺寸似乎表示可能的最小特征尺寸，但事实并非如此。如果整个部件由单个圆点或球体组成，那么最小特征尺寸则由激光光斑尺寸决定，因为激光无法固化小于光斑尺寸的物体。但是，圆点或小型球形部件并不现实。对于实际部件，激光可以追踪比其光斑尺寸更小的形状和特征，因为它可以在 XY 平面上以小于其光斑尺寸的增量移动，即追踪非常小的特征“外部”。

例如，Form 3+ 的激光光斑尺寸为 85 微米，但水平精度为 25 微米。在此，水平精度是指打印机在 XY（水平）平面上的打印精度。

DLP 3D 打印机的分辨率由像素尺寸（X 和 Y 测量值）、光的功率和均匀性、抗锯齿的使用以及 Z 轴最小层高决定，这与激光驱动型 SLA 打印机类似。

像素尺寸越小，分辨率越高，这与我们熟悉的电视或手持电子设备等技术类似。在 DLP 3D 打印中，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。这取决于投影仪的分辨率（最常见的为全高清 (1080p)）以及投影仪与光学窗口之间的距离。所以，大多数桌面级 DLP 3D 打印机有固定的水平精度，一般在 35 到 100 微米之间。

DLP 3D 打印机的分辨率会随着成型体积的增大而降低，因为目前尚无投影仪可以提供更多像素。因此，在像素数量不变的情况下，制造商不得不增加与光源的距离，从而导致分辨率和打印质量下降。 

MSLA 3D 打印机的分辨率取决于 LCD 的像素大小、光源的准直度和均匀性、抗锯齿的使用以及 Z 轴最小层高。 

与 DLP 3D 打印机类似，像素越小，分辨率越高。但像素变小只是其中一个因素。MSLA 打印机需要高度准直（即光线平行）的光线，以便在光线通过 LCD 屏幕的像素时不会扩散。光线还必须非常均匀，这样在通过 LCD 屏幕上的每个像素时才能以相同的光功率固化树脂。

幸运的是，Z 轴最小层高并不复杂，大多数树脂 3D 打印机的标准层高在 25 到 200 微米之间。对于倒置式树脂 3D 打印机，层高由构建平台和树脂槽底部之间受挤压树脂的垂直深度决定，实际上也就是每层固化树脂的高度。 

简而言之，分辨率在树脂 3D 打印中真的重要吗？答案是肯定的，但分辨率本身往往只是一项虚荣指数。分辨率提供一定程度的指示，但不一定与准确性、精度和打印质量直接相关。更高的分辨率（XY 维度上更小的像素或激光光斑尺寸和 Z 维度上更小的层数）通常也会导致速度甚至可靠性大幅降低（因为层数更多则错误可能性增加）。

如需查看实际案例，请阅读我们的研究报告，其中评估了具有不同分辨率的 SLA 和 MSLA 3D 打印机在表面光洁度、尺寸精度和最小特征尺寸方面的表现。

由于 3D 打印是一种增材工艺，因此每一层都有可能造成尺寸误差。随着每一层的形成，与横截面预期形状的微小偏差都可能会加剧，从而影响整体精度。精度取决于许多不同因素：3D 打印工艺类型、硬件设计、树脂特性、打印设置和后处理工作流程。一般来说，树脂 3D 打印机是最为准确精密的 3D 打印工艺。精度和准确性的差异更多取决于模型和制造商，而不是技术。

在树脂 3D 打印中，影响精度的第一个主要因素是打印机的光学性能，特别是固化树脂的光斑尺寸、形状和均匀性。专业级激光 3D 打印机（如 Form 3+ 和 Form 3B+）均使用高质量振镜和大量校准，以确保激光精确地照射到树脂上的预定光点，并沿着激光路径无偏差地移动。

DLP 3D 打印机的精度受到光投射仪的分辨率和功率以及微镜装置的质量和校准的影响。通常还会受限于构建边缘像素失真，这是因为微镜装置必须将光线投射到离光源更远的位置。

LCD 和 MSLA 3D 打印机的精度受光源的均匀性和准直度以及 LCD 屏幕像素尺寸和质量的影响。大多数 LCD 打印机都在光源上安装了透镜，但很多透镜都非常简陋，可能导致光线不均、暗点或变形，从而制造出不精确的部件。LCD 的质量也很关键，质量越好，意味着 LCD 对软件编程的响应越快，从而可以快速获悉遮光和透光位置。

Formlabs 的 Light Processing Unit 4 (LPU 4) 包括定制 LCD 屏，像素尺寸为 50μm，具有预调抗锯齿功能，尺寸精度极高。Form 4 的背光模块使用 60 个 LED 和平面凸透镜阵列以及光学挡板，产生超高功率的均匀区域投影光，即使在高功率下也能产生高度准直和均匀的光。

影响精度的第二个主要因素是部件在打印过程中受到的力。所有倒置式树脂打印机都会产生两种打印力。剥离力发生在每一层的剥离过程中，这是因为随着构建平台上升，固化层与树脂槽分离，然后开始固化新一层。当构建平台下降并将打印件沉入液态树脂池时，每一层树脂上都会产生挤压力。这些力会导致层移动和变形，最终降低尺寸精度。

有些打印商使用基本的柔性覆膜层树脂槽，这种树脂槽能与固化层平缓分离，将剥离力降至最低。虽然这些树脂槽能减少剥离力，但存在两个关键问题。这些树脂槽所用覆膜层并不耐用，容易损坏，因此需要经常更换。而且还容易产生吸力，即柔性覆膜层吸附在 LCD 屏幕上，导致剥离力骤增。

专业级 MSLA 打印机 Form 4 和 Form 4L 采用双层柔性覆膜层树脂槽，可将剥离力降至最低，而且非常坚固耐用，不易损坏。此外，Form 4 和 Form 4L 还采用了一种名为剥离纹理的专有微纹理光学覆膜层，可在树脂槽和 LCD 屏幕之间提供气流，防止吸附并提高精度。

Form 4 MSLA 3D 打印机的剥离纹理可在树脂槽和 LCD 屏幕之间提供气流，防止吸附并提高精度。

影响精度的最后一个主要因素是打印机内液态树脂的特性。液态树脂的固化过程取决于许多变量，包括树脂温度、均匀性、散射、粘度等。其中任何一个变量的微小变化都可能导致树脂固化量的增加或减少，从而导致固化层的尺寸或形状出现多达数百微米的偏差。大多数树脂 3D 打印机无法控制这些变量，导致尺寸精度经常发生不可预测的变化。

Form 4 和 Form 4L 通过多种方式解决了这一问题。首先，它利用精密加热器、红外温度传感器和高速树脂混合器精确控制液态树脂的温度和均匀性。Formlabs 还自行开发和制造材料，并严格控制每种材料的反应性、粘度和散射特性。此外，Form 4 和 Form 4L 还使用先进的切片软件、打印机硬件校准和经验证的打印设置来自动补偿各种材料的特性。

再次说明，3D 打印机的准确性和精度不仅仅取决于技术，还取决于精确的硬件设计、液态树脂特性、打印设置和校准以及后处理工作流程。

在倒置式 SLA 3D 打印技术问世之前，树脂 3D 打印机的成型体积很大，而且价格昂贵。后来，倒置式树脂 3D 打印使这项技术更加普及，但是机器尺寸通常大幅减小，而且由于剥离力大，很难成功打印大体积树脂。

现在，倒置式 SLA（可根据需要使用树脂，而无需使用大桶）和新的剥离技术相结合，无需花费 10 万美元以上购买传统的大型树脂 3D 打印系统，即可打印更大的成型体积。对于消费品、产品设计和医疗保健等行业来说，大幅面树脂打印机是一种理想的解决方案，可用于人体尺寸部件等应用。

如需评估最合适的树脂打印机尺寸，首先要考虑应用。激光驱动型树脂打印机有三个主要产品类别：桌面级、立式和工业级系统。

在过去几十年中，工业级系统在大型企业中更为常见，这些企业既能负担得起高昂的购买和维护成本，又能满足自上而下立体光固化打印的较高占地面积和基础设施要求。

倒置式 SLA 3D 打印技术的发明使桌面级树脂 3D 打印机成为可能，随着该技术被更多制造商采用，每方向尺寸约 10－20cm 立方体构建空间的小型打印机成为常用设备。例如，Formlabs Form 3+ 的成型体积为 14.5 × 14.5 × 19.3cm，而 Form 4 的成型体积则加大 30%，为 20.0 × 12.5 × 21.0cm。

同样地，立式 SLA 技术与优化的剥离技术相结合也催生了立式树脂 3D 打印技术的面世。立式 3D 打印机（如 Form 4L）可提供 35.3 × 19.6 × 35.0cm 的成型体积，能够进行人体尺寸的消费品快速原型制造，以及通过直接使用 3D 打印快速模具制作成品。

使用 DLP 3D 打印机时，需要在分辨率和成型体积之间进行直接权衡。分辨率取决于投影仪，从而定义了可用像素或体素的数量。如果移动投影仪靠近光学窗口，像素会变小，从而提高分辨率，却限制了可用的成型区域。一些制造商使用分辨率更高的 4K 或 8K 投影仪，但这些投影仪非常昂贵，提高了最终产品的成本。

大幅面 DLP 打印机仍然大多使用自上而下技术，而不是倒置式技术，这就要求一次性提供大量树脂。因此，桌面级小幅面 DLP 3D 打印机通常针对特定的使用案例进行优化。一些有较小的成型体积且分辨率高的打印机可用于生产小型精细的物品（如珠宝），而其他打印机可以生产更大但是分辨率较低的部件。

由于 LCD 3D 打印机依赖于 LED 阵列和类似尺寸的掩模 LCD 屏幕，因此随着成型体积的增大，精度和准确性方面的优势将保持不变。大幅面 LCD 或 MSLA 树脂 3D 打印机的精度与小幅面打印机相同，前提是它们使用相同像素尺寸的 LCD 屏幕以及具有相同均匀性和准直度的 LED 光源。

不过，与激光驱动型 SLA 3D 打印机不同的是，每增加一个 LED 和一平方厘米的 LCD 屏幕，成本就会略有增加。激光驱动型树脂打印机可以在任何尺寸的成型体积中使用相同的激光，因为其振镜可以轻松将其路径引导到平台的更远处，以实现更大的尺寸。但是，为了提高打印速度，许多立式大幅面激光驱动型树脂打印机（如 Form 3L）都会添加第二个激光装置，这与增加 LED 阵列和 LCD 屏幕一样会增加成本。

树脂 3D 打印机的层与层之间在 Z 轴上通过化学和物理方式相互粘合，因此垂直层间的差异很难察觉，从而可以实现更平滑的外观。

对于透明材料（如 Clear Resin）来说，这种光滑表面可以使部件本身具有更好的透明度，因此对于需要光学半透明或展示内部特征的部件来说，它是一种理想的技术。

Form 3+ 和 Form 3L 等激光驱动型 3D 打印机因其几近完美的光滑表面而广受欢迎。由于激光具有圆形光斑尺寸，因此弧形边缘可实现真正的圆形，部件的整体外观非常光滑。

DLP 和 LCD 3D 打印部件的表面光洁度通常也非常光滑，只需很少的打磨或抛光，外观即可媲美注射成型塑料。然而，DLP 和 LCD 打印机均通过矩形体素或像素投射光线。过去，这些体素会在 X 轴和 Y 轴上产生明显的“阶跃”或“混叠”现象，通常称为体素或像素线。

最近，DLP 和 LCD 3D 打印机开始使用像素非常小的高分辨率投影仪或 LCD 屏幕，与此同时部分像素开始使用抗混叠技术。因此，现代 DLP 和 LCD 3D 打印机的表面光洁度与激光驱动型 SLA 打印机基本无异。

对于小型部件，激光驱动型树脂打印机的速度与 DLP 和 LCD 3D 打印机相当，如果激光无需覆盖大面积区域来固化树脂，则可以快速完成每一层打印。但是，对于大中型部件或批量生产，激光驱动型 3D 打印机的速度会明显慢于 DLP 或 MSLA 打印机。

DLP 打印机在快速打印对盈亏有影响的行业中很受欢迎，如牙科实验室。然而，它们更易于在整个构建区域出现光学畸变，需要高级校准功能才能获得高精度。不过在性能相似的情况下，通常其成本也高于 LCD 3D 打印机。

先进 MSLA 技术（如 Form 4 和 Form 4L）提供了最快速、可靠的 3D 打印解决方案。一次性固化每一打印层是实现如此速度的最大动力因素，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。

在考虑将 MSLA 打印机用于生产时，组件质量和可靠性是重要的考虑因素。大多数 LCD 打印机的使用寿命都很短，这是因为普通的 LCD 屏幕并不适合在 3D 打印机中使用。在 Formlabs Form 4 和 Form 4L 中，Light Processing Unit 的使用寿命为 60 万－190 万层，用户还可以轻松经济地进行更换。

桌面级树脂 3D 打印机可轻松提高产量。此类打印机外形紧凑，易于添加更多设备和扩大规模以生产更多部件。还可以为某些设备增加自动化选项。Formlabs 树脂打印机还提供先进的工作流程工具，如用于 Form 3/B/+ 的 Form Auto，可自动移除部件，实现全天候打印。Formlabs 自动化生态圈等自动化工具减少了打印过程中必要的接触点数量，精简的工作流程几乎可以连续打印许多较小、极为相似的项目（如牙科或矫形模型）。