快速、精準、光滑——什麼才是最好的3D列印技術？

快速、精準、光滑—— 什麼才是最好的3D列印技術？

答案可不是SLA或者DLP這麼簡單。理解協調柔化3D物體邊緣的像素移動和灰度技術，有助於商業客戶做出明智決定。

並非所有形式的3D列印都是相同的，每一次3D列印過程都可以看出明顯不同。

新手有時會爭論SLA和DLP哪個更有利於3D印表機的最終性能。但SLA（立體平板印刷）和DLP（數字光處理）的技術途徑存在顯著差異，因此最終產品也不同。

在經營業績岌岌可危之時，想要找出最快、最精準、解析度最高且最終產品表面最光滑的3D印表機，仔細研究具體細節非常重要。

為什麼？因為後期處理就是3D列印不可告人的小秘密，沒有人願意在3D列印製件上節省時間和成本，最後列印完成卻又不得不展開大量清潔、磨砂和拋光工作。

SLA對DLP—— 簡單分析

SLA和DLP的技術理念很簡單。利用光源照射一大桶光聚合物或樹脂，將材料固化成數字設計文件中的最終物體。

SLA的光源來自激光。DLP則來自高清投影儀。

通過簡化分析，很容易得出兩種技術的利弊。

SLA通過激光束在樹脂桶上繪製—— 平板印刷指的就是「書寫」—— 製件圖像，然後再繪製內部結構，不過實際順序不一定如此，逐行逐層將液體固化成最終製件。

表面處理是後期處理的重要內容，但精準度同樣很關鍵。製件都是相同的數字模型，但EnvisionTEC DLP的製件精度為96.3%,SLA則僅為68.0%。

SLA利用激光在樹脂上繪製製件，十分耗時。DLP則不必逐一繪製線條，且每次照射可以固化大量樹脂，所以處理速度較快。

不管印表機速度多快，SLA都是一項耗時的技術。試想用一支細筆尖鋼筆在一張張紙上繪畫，先勾勒出形狀，再用這支筆將中間部分上色，一頁接著一頁。雖然該過程可能需要較長時間，但理論上可以獲得邊緣細膩的緊緻固化產品。

同時，普通DLP通常利用高清投影儀將一整層內容投射到聚合物上，更接近於在每頁紙上蓋章。但由於投影儀投射的光線以像素為單位—— 在樹脂內形成立體像素，又稱體素—— 無可否認這種像素化方塊將影響邊緣光滑度。

以上就是SLA與DLP的快速對比分析。但這些就是全部嗎？不算是—— 尤其從全球提交的專利申請中就可以看出來。

除此之外，經驗對於3D列印工藝技術非常重要。

試想：倘使DLP找出柔化尖銳、像素化邊緣的方法，將會如何？它會不會比最好的SLA還優秀？

先進DLP技術可以解決普通DLP技術存在的問題，從而提供快速、精準、光滑的表面處理。

先進DLP提高表面處理質量和速度

EnvisionTEC經驗豐富的3D列印工程師也是增材製造先鋒，十多年前已經解決了這些問題。公司因此得以引領行業提供高精度DLP製件，可精確至微米，表面光滑幾乎不需要後期處理。

於是，助聽設備和牙科等對製件精度和光滑有機形態要求較高的行業，偏好使用EnvisionTEC 3D印表機進行大規模定製生產。今天，全球生產的助聽設備有十分之六來自EnvisionTEC印表機，牙醫、正牙醫生和牙科實驗室也在迅速採用EnvisionTEC先進DLP印表機，均因看重高精度、光滑、無毛糙的表面。

EnvisionTEC利用多項專利專有技術打造出出色的曲線和光滑的表面。

EnvisionTEC創始人兼CEO Al Siblani（左）和EnvisionTEC首席技術官Alexandr Shkolnik，帶領開發出使用DLP技術柔化三維物體像素化表面邊緣的兩種方法。他們已於21世紀初就此類3D邊緣柔化技術申請專利。

為了理解這些方法發揮作用的原理，我們先採用普通DLP方法找出問題的根源。

投影儀通過方形像素投射光線，樹脂固化時形成立體像素，又稱體素。

彎曲邊緣的體素形成業內所稱的「階梯形狀」—— 類似於早期8位電子遊戲的鋸齒形邊緣。

使問題更加棘手的是，各個像素的尺寸由一個簡單公式預先決定：像素尺寸等於構建空間（又稱工作包絡面）除以投影儀解析度。列印的物體越小，用戶需要處理的階梯形狀問題也就越少，但如果物體增大，像素和階梯形狀就會更加明顯。

此外，如果不修改投影儀或構建空間尺寸，就無法修改像素尺寸。

21世紀初，EnvisionTEC創始人Al Siblani和EnvisionTEC首席技術官帶領著一支由德國和美國工程師組成的小團隊，開發出弱化像素化階梯的兩種方法。

第一種方法非常簡單，就是將各個階梯的尺寸減小半個像素。2005年EnvisionTEC就該法申請專利（US7790093 B2）。

第一個方案：EnvisionTEC ERM.

EnvisionTEC增強解析度模塊簡稱ERM，是公司德國工廠生產的實體設備，可使投射光線的投影儀發生微小、精確的「像素移動」。像素移動能將階梯形狀問題減半，無論物體是大是小。

所以，即使使用同等解析度的投影儀，EnvisionTEC DLP印表機列印出的曲面至少比其競爭對手光滑兩倍。EnvisionTEC的Desktop和Perfactory DLP機器配備的高清投影儀解析度各異，從1400 x 1080到1920 x 1200不等。

這是EnvisionTEC增強解析度模塊的照片，向X軸和Y軸移動半個像素，稍稍移動DLP機器第二次照射位置，減少精細3D邊緣柔化技術形成的階梯形狀。投影儀光線從模塊中央發出。

ERM設備並不是簡單的「模塊」，而是完整的機電系統。控制器箱輸出電流，一條供X軸方向移動，一條供Y軸方向移動，輸送至投影儀正下方的一塊中空方形金屬板。該設備通電後，可以精密控制X軸和Y軸方向的小幅移動。

ERM其實是將投影往X軸左方或右方移動半個像素，或往Y軸上方或下方移動半個像素。

使用普通DLP技術，3D印表機在製造物體時可以投射完整的圖像層10秒。使用EnvisionTEC的ERM像素移動技術，每次投射進行兩次。

在本例中，假設第一次基線照射五秒，完成初步固化。第二次照射五秒，往X軸左移半個像素，往Y軸下移半個像素，將階梯形狀減半。

ERM其實是將投影往X軸左方或右方移動半個像素，或往Y軸上方或下方移動半個像素。

根據製造物體的最終尺寸，階梯形狀減半後人眼幾乎無法看出階梯狀。

像素移動完全由EnvisionTEC專有Perfactory軟體控制，所以用戶不必進行手動控制。系統可以自動柔化表面。

但EnvisionTEC並未止步於此，而是繼續追求更理想的表面。

上圖顯示採用普通DLP方法產生的像素化階梯形狀十分整齊。但採用EnvisionTEC的ERM像素移動技術後（下圖），原照射像素往X軸和Y軸移動一半，將尖銳的階梯形狀減半。

別著急，還有灰度邊緣柔化

EnvisionTEC將其像素移動技術與另一項專利專有的灰度技術結合，簡單地說，就是3D物體邊緣柔化技術。

2007年公司在德國和美國提起該方法的首個專利申請。（EP1849587 B1、US20080038396A1、US20070260349A1）

邊緣柔化技術在今天非常普遍，幾乎用於每一個出現數據圖像的2D數字平台，從電子遊戲和電視屏幕，到裝有數字監視器的幾乎所有設備。在當今數字世界，有很多邊緣柔化高科技方法，柔化日常見到的像素化圖像邊緣。

EnvisionTEC是將邊緣柔化方法轉換運用到投影儀3D體素的第一家3D列印公司。

EnvisionTEC ERM技術將階梯減半後，公司專有灰度技術繼續柔化剩餘的「鋸齒圖形」，階梯圖形在電子遊戲圈非常出名。

使像素化邊緣平滑的邊緣柔化技術在今天十分常見，但EnvisionTEC找出了將該法運用到3D列印的途徑。

灰度使邊緣平滑，實現無層3D列印

與非開即關的SLA激光束不同，高清光線投影儀可以多種光線明暗度或強度發射光線，沿光譜從白到灰再到黑。

事實上，白色和黑色之間共有1,024種可辨別的灰度。EnvisionTEC技術利用其中255種灰度，純白設為255，深黑設為零，通過複雜的控制柔化邊緣。

EnvisionTEC通過專有智慧軟體控制物體彎曲邊緣的各個像素，置入漸變灰色區，實現光滑、柔化邊緣。

（如下），可以使邊緣表面即便在顯微鏡下也能保持光滑。

此外，每次灰度化照射實現的不同強度還可以使EnvisionTEC的DLP技術產生另一個獨特效果。

雖然像素的X軸和Y軸固定，但體素的Z軸深度可根據各像素的灰度化光線強度調整。這意味著雖然普通DLP技術按平層進行列印，EnvisionTEC DLP則是以不同深度列印—— 無層3D列印技術可以強化光滑、精準的表面。

EnvisionTEC像素移動ERM技術與灰度技術的協調相互作用，形成無條紋、無階梯的市場領先表面。

不過，除了看到和感受到的之外，最終製件掃描還顯示該技術比SLA更精準。

以上製件根據相同的數字文件製成，雖然看起來相似，但左圖是使用EnvisionTEC先進DLP技術的3D列印成果，表面更加光滑、精準。EnvisionTEC列印製件的精度為96.3%，SLA製件精度則為69.8%。

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東莞市博泰三維科技有限公司

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180頁3D列印行業應用白皮書（2018）

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