30多年前，3D打印面世那天，就是從光固化技術(shù)SLA（激光掃描）立體光刻技術(shù)開(kāi)始的。所以光固化才是3D打印技術(shù)的老大。后來(lái)大家都知道的reprap的開(kāi)源技術(shù)，讓FDM的熔融擠出技術(shù)走向大眾，SLS的燒結(jié)技術(shù)，特別作為金屬燒結(jié)，使3D打印走向高端應(yīng)用。光固化自身也發(fā)展也層出不窮。

光固化主流技術(shù)，第一代SLA，利用紫外激光（355nm或405nm）為光源，用振鏡系統(tǒng)來(lái)控制激光光斑掃描，掃過(guò)之處的液體樹(shù)脂就選擇性固化了。第二代DLP紫外數(shù)字投影技術(shù)，利用405nm光源，通過(guò)德州儀器的數(shù)字微鏡技術(shù)，選擇性的將面光源投射到液態(tài)樹(shù)脂使之固化。其中DLP技術(shù)包括大名鼎鼎的速度快100倍的CLIP連續(xù)打印技術(shù)。所有光固化技術(shù)的z軸方向分為兩種方案：桌面型都是光源在下，通過(guò)窗口和離型膜，成型往上拉出來(lái)；工業(yè)大型的都是光源在上，成型下沉到液面以下，液面不需要離型膜。

一、LCD技術(shù)的光固化詳解

光固化技術(shù)，除了SLA激光掃描和DLP數(shù)字投影，目前形成了一種新的技術(shù)，就是利用LCD作為光源的技術(shù)。LCD打印技術(shù)，最簡(jiǎn)單的理解，就是DLP技術(shù)的光源用LCD來(lái)代替。我們可以回顧光固化技術(shù)的特點(diǎn)，每一個(gè)光固化技術(shù)的核心都是圍繞光源問(wèn)題的解決方案，從激光掃描的SLA，到數(shù)字投影的DLP，再到最新的LCD打印技術(shù)。

很有意思的告訴你，其實(shí)LCD技術(shù)分為兩種，兩種還不一樣。其分界線就是光源波長(zhǎng)，一個(gè)是405nm紫外，一個(gè)是400-600nm可見(jiàn)光。LCD掩膜光固化：用405nm紫外光（和DLP一樣），加上LCD面板作為選擇性透光的技術(shù)，是LCD掩膜技術(shù)（LCD masking）或者行業(yè)里有很多各自的名字，例如選擇數(shù)字光處理（mDLP），液晶DLP技術(shù)，紫外掩膜固化等等。

LCD掩膜技術(shù)從2013年就有人開(kāi)始研制。有興趣可以搜到最早的創(chuàng)客用普通電腦LCD顯示器去掉背光板，加上405的LED燈珠做背光，試著打印uv樹(shù)脂。z軸的解決方案無(wú)非是滑塊，絲杠和步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板都可以用單片機(jī)類或者目前FDM最流行的RAMPS板解決方案。LCD的驅(qū)動(dòng)其實(shí)和所有顯示器的驅(qū)動(dòng)一樣，VGA或者h(yuǎn)dmi接液晶驅(qū)動(dòng)板再接LCD面板，背光用405nm燈泡或者LED陣列，加菲林鏡片來(lái)均勻分布光照。

第一個(gè)商業(yè)用的LCD掩膜3D打印機(jī)要追溯到ibox nano，2014年的一個(gè)較為成功的kick starter眾籌項(xiàng)目。

臺(tái)最小的3D打印機(jī)，第一個(gè)最安靜的打印機(jī)等等。這個(gè)機(jī)器優(yōu)點(diǎn)很突出，比以前的DLP要好些。不足是，一個(gè)是打印尺寸太小，3寸屏幕。第二個(gè)打印精度太差，200微米的平面內(nèi)精度，因?yàn)槟莻€(gè)LCD屏幕的分辨率是比較低的。

同樣是kickstarter的一個(gè)項(xiàng)目，當(dāng)然亮點(diǎn)仍然如同ibox nano強(qiáng)調(diào)的，價(jià)格便宜但技術(shù)好，又是高精度面成型的光固化，技術(shù)成熟度也很好，參數(shù)很感人，特別是速度方面。當(dāng)然如同所有桌面級(jí)別的光固化打印機(jī)，這個(gè)是上拉式，樹(shù)脂槽下面是LCD板，再下面是405背光。

目前國(guó)內(nèi)好幾家?guī)缀跬瑫r(shí)推出5.5寸2k屏幕的LCDMasking原理打印機(jī)，最大的特點(diǎn)就是，大家都用的5.5寸夏普某款2560*1440分辨率的屏幕。據(jù)說(shuō)這款屏幕價(jià)格便宜，分辨率高，最有價(jià)值的一點(diǎn)是，能耐受高達(dá)幾百小時(shí)405nm近紫外光的摧殘。打印機(jī)大概長(zhǎng)下面這樣。優(yōu)點(diǎn)很明顯，樹(shù)脂便宜，機(jī)器也不貴，精度比第一代SLA高多了，設(shè)備體積小，做工也比較不錯(cuò)。得益于開(kāi)源的樹(shù)莓派硬件和軟件，脫機(jī)打印或者無(wú)線控制打印都實(shí)現(xiàn)了。

機(jī)器代號(hào)或者廠家包含：wanhao、KLD1260、YLD01、斯泰克、zhiyao、諾瓦、Easy3D.....當(dāng)然還有其他不同解決方案。主要取決于采用不同屏幕作為透光的掩膜，LCD下面一般都是405led燈作為背光。這里大家自行搜索吧。
上面列了這類打印機(jī)的很多例子，總結(jié)一下優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

精度高。很容易達(dá)到平面精度100微米，優(yōu)于第一代SLA技術(shù)，和目前桌面級(jí)DLP技術(shù)有可比性

價(jià)格便宜。主要對(duì)比前代技術(shù)的SLA和DLP，這個(gè)性價(jià)比極其突出。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因?yàn)闆](méi)有激光振鏡或者投影模塊，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，容易組裝和維修

樹(shù)脂通用。由于采用405nm背光，所有DLP類的樹(shù)脂或者大部分光固化樹(shù)脂理論上都可以兼容。唯獨(dú)小心某些SLA專用樹(shù)脂，不一定兼容性很好，主要怕曝光不足。

同時(shí)打印多個(gè)零件不犧牲速度。因?yàn)檫@個(gè)和DLP技術(shù)一樣，是面成型光源。

缺點(diǎn)：

LCD可選范圍很少：這個(gè)技術(shù)關(guān)鍵部件LCD，需要對(duì)405光有很好的選擇性透過(guò)，還要經(jīng)得住幾十瓦405LED燈珠的數(shù)小時(shí)高強(qiáng)度烘烤，還有散熱和耐溫性能的考驗(yàn)。所以不是每款LCD屏都能用的上。以上解決方案已經(jīng)解決LCD選擇這個(gè)重要問(wèn)題了。同時(shí)，建議用戶做好燒毀LCD屏虛更換的心理準(zhǔn)備。這個(gè)LCD屏是易耗件。

LCD打印使用過(guò)程中老化。

打印尺寸偏?。哼@個(gè)其實(shí)沒(méi)毛病，桌面機(jī)器嘛，比起DLP機(jī)器或者桌面激光SLA機(jī)器還是半斤八兩的
最后一點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)：這些技術(shù)是開(kāi)源的，技術(shù)壁壘低容易仿制，大家能共享或者DIY這種機(jī)器，只要你找到合適的屏幕。

可見(jiàn)光固化：另一種就是visible light cure，簡(jiǎn)寫(xiě)VLC，完全放棄以前所有光固化必須使用紫外光的條件，使用普通光（可見(jiàn)光，405nm-600nm）就可以使樹(shù)脂固化，實(shí)現(xiàn)打印。按原理區(qū)分就是光源再一次升級(jí)，用普通的LCD顯示面板，不加任何改裝或改背光，直接作為光源。當(dāng)然，可見(jiàn)光固化不只局限于LCD屏幕，可以擴(kuò)展到任何顯示器（等離子，CRT，背投，LED陣列，OLED）和任何投影（DLP，3LCD， Simple LCD，LCoS）以及其他任何顯示技術(shù)（激光掃描成像，光纖陣列等等）。

它和上面LCDMasking的技術(shù)區(qū)別有兩個(gè)：

1.使用普通LCD屏幕，無(wú)需改背光

2.可以使用投影或其他顯示設(shè)備做光源

上面第一點(diǎn)擴(kuò)展來(lái)，就是手機(jī)平板的屏幕

上面第二點(diǎn)擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，如果使用投影，就是類似DLP技術(shù)，但不用德州儀器的DLP芯片。

Olo是第一個(gè)使用手機(jī)屏幕實(shí)現(xiàn)光固化的消費(fèi)級(jí)打印機(jī)，是眾籌網(wǎng)kickstarter里邊智能硬件的明星項(xiàng)目。OLO很好的體現(xiàn)了VLC技術(shù)對(duì)光源的不同要求，所以普通智能手機(jī)的大屏幕都能成為打印機(jī)的光源。還有一個(gè)好處就是手機(jī)自己集成主板硬件和打印軟件，那打印機(jī)就不必再裝這些了。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這個(gè)光固化打印機(jī)，貴的那一半已經(jīng)在你手機(jī)里（控制主板，光源，軟件），便宜的那半個(gè)在那個(gè)黑盒子里（z軸平臺(tái)，樹(shù)脂槽，遮光罩）。我總覺(jué)得這個(gè)和google的cardboard box的VR盒子簡(jiǎn)直異曲同工！

OLO打印機(jī)對(duì)用戶的意義，在于3d打印機(jī)進(jìn)入大眾消費(fèi)，成為智能硬件?？梢灶A(yù)料到，基于VLC樹(shù)脂的3D打印機(jī)也會(huì)越來(lái)越多，核心特點(diǎn)就是利用各類消費(fèi)級(jí)大眾化的顯示設(shè)備，比如平板電腦的屏幕，家用投影儀，或者手機(jī)電腦的投影儀。所以也不奇怪，平板電腦變?yōu)榇蛴C(jī)的項(xiàng)目已經(jīng)在國(guó)外眾籌了。

最后介紹一下潘多拉。全球范圍內(nèi)，用可見(jiàn)光技術(shù)的廠家，photocentric是第一個(gè)，潘多拉是第二個(gè)，目前OLO暫且算第三個(gè)。潘多拉目前已經(jīng)有量產(chǎn)機(jī)型。最新的是一款性價(jià)比高的10寸屏幕機(jī)器，在約200寬幅里面實(shí)現(xiàn)約2千個(gè)像素，精度達(dá)到100微米。目前針對(duì)創(chuàng)客提供了整機(jī)方案和DIY套件方案。

二、LCD光固化3D打印機(jī)回顧和展望

在3D打印技術(shù)里，相對(duì)于發(fā)展十多年的FDM成熟技術(shù)和中高端應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯的SLA和DLP技術(shù)，LCD技術(shù)才剛剛開(kāi)始。算上2013年第一個(gè)DIY設(shè)備或者2014年第一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品，才幾年時(shí)間，所以成熟度遠(yuǎn)沒(méi)有其他技術(shù)成熟，設(shè)備類型也屈指可數(shù)。考慮到本身LCD顯示技術(shù)發(fā)展也才是近十多年來(lái)突飛猛進(jìn)的，以其為核心的這個(gè)3D打印技術(shù)才剛剛起步也不足為怪。

為什么當(dāng)年光固化從SLA激光掃描開(kāi)始？因?yàn)楫?dāng)時(shí)最好的光源只有激光，強(qiáng)度高，聚焦細(xì)，還能被振鏡控制掃描。同時(shí)SLA技術(shù)依賴大范圍投入的高端工業(yè)激光技術(shù)。一旦激光技術(shù)成熟了，我們得到了光驅(qū)技術(shù)，激光測(cè)距技術(shù)，激光切割和雕刻，還有激光（紙張）打印機(jī)，激光筆演示，當(dāng)然還有我們討論的激光SLA打印。所以說(shuō)激光成熟和大眾化，給我們帶來(lái)了不同行業(yè)的突破性發(fā)展。不過(guò)這個(gè)突破在20年前就發(fā)生了。

SLA工藝原理

激光SLA發(fā)展十多年年后才有DLP投影技術(shù)，因此目前光固化打印的很多突破都在DLP的3D打印上。DLP技術(shù)突出特點(diǎn)，一個(gè)是連續(xù)曝光，一個(gè)是面成型。這里包括carbon3D的連續(xù)固化CLIP技術(shù)，速度達(dá)到百倍。 CLIP必須采用連續(xù)曝光，只有DLP能做到，所以這是很重要的前提條件。同時(shí)DLP的面成型促成了很多有特色的機(jī)器，例如很多珠寶級(jí)的機(jī)器只能用DLP的原理，才能達(dá)到100微米以下的精度。SLA固有光源亮斑太大，或者小亮斑掃描時(shí)間太長(zhǎng)，不適合超高精度打印，同時(shí)這點(diǎn)也制約SLS技術(shù)（都要激光嘛）；那FDM之類的精度就更加無(wú)能為力。反過(guò)來(lái)，DLP限制了大尺寸打印的可能性。為什么呢？因?yàn)閹缀跛蠨LP都是用德州儀器的DMD芯片。只要德州儀器不愿意（或者不爭(zhēng)氣），那么我們的DLP光源就一直停留在1280分辨率左右。于是很多DLP機(jī)器就犯了那個(gè)不可逃避的毛?。阂创蛴〈蠖植?，要么小而精細(xì)，總是魚(yú)和熊掌不能兼得。因?yàn)閤軸上那區(qū)區(qū)1000個(gè)像素，拉大了就顆粒粗，精細(xì)了就范圍??；y軸同理。z軸不討論，放10微米的精度都沒(méi)問(wèn)題。所以說(shuō)DLP就卡在德州儀器的尿性上。當(dāng)然在德州儀器99%的壟斷之外，我們還有其他DLP選手，我所知道的有國(guó)內(nèi)的聞亭泰。希望能成為一匹黑馬，至少打破壟斷。

LCD固化技術(shù)稍晚于DLP技術(shù)。因?yàn)榇蠹抑牢覀兇蟊姷娘@示技術(shù)包括面板和投影兩大類，都是十多年前發(fā)展的。DLP恰好偷了個(gè)空，能夠承受和處理405nm的光波，于是有了3d打印的DLP技術(shù)。同理，少數(shù)LCD面板也偷了個(gè)空，能忍受405nm紫外，于是有了LCDmasking這個(gè)技術(shù)。本人沒(méi)偷這個(gè)空，只是把這個(gè)窗口放大了，讓400-600nm所有的光信號(hào)都來(lái)實(shí)現(xiàn)光固化3D打印。不管是否是405nm還是可見(jiàn)光，LCD技術(shù)終究會(huì)打破DLP的那個(gè)魔咒（大而粗/小而精）因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)有很多價(jià)格便宜量又足的LCD機(jī)器直接采用2K屏幕的。

這里不得不提到LCD技術(shù)的一個(gè)硬傷：光效率沒(méi)有DLP高。但凡通過(guò)加大405nm燈的亮度來(lái)達(dá)到更多光通量，或者普通光通量的可見(jiàn)光LCD配合高敏感樹(shù)脂，得到的固化速度不能和DLP的成型速度相比的。有個(gè)實(shí)際參考值，同樣100微米厚固化，DLP是零點(diǎn)幾秒到幾秒，405nm紫外LCD或者可見(jiàn)光LCD需要十幾秒到幾十秒來(lái)固化。這里引出一個(gè)新的解決方案，用DLP以外的投影加上可見(jiàn)光技術(shù)達(dá)到一秒以內(nèi)的高速度，投影可以同時(shí)達(dá)到高速度，大尺寸，高精度，還有低成本。簡(jiǎn)直完美，但目前還沒(méi)有商業(yè)化。

綜上所述，SLA賽跑起步較早，但發(fā)展受核心器件和專利制約。DLP起步較晚，但越來(lái)越體現(xiàn)出其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，唯一的問(wèn)題是這架馬車只有德州儀器一人駕馭。LCD起步更晚，只是萌芽，還觸及不到主流設(shè)備的門(mén)檻，相關(guān)技術(shù)成熟度高，未來(lái)將奮起直追。當(dāng)然，光固化技術(shù)，核心問(wèn)題光源之外，還有軟件，自動(dòng)化，應(yīng)用和工業(yè)很多配套問(wèn)題。另一個(gè)核心問(wèn)題，光固化樹(shù)脂，也是一個(gè)核心技術(shù)。