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FDM vs. SLA:比较两种最受欢迎的 3D 打印机

FDM vs. SLA

近年来,3D 打印和增材制造市场经历着急速变革。功能强大的桌面级打印机已发展为企业的基本工具,不再局限于业余爱好者领域。随着 3D 打印成为原型制造和产品开发的首选工具,其应用相继扩展到制造业、牙科、珠宝等领域。

熔融沉积成型 (FDM) 和立体光固化 (SLA) 是市场上最受欢迎的两种 3D 打印机。两种 3D 打印技术均已针对桌面应用进行调整与改进,价格更实惠、使用更方便、功能更强大。

本综合购买指南将详细对比 FDM 和 SLA 3D 打印机在打印质量、材料、应用、工作流程、速度和成本等方面的区别,助您确定哪种技术最适合您的业务。

FDM vs SLA vs SLS video guide
视频指南

如何选择 3D 打印技术

难以找到满足您需求的最佳 3D 打印技术?在本视频指南中,我们从主要的购买考虑因素方面对比了 FDM、SLA 和 SLS 技术的差异。

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什么是 FDM 3D 打印?

熔融沉积成型 (FDM) 也称熔丝制造 (FFF),是消费者群体中使用最广泛的 3D 打印形式。FDM 3D 打印机的工作原理是通过加热的喷嘴挤出 ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或 PLA(聚乳酸)等热塑性长丝,将材料熔化,并将塑料逐层放置于构建平台。每次只能放置一层材料,直至部件构建完成。

观看 FDM 3D 打印的工作流程。

FDM 3D 打印机非常适用于基本的概念验证模型,以及快速且低成本的简单部件原型制造,例如通常来说需要加工的部件。

什么是 SLA 3D 打印?

立体光固化是世界上首款 3D 打印技术,诞生于 20 世纪 80 年代,至今仍是最受专业人士欢迎的技术之一。SLA 3D 打印机使用激光将液态树脂固化成硬化塑料,这一过程称为光聚合。

观看 SLA 3D 打印的工作流程。

SLA 树脂 3D 打印机可通过一系列先进材料,生产具有精细特征和光滑表面的高精度、各向同性的水密原型及部件,因而广受欢迎。SLA 树脂配方具有广泛的光学、机械和热性能,可匹配标准、工程和工业热塑性塑料。

对于要求严格公差和光滑表面的高度精细的原型(如模具、模型和功能性部件)来说,树脂 3D 打印是理想的选择。SLA 3D 打印机广泛应用于工程及产品设计、制造、牙科、珠宝、模型制作和教育等各类行业。

Stereolithography
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桌面级立体光固化 (SLA) 3D 打印介绍

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FDM vs. SLA:3D 打印技术对比

打印质量和精度

使用增材制造工艺逐层生产部件时,每一层都有不准确的可能性。层的形成的过程会影响表面质量、精度水平和每层准确度,从而影响整体打印质量。

FDM 3D 打印机通过沉积熔融的材料细线形成层。在此过程中,部件的分辨率由挤出喷嘴的尺寸决定,并且在喷嘴沉积圆形细线时,细线之间存在空隙。因此,各层之间可能无法完全粘附,表面上的分层通常清晰可见,并且相比其他技术,该工艺缺乏再现复杂细节的能力。

在 SLA 3D 打印工艺中,液态树脂通过高精度激光固化形成每一层,可以获得更精细的细节,并且能够更可靠地重复实现高质量的打印效果。因此,SLA 3D 打印以其精细的特征、光滑的表面以及极致的部件准确度和精度而广受认可。

3D 打印的精度、准确度和公差等术语含义复杂,经常会被误解。深入了解这些术语的含义,以便更好地理解 3D 打印性能。

SLA parts have sharp edges, sleek surfaces, and minimal visible layer lines. This example part was printed on the Formlabs Form 3 desktop SLA 3D printer.

SLA 部件具有锋利的边缘、光滑的表面和极少的可见层线。此示例部件由 Formlabs Form 3 桌面级 SLA 3D 打印机打印而成。

利用光代替热进行打印是 SLA 打印机保证可靠性的另一种方式。通过在接近室温的条件下对部件进行 3D 打印,可以免受热膨胀和收缩的影响,这些问题在 FDM 打印过程中时常发生。

Thanks to the highly precise laser, SLA 3D printers are better for manufacturing complex parts (FDM part on the left, SLA part on the right).

得益于高精度激光,SLA 3D 打印机更适合制造复杂部件(左侧为 FDM 部件,右侧为 SLA 部件)。

FDM 打印机在各层之间采用机械粘合的方式,SLA 3D 打印机则是通过在各层之间交联光聚合物以形成化学键,打造出具备水密性和气密性的完全致密部件。这些化学键能够提供很高的侧向强度,从而形成各向同性的部件,这意味着部件的强度不会随方向而变化。因此,SLA 3D 打印尤其适用于注重材料属性的工程和制造应用。

The difference in quality is less visible on relatively simple parts. However, SLA parts are dense and isotropic, which makes them better suited for many engineering and manufacturing applications (FDM part on the left, SLA part on the right).

在相对简单的部件上,质量差异并不太明显。但 SLA 部件具备较高的密度且各向同性,因此更适合于许多工程和制造应用(左侧为 FDM 部件,右侧为 SLA 部件)。

 

Form 3L Sample Part
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材料和应用

塑料挤出 3D 打印机使用一系列标准的热塑性长丝,如 ABS、PLA 及其各种混合材料。FDM 3D 打印受到业余爱好者的广泛推崇,这也催生出了丰富的色彩选项。还有各种实验型的塑料长丝混合方案,可用于制造表面类似木材或金属的部件。

工程材料(如尼龙、PETG、PA 或 TPU)和高性能热塑性塑料(如 PEEK 或 PEI)同样可供选择,但通常仅适用于支持这些材料的特定专业级 FDM 打印机。

FDM filaments and blends offer various color options. (source: All3DP.com)

FDM 长丝和混合材料提供多种颜色选择。(来源:All3DP.com)

SLA 树脂材料的优势是可提供多种配方配置:或大量填充玻璃和陶瓷等辅助材料,或具有较高热变形温度或抗冲击性等机械性能,还可兼顾不同的软硬度。各种树脂配方具有广泛的光学、机械和热性能,可匹配标准、工程和工业热塑性塑料。

SLA 3D printers offer diverse materials for engineering and manufacturing applications.

SLA 3D 打印机可为工程和制造应用提供多种材料。

对于有些公司来说,这种多用性和功能性的结合正是其最初将 SLA 3D 打印引入内部的原因。在发现使用特定的功能材料可以解决某种应用后,通常不久后就会发现更多的可能性,而打印机则会成为利用各种材料的这些不同功能的工具。

SLA 一些特有的材料属性包括:

Clear Resin 3D printed part

Clear Resin

SLA 是唯一可以在桌面上打印出透明部件的 3D 打印技术,这些部件非常适合于为复杂组件、(微)流体、模具制造、光学器件、照明器件和任何要求半透明的部件提供所需的可见性。

Elastic Resin 3D printed goggles

Elastic Resin

使用此种材料打印的部件外观和性能类似于硅胶成型部件,并且非常耐用,可多次使用。

Hight Temp Resin 3D printed parts

High Temp Resin

在 0.45 MPa 压力下提供 238°C 的热变形温度 (HDT),是所有桌面级 3D 打印材料中耐热性最强的。

Castable Wax Resin 3D printed ring

Castable Wax Resin

用于直接熔模铸造和压制的 20% 蜡填充材料,适合牙科和珠宝应用。

Dental Resin part

牙科树脂

牙科应用(如具有生物相容性的外科导板、夹板、固定图案与模型、矫正器模型和全口义齿等)的专用材料。

Ceramic Resin 3D printed vases

Ceramic Resin

3D 打印石质表面的部件,并将其烧制成一个完整的陶瓷制品。

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为您的应用寻找合适的材料

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工作流程和易用性

FDM 和 SLA 3D 打印的工作流程均包括三个步骤:设计、3D 打印和后处理。

首先使用任意 CAD 软件或 3D 扫描数据来设计模型,并将其导出为 3D 打印文件格式(STL 或 OBJ)。随后, 3D 打印机需使用打印准备或切片软件来指定打印设置,并将数字模型切片成层以进行打印。

低成本 FDM 或 SLA 3D 打印机并非真正的用户友好型打印机,通常需要数小时的调整和试验才能拨入正确的打印设置。即使设置正确,每次换用新设计或新材料时结果也可能发生变化,打印失败的几率仍然很高。打印失败不仅会延误项目,还会使现场杂乱不堪,需要花费很长时间进行清理。

专业级 SLA 3D 打印机(如 Form 3)和其他一些专业级 FDM 打印机针对每种材料配备了专有软件和预定义设置,这些软件和设置已经过充分测试,能够最大程度保证打印成功率。

PreForm 等高级打印准备工具可实现即插即用的打印设置。 PreForm 提供免费下载,欢迎试用

3D 打印流程一旦启动,大多数 3D 打印机可以在无人看管的情况下运行,直到打印完成。Form 3 等高级 SLA 3D 打印机提供树脂盒系统,能够自动补充材料。

工作流程的最后一步是后处理。需要使用异丙醇 (IPA) 或其它替代溶剂清洗 SLA 部件,以去除其表面未固化的树脂。使用标准工作流程,首先从构建平台上移除部件,然后手动将部件浸泡在溶剂中以清除多余的树脂。

Form Wash 等专业解决方案将自动进行此过程。部件可以直接从打印机转移到 Form Wash,后者搅动部件周围的溶剂进行清洗,并在过程完成后自动将部件从异丙醇中取出。

待清洗过的部件干燥后,一些 SLA 材料需要进行后固化,这一工序有助于部件达到最高的强度和稳定性。

FDM 工艺的优点是不需要清洁;一旦打印过程完成,无支撑结构的成品部件即可投入使用或进行进一步后处理。

FDM 和 SLA 工艺均使用支撑结构促进复杂几何图形的 3D 打印,移除这些支撑结构是后处理的最终步骤。

FDM 部件上的支撑需要手动去除或放入水中溶解,具体取决于支撑材料。

Supported FDM prints require additional post-processing to achieve a high-quality finish (source: 3D Hubs).

带支撑的 FDM 打印件需要额外的后处理流程,以获得高质量的表面光洁度(来源:3D Hubs)。

去除 SLA 部件的支撑时需要切下支撑结构,并轻轻打磨部件以去除支撑标记。Formlabs 的 Low Force Stereolithography (LFS)™ 技术提供轻触即拆式支撑,可以在几秒钟内将整个部件从支撑底座上取下,并且只留下很小的支撑标记,能够减少后处理时间。

当需要进一步后处理时,FDM 和 SLA 部件均可进行加工、涂底漆、涂装和组装,以用于特定应用或后处理工序。但 FDM 部件在涂底漆或涂装之前需经过额外的打磨,并且需要更高级别的填充才能进行加工或钻孔。

 

3D 打印成本与投资回报

FDM 3D 打印机的一项主要卖点是低廉的机器成本。入门级 FDM 打印机只需几百美元,因此业余爱好者和小型企业可以先试用 FDM,评估是否值得将 3D 打印引入为其工具之一。对于不确定入手哪款产品的用户,入门级 FDM 机器成本较低,通常是极具说服力的选择。但从长远角度考虑,这些低成本 FDM 打印机可能并不可靠,通常需要专家的帮助才能稳定运行。

专业桌面级 FDM 打印机使用起来更加方便,并针对企业提供更多定制化选项,售价从 2000 美元到 8000 美元不等。这些 3D 打印机通常具备更强的可靠性、更高的打印质量和更大的成型体积。虽然这些机器很适合生产功能性部件,但由于 SLA 机器能够提供更广泛的应用范围和更高的打印质量,二者在此价位段的竞争非常激烈。

SLA 3D 打印机起售价约为 3000 美元,而 Formlabs 提供的唯一一款大型 SLA 3D 打印机解决方案售价接近 10000 美元。

在材料方面,与其他 3D 打印技术所用的材料相比,FDM 长丝的成本也相对较低。ABS、PLA 及其各种混合材料等普通 FDM 材料的起价一般在 50 美元/千克左右,而专用于工程应用的 FDM 长丝售价为 100–150 美元/千克。用于双挤出 FDM 3D 打印机的可溶性支撑材料售价为 100–200 美元/千克。相比之下,大多数用于 SLA 3D 打印机的标准树脂和工程树脂的售价为 149–200 美元/升。   

最后一部分是劳动力成本,也是经常被遗忘的部分。对于无需支撑即可打印的简单设计,FDM 几乎不需要进行后处理。对于要求高质量表面光洁度的带支撑 FDM 打印部件,则需要长时间的人工后处理。

SLA 部件需要清洗,某些材料可能还需要后固化,但大多数情况下这两个流程可通过配件实现自动化,以最大程度缩短人工操作时间。带支撑的 SLA 打印件只需稍加打磨即可去除支撑标记并获得高质量的表面光洁度。

3d printing cost
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打印速度

Draft Resin 是一款可快速打印的 SLA 材料,相比 FDM 3D 打印机,可将制造部件的速度提升多达 5-10 倍。Draft Resin 层高为 200 微米,足以满足原型制造需求,同时实现更快的设计迭代。使用 Draft Resin 时,占据 SLA 打印机大部分成型体积的大号模型(边长约 15 厘米的立方体)只需约九小时即可打印完成。 在 FDM 打印机上以 200 微米层高打印相同的部件可能需要 80–90 小时。该材料非常适用于快速原型制造等应用,用户可以快速评估成功情况,并推进到下一项打印或下个项目。

FDM vs SLA speed comparison

使用其他材料以类似的层高打印部件时,FDM 和 SLA 打印速度则相差无几。但需要注意,使用 FDM 打印机以 100 微米层打印的部件与使用 SLA 打印机以 100 微米层高打印的部件看起来大不相同,这是因为两种打印机构建层的方式不同。FDM 部件要想实现同等的质量,则需要较小的层高(因此打印时间要长两到四倍),或者需要大量耗时的后处理来提高表面光洁度。

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成型体积

FDM 打印机一直占据主导优势的一个领域是成型体积。由于技术上的差异,开发较大的 FDM 打印机相对并不复杂。市场上有很多大型 FDM 解决方案,适用于需要大尺寸 3D 打印部件的应用。

桌面级 SLA 打印机背后的反向 SLA 工艺可减少占用空间和成本,但剥离力的增加会对材料和体积带来限制,需要配备坚固的支撑结构才能成功打印大型部件。

随着面向 Form 3 和 Form 3L 的 Low Force Stereolithography (LFS) 打印工艺的推出,Formlabs 全面改造了基于树脂的 3D 打印方法,能够大幅降低打印过程中对部件施加的作用力。均匀的线性照明和来自柔性树脂槽的低作用力意味着 Low Force Stereolithography 技术可以无缝扩展到围绕同一强大打印引擎构建的更大的打印领域。

Form 3L 是首款经济实惠的大型树脂打印机,可使用两个交错的 Light Processing Unit (LPU) 沿优化的打印路径同时工作,快速打印出大型部件。Form 3L 提供比现有的 SLA 打印机高出五倍的成型体积,不会因为小型桌面级设备的尺寸限制而影响工作流程,同时保持了极具竞争力的价位。

The Form 3L offers five times larger build volume than current SLA printers while maintaining a competitive price point.

Form 3L 提供比现有的 SLA 打印机高出五倍的成型体积,同时保持了极具竞争力的价位。

FDM vs. SLA:横向对比

每种 3D 打印技术都有自己的优势、劣势和要求,适用于不同的应用和业务。下表总结了一些关键特征和考量因素。

熔融沉积成型 (FDM)立体光固化 (SLA)
分辨率★★☆☆☆★★★★★
精度★★★★☆★★★★★
表面光洁度★★☆☆☆★★★★★
产量★★★★☆★★★★☆
设计复杂度★★★☆☆★★★★☆
使用方便性★★★★★★★★★★
优点快速 低成本消费机器和材料高价值 高精度 表面光滑 适用于多种功能性应用
缺点低精度 细节差 设计兼容性有限不能长期接触紫外线
应用低成本快速原型制造 基本的概念验证模型功能性原型制造 模型、模具和工具 牙科应用 珠宝原型制造和铸造 模型制作
打印体积最高约 200 x 200 x 300mm(桌面级 3D 打印机)最高 300 x 335 x 200mm(桌面和台式 3D 打印机)
材料标准的热塑性塑料,如 ABS、PLA 及其各种混合材料。各种树脂(热固性塑料)。标准树脂、工程树脂(类 ABS、类 PP、柔性、耐热)、可浇铸树脂、牙科树脂和医用树脂(生物相容性树脂)。
培训针对成型设置、机器运行和表面处理的小规模培训;中等规模的维护培训。即插即用。针对成型设置、维护、机器运行和表面处理的小规模培训。
设备需求空调环境或为桌面级打印机专门定制的通风环境。桌面级打印机适用于办公环境。
辅助设备用于配备可溶性支撑的打印机的支撑去除系统(可选择自动化模式)、表面处理工具。后固化站、清洗站(可选择自动化模式)、表面处理工具。

 

同时使用 FDM 和 SLA 3D 打印机

对比两种技术之后,可以得出的结论是,FDM 和 SLA 打印机具有相似的、通常是互补的特性。但这两种 3D 打印机并不总是作为对手出现;很多企业会同时使用 FDM 和 SLA 3D 打印机。这意味着可以做到两全其美:将低成本快速原型制造与高质量的功能性部件相结合,用于更广泛的应用。

一些实例:

  • 在产品开发中,FDM 部件或使用 Draft Resin 的 SLA 打印都是基本概念验证模型和快速迭代的理想选择。随着项目开发过程继续推进,详细概念模型或功能性原型可能需要更高的质量和具有不同特性的材料,此时 SLA 3D 打印是更理想的选择。

  • FDM 和 SLA 3D 打印均常用于制造夹具、固定装置以及其他工具。FDM 更适用于大型简单部件,而 SLA 更适用于复杂夹具、高精度工具和模具。

  • FDM 和 SLA 打印机均已在教育行业实现成功部署。许多教育机构从 FDM 打印开始上手,因为该技术成本较低,非常适合需要快速练习和积累实践经验的学生。SLA 具有更高的质量和更广泛的应用范围,是很多技校、大学、研究机构以及牙科和 珠宝相关教育的首选。

The University of Sheffield Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) uses a fleet of 12 SLA 3D printers for most engineering and manufacturing applications and reserve five industrial FDM printers for larger parts.

谢菲尔德大学先进制造业研究中心 (AMRC) 使用 12 台 SLA 3D 打印机处理大多数工程和制造应用,并备有 5 台工业 FDM 打印机用于打印大型部件。

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