什么是 MSLA 3D 打印技术？
MSLA，即掩膜式立体光刻设备（Masked Stereo Lithography Apparatus），是一种先进的 3D 打印技术。 它是立体光刻（SLA）技术的升级版，通过紫外光照射使光敏树脂固化成型。与 SLA 打印机利用紫外激光逐层扫描形状不同，MSLA 打印机采用大面积的紫外光源，并通过 LED 屏幕进行遮罩，实现 3D 打印。MSLA 技术因其能在短时间内生产大量高品质产品而广泛应用于各个领域。本文将全面介绍 MSLA 3D 打印技术，并阐述 MSLA 和 SLA 打印技术之间的差异。
MSLA 打印的原理
该图片由 ZMorph Fab 3D 打印机在 Pixabay 上发布
MSLA 打印技术使用连续固化光敏树脂层的方式来构建三维物体。相比其他 3D 打印技术，它能以较低的成本实现快速、精确地批量生产高质量产品。然而，由于设备成本较高，MSLA 打印机主要用于特定领域。MSLA 打印机还能够制造大型且复杂的物体。大容量的打印机适用于小批量生产和原型制作。例如，Peopoly Phenom L 3D 打印机就是 MSLA 打印机的典型代表。
MSLA 打印的工作方式
在 MSLA 打印过程中，光敏树脂被放置在液晶显示屏 (LCD) 和 LED 光源之间，中间由一层薄薄的氟化乙烯丙烯 (FEP) 塑料隔开。 LCD 的主要作用是控制光线对上方树脂的曝光。LCD 由许多像素组成，这些像素决定了每一层的形状。通过控制像素的开关，可以控制光线的通道。像素对比图案的形成，使得打印过程得以实现。通常，创建一层需要 3-8 秒，然后打印机移动到下一层。
选择 MSLA 打印的原因
选择 MSLA 打印的理由主要有以下几点：
- 打印机和树脂的价格相对合理。
- 可获得光滑的表面光洁度。
- 能够打印复杂的结构。
- 可使用的材料种类繁多，如柔性材料、透明材料、陶瓷材料、抗冲击材料等。
- 提供令人满意的打印分辨率。
- MSLA 打印机允许在短时间内进行批量打印。
MSLA 打印在珠宝设计中的应用
事实证明，MSLA 打印是珠宝行业的一大助力。这是因为蜡树脂在铸造过程中可以完全燃烧殆尽。珠宝商常用的低蜡铸造方法在处理复杂设计时往往遇到困难。而借助 MSLA 技术，可以轻松准确地打印出这些设计，只需提前准备好珠宝 CAD 文件即可。
MSLA 打印在医疗领域的应用
医疗领域的 MSLA 3D 打印技术主要用于生物工程组织的制造，这一过程也被称为生物打印。它涉及到使用活细胞创建模型，可以用于制造骨骼和牙齿植入物、人造血管支架以及器官支架。
MSLA 打印中使用的材料
MSLA 3D 打印中使用的材料是特殊的光聚合物树脂，它们在强紫外光照射下会发生固化。最常见的 3D 打印树脂是丙烯酸酯或环氧树脂。以下是几种常见的树脂类型：
- 耐用树脂：具有柔韧性和强度，性能类似于聚丙烯（PP），常用于制作原型产品，如按扣和球形接头。
- 坚韧树脂：能在短时间内承受高压，强度高，通常被认为与 ABS 热塑性塑料相当。
- 标准树脂：用于需要高分辨率和清晰度的打印件。
- 透明树脂：性能类似于标准树脂，但具有更高的机械性能。经过适当的后处理，可以变得完全透明。
MSLA 打印的优缺点
Gavin Allanwood 在 Unsplash 上拍摄的照片
下面我们将深入探讨 MSLA 3D 打印的优缺点：
MSLA 打印的优点：
- MSLA 打印机一次固化一层，与层的厚度无关。
- MSLA 打印机的打印平台在 Z 轴上移动，这与 SLA 打印机不同，SLA 打印机在打印过程中没有移动部件。
- 它采用单色 LCD 灯，边缘处显示灰度，因此可以获得光滑的打印表面。
- 它提供高打印分辨率。
MSLA 打印的缺点：
- 打印机的价格较高。
- 需要一个温度保持在 20 至 30 摄氏度之间的温暖环境。
- MSLA 打印需要在昏暗的光线下或黑暗环境中进行，这会导致树脂容易受损或过早固化。
- 打印后的处理过程复杂，并且对健康有害。未固化的树脂和新打印的产品需要用户佩戴手套进行操作。
- 打印材料需要在酒精溶液中清洗，然后在强紫外光下照射 10-15 分钟才能完全固化。
3D 打印基础知识
在了解 MSLA 打印之后，我们来简要介绍一下 3D 打印的基础知识。
什么是 3D 打印？
3D 打印是增材制造技术的一种。增材制造是指通过添加材料来制造零件的打印技术。在 3D 打印中，打印机利用计算机辅助设计（CAD）文件来制造三维物体。各种不同的 3D 技术和一系列材料都可以用于 3D 打印过程。
3D 打印的步骤
Minku Kang 在 Unsplash 上拍摄的照片
3D 打印是一个简单的计算机化过程。以下是 3D 打印的基本步骤：
1. 使用 CAD 软件创建 3D 模型，如欧特克 Fusion 360, Onshape 等。
2. 将 CAD 文件导出为 3D 打印机通用的输入文件类型，即 STL 文件。
3. 在打印机的切片软件中上传 STL 文件。
4. 进行必要的方向调整、材料选择和打印设置。软件会自动开始分层切片文件。
5. 按下打印按钮，打印机将逐层开始打印。
面向初学者的 3D 打印知识
初学者需要了解的一些 3D 打印基本知识包括打印机制的详细信息。 3D 打印机基本上在三个轴上运行：
- X 轴：左右移动。
- Y 轴：前后移动。
- Z 轴：上下移动。
X 轴上安装了挤出机，用于向打印平台输送材料。
3D 打印机的类型
基于不同技术，最常用的 3D 打印机类型包括：
1. 挤压式打印机
基于挤压技术，主要有以下几种打印机：
- 熔融沉积成型 (FFF)
- 连续纤维增强 (CFR)
- 原子扩散增材制造 (ADAM)
2. 激光熔融式打印机
基于激光熔融技术，有几种类型的打印机，它们使用高功率激光来熔融粉末状介质。以下是常见的打印机类型：
- 选择性激光烧结 (SLS)
- 选择性激光熔化 (SLM)
- 直接金属激光烧结 (DMLS)
3. 光固化式打印机
该技术利用光固化原理来创建层。以下是采用光固化技术的打印机类型：
- 立体光刻 (SLA)
- 数字光处理 (DLP)
4. 粘合剂喷射式打印机
这是一种快速发展的 3D 打印技术，使用塑料和金属。采用该技术的打印机只有粘合剂喷射 (Binder jetting) 打印机。
MSLA 和 SLA 打印之间的区别
Unsplash 上的 ZMorph 一体式 3D 打印机的照片
如前所述，MSLA 是 SLA 3D 打印的升级版本。虽然它们的功能有些相似，但仍存在一些差异，我们将在下面列出这些差异：
| MSLA 打印 | SLA 打印 |
| MSLA 打印的速度仅取决于打印层数。 | SLA 打印的速度取决于层数以及每层中材料的用量。 |
| MSLA 打印在每一层上都具有速度优势。 | SLA 打印在每一层上没有速度优势。 |
| 打印分辨率取决于液晶屏的分辨率。 | 打印分辨率取决于激光束的直径。 |
| MSLA 使用紫外光固化树脂。 | SLA 使用镜子和激光固化树脂。 |
| MSLA 打印速度更快。 | SLA 打印速度较慢。 |
| MSLA 打印分辨率相对较低。 | SLA 打印分辨率较高。 |
| 例如：Sonic Mini 4k | 例如：XYZPrinting Nobel 1.0 A |
常见问题解答
问题 1：MSLA 打印机和树脂的价格是多少？
答：MSLA 打印机的成本、尺寸和重量因功能而异。价格范围从 200 美元到 1100 美元不等。树脂的价格从每公斤 25-40 美元到每公斤 40-150 美元不等。其他必要设备可能需要额外花费 200-400 美元。
问题 2：树脂打印机需要哪些额外的设备？
答：树脂打印机和后处理过程需要以下设备：
- STL 和切片软件。
- 超声波清洗机。
- 丁腈手套。
- 呼吸器。
- 紫外线灯。
- 金属漏斗。
以上是对 MSLA 3D 打印和 3D 打印基础知识的介绍。希望本文能消除您对 MSLA 和 SLA 打印技术之间差异的疑惑，并帮助您了解 MSLA 打印的工作原理。请在评论区分享您的疑问或建议，也欢迎告诉我们您接下来想了解哪些内容。