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雖然此刻市場上到處都是FDM類型的3D打印機(jī)（3D打印圈都快成它的天下了），但論起資厲來，光固化3D打印機(jī)要比FDM還早幾年呢。

上周咱們邀請了唐天博士為大眾分享最新的可見光光固化技術(shù)，對早已經(jīng)是饑渴難耐的小伙伴們（例如我）來講，無疑是久旱逢甘霖，爽的一塌糊涂！無現(xiàn)場聽分享的點(diǎn)客，快來補(bǔ)上這一碗干貨吧！

分享人：唐博士

職業(yè)：材料專家

特長：光固化打印技術(shù)

入坑時間：2015年

機(jī)型：潘多拉全系列光固化打印機(jī)

前言：一天夜晚，我在微X公眾號小不點(diǎn)極客里看到一篇文案《9種你需要曉得的平常光敏樹脂》，里面說到了一個來自英國的日光樹脂，daylight resin。

而后我就很好奇，由于這就我發(fā)明的！況且這個日光樹脂daylight resin，便是可見光樹脂，已然到中國來了。我是在去年（2016）回國創(chuàng)業(yè)的，因此這個日光樹脂已然在中國生產(chǎn)了，況且完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

今天我借點(diǎn)客分享會和大眾一塊探討下，這個可見光樹脂（日光樹脂）大概會在全部3D打印技術(shù)發(fā)展中，處在一個什么樣的角色，是不是可能會形成一個新的方向？

3D打印是什么？

相信大眾都接觸過一部分3D打印技術(shù)了，然則3D打印到底是什么呢？有那些主流技術(shù)種類呢？

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3D打印，又叫增材制造，其實(shí)關(guān)鍵的地區(qū)是在材料上。所有3D打印都是圍繞材料，是材料的一種新的加工工藝。

它有一個明顯的特征，便是和先進(jìn)制造，數(shù)字化制造和精細(xì)制造這些概念緊密相連的。這亦便是為什么大眾把3D打印歸為先進(jìn)制造2025或是工業(yè)制造4.0的重要構(gòu)成部分之一。

咱們能夠看到下面三張照片，分別表率日前三種最主流的打印技術(shù)：FDM，SLA，SLS。廣大點(diǎn)客們估計對FDM的理解，比我還深入。

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我先要說聲抱歉，由于我把大眾喜歡的FDM技術(shù)歸為“低”端了。這兒有三個原由：第1，F(xiàn)DM便宜，價格“低”；其次，reprap的開源技術(shù)，使得FDM制導(dǎo)致本“低”，以及大眾DIY的技術(shù)難度“低”；第三，F(xiàn)DM的精度“低”，還有速度“低“。大眾用FDM打印一件作品，通常都要用好幾個小時，對吧。

處在第二位的，是做為“中端”或中高端的打印技術(shù)，即光固化技術(shù)。亦許大部分聽眾對光固化打印技術(shù)暫時認(rèn)識比較少。

核心原理便是，液態(tài)樹脂，受到數(shù)字化的光照射，產(chǎn)生選取性的固化，這般層層疊加，咱們就得到了一個打印件。光固化的優(yōu)點(diǎn)在于精度高，速度高，當(dāng)然運(yùn)用成本亦偏高。

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第三種技術(shù)便是激光選取性燒結(jié)技術(shù)，這是個更高端的技術(shù)了?？赡芷胀ㄍ婕掖蠖喽?span style="color: green;">無親眼看到過這類設(shè)備，或無親手接觸過這種設(shè)備打印的樣品。他所說的“高”是高在哪呢？

第1是，運(yùn)用成本“高”。一個設(shè)備大概是七八十萬到好幾百萬。而后，它的應(yīng)用行業(yè)尤其高端，重點(diǎn)集中在金屬打印，用在咱們的航空航天行業(yè)，金屬牙齒制造或醫(yī)學(xué)醫(yī)療移植的金屬骨骼這類的，尤其高端的應(yīng)用。

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光固化3D打印技術(shù)

下面，我針對我尤其善于的光固化技術(shù)，掰開來講明一下，其中的有些細(xì)節(jié)問題。

大眾看一下這個圖，圖里邊有四類設(shè)備。最左邊的，倘若認(rèn)識光固化的朋友，很容易就會認(rèn)出來，這個是Formlab出品的Form1打印機(jī)。

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這個是日前全世界銷量最好的桌面級光固化設(shè)備。它的原理咱們叫做SLA（stereo-lithography apparatus），運(yùn)用激光器光斑逐點(diǎn)掃描，把液體樹脂固化。

而后咱們看第二類，DLP技術(shù)（digital light processing）。這個是在SLA的基本上，發(fā)展而來的。它的核心技術(shù)，是采用了紫外的光源，經(jīng)過數(shù)字微鏡DMD，亦便是DLP，德州儀器的數(shù)字鏡片技術(shù)，把光投影到全部樹脂槽的透光窗口上。

從DLP技術(shù)起始，咱們每次成型一個面了。不管這個面積多大，咱們都能夠每次（同期）成型一個面。面成型技術(shù)飛速加強(qiáng)了3D打印的速度。DLP技術(shù)里邊，有個尤其牛逼的技術(shù)，那便是CLIP（continuous liquid interface production）。

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CLIP實(shí)質(zhì)上便是Carbon3D的連續(xù)液面固化打印技術(shù)，它還是采用的DLP投影的方式。但它有一個非常明顯的特點(diǎn)，那便是打印速度非?？?！是日前主流打印技術(shù)速度的幾乎一百倍！

而后咱們再來看第三種，用LCD掩模的技術(shù)（LCD masking）。這個技術(shù)可能有些人接觸過，亦有些人還不太認(rèn)識。

LCD掩模技術(shù)，便是用紫外（405nm）為光源，而后用LCD面板做為光的掩模（masking），它像一個對光遮掩的板子，只讓一部分的紫外光（選取性）經(jīng)過，而后成型在液態(tài)樹脂的底部。

它非常類似于前面的DLP技術(shù)，獨(dú)一區(qū)別的便是，用LCD掩模而不是用數(shù)字光振鏡DLP來成型的。它最大的優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)備尤其的便宜。比方說這個（ibox nano）眾籌的設(shè)備，大概只要幾百美元。

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最后一個技術(shù)（潘多拉科技的pluto），亦便是咱們今天的主角，我要介紹的可見光固化（VLC）技術(shù)。這是咱們的設(shè)備，它最大的特點(diǎn)是在光源的進(jìn)一步升級。它用的光源是咱們最普通的LCD平板，便是它發(fā)射紅綠藍(lán)（RGB）三原色的可見光。

這種光源，你能夠想象為咱們最常用的平板電腦屏幕，手機(jī)屏幕，電腦監(jiān)測器，LCD電視，等離子電視，所有的投影、電影的數(shù)字放映機(jī)，等等等等。

只要你能想到的數(shù)字化的表示技術(shù)，都能夠用作光源。因此，在光源上這種升級，就帶來了咱們技術(shù)上的最大優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備對光源無尤其的需求，所有的（數(shù)字）光源都能夠用。

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3D打印的瓶頸

回過頭來，咱們想想，3D打印為何還無普及，為何有這么多問題無處理呢？我在下面這個圖里面大概總結(jié)了幾個方向。為何呢？

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由于：精度差，速度慢。這重點(diǎn)指的是FDM設(shè)備（左邊三個）。精度基本上是0.1毫米以上；速度的話，倘若追求高精度，幾個小時只能打印手指頭同樣大的東西。

中間這兩種便是剛才說的光固化設(shè)備，但由于技術(shù)壟斷，設(shè)備尤其的貴，從6萬人民幣（formlab）到幾百萬人民幣的設(shè)備（3dsystem）。其實(shí)她們亦處理了前面說到的一部分問題，精度亦高了，速度亦快了有些。

最右邊這個，是最高端的金屬打印設(shè)備，德國的EOS。它便是很典型的技術(shù)壟斷。這個設(shè)備很貴，幾百萬，可能國內(nèi)就無買回來幾臺，亦可能便是技術(shù)封鎖原由吧。尤其耗材方面，耗材可能經(jīng)過國內(nèi)的代理商能買到了，但報價可能超出了咱們（普通）用戶的想象。

因此，咱們的問題是，有什么技術(shù)能處理這些瓶頸呢？

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我其實(shí)想了這個問題很久。有什么技術(shù)能夠處理以上這些瓶頸問題呢？這兒，可能吧，咱們的可見光固化（VLC）技術(shù)，便是一個很好的處理方法！

剛才說的，光固化的核心問題，便是把光源改變。新技術(shù)的光源，便是咱們右圖看到的平板電腦或手機(jī)的屏幕。它的優(yōu)點(diǎn)便是，沒有紫外輻射，無激光，亦無高溫噴頭啦，運(yùn)用最簡單的，咱們平常隨時用得到的，LCD表示技術(shù)或投影技術(shù)。

而FDM有一個高溫危險的問題。倘若是激光的話，有一個激光和振鏡系統(tǒng)國外壟斷的問題，亦非常有害，成本亦高。倘若是DLP技術(shù)的話，基本是德州儀器對DLP數(shù)字微鏡99%的市場壟斷。因此，這是限制DLP技術(shù)在國內(nèi)乃至在全世界范圍，繼續(xù)加強(qiáng)精度和速度的關(guān)鍵技術(shù)，由于光源是壟斷的。

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唯獨(dú)，可見光固化（VLC）技術(shù)，對光源無壟斷的問題，亦無成本高的問題，亦無有害的問題。因此，它可能是咱們將來的一個突破口。

可見光光固化（VLC）技術(shù)

這兒我大概說一下光固化的原理。這個稍微需要有些化學(xué)背景。光固化是用一個液體的樹脂，亦便是最左邊的，咱們有些預(yù)聚物和小分子單體。

她們就像有些積木，大體積小的。還有有些誘發(fā)劑。這些誘發(fā)劑，吸收光，而后讓化學(xué)反應(yīng)起始，聚合，亦就像中間圖中描述的。這些積木起始搭建成一條條的鏈，亦便是聚合物鏈。

可能在零點(diǎn)幾秒或則幾秒的過程中，就能形成右圖這種漁網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。從最左邊的分散的分子到最右邊網(wǎng)狀的聚合物鏈，咱們就得到了固體。亦便是，光能夠把液體的樹脂，最后變?yōu)楣腆w的材料。

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可見光固化和以往紫外固化獨(dú)一的區(qū)別，便是咱們利用的是（上圖光譜）中間的那個彩虹段。這一段的可見光波長，對應(yīng)紅橙黃綠青藍(lán)紫。而這個可見光的范圍（400-760nm），亦正是咱們最普通的，每日看到的，電視屏幕電腦屏幕或投影到電影幕布上所看到的光。

用可見光固化（VLC）這種技術(shù)，有什么優(yōu)良呢？大概來講，便是：多，快，好，省。

下面由我來一一介紹吧。

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多：舉個例子來講，F(xiàn)DM打印一個棋子要用一個小時，兩個棋子用兩個小時，如此類推。而咱們瞧瞧圖中的鑰匙扣，打印一個需要半小時，打印三十個亦一樣需要半個小時。

原由便是面光源成型，便是一個面，打印一個和打印N個，十個、一百個所用的時間都是同樣的。反正每次揭發(fā)的時間都是整一個面。

因此，這個優(yōu)良便是“多”，就能達(dá)到批量生產(chǎn)。亦便是說“煮一個餃子用一個小時，煮一鍋餃子一樣亦是一個小時”。因此這種光固化最適合做批量生產(chǎn)的。

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快：光固化成型的第二個優(yōu)點(diǎn)，是“快”。到底有多快？下圖中的杯子里裝的是一個手指體積的東西，而咱們打印大概只需要3分鐘上下。

我不曉得平時大眾打印一個手指頭的體積的東西需要多久。然則光固化最大的特點(diǎn)便是快，便是光線有多強(qiáng)，固化的速度就有多快。

由于全部反應(yīng)，從光刺激而后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)到聚合物成型，大概只要零點(diǎn)幾秒的時間來固化一層。因此它的極限速度，咱們大概預(yù)算了一下，每小時能達(dá)到五百毫米高度，亦便是每分鐘能打印一厘米高。

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好：光固化打印第三個優(yōu)點(diǎn)，是“好”，便是精度高的意思。我不曉得大眾用FDM精度最多能達(dá)到多少?？刹?span style="color: green;">能夠達(dá)到一百微米以下？而光固化打印的話，一百微米便是一個門檻，大部分光固化打印是一百微米以下，例如75微米，50微米，乃至到25微米，還可以往下。

下圖中繁雜的教堂，這是我在英國研發(fā)的技術(shù)，它能打印的一個大尺寸，層厚為50微米，XY軸的分辨率為100微米以內(nèi)的，大尺寸的模型。倘若你采用的更高分辨率的投影或更高分辨率的LCD屏，例如說一個4K、8K的LCD屏幕，咱們能夠得到一個更高精度的模型。

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?。鹤詈笠粋€要介紹的特點(diǎn)，便是“省”。為何是“省”呢？原由是成本低，售價低。倘若一個FDM的設(shè)備幾千快的話，可見光固化打印設(shè)備是很容易達(dá)到的，例如咱們研發(fā)的設(shè)備，亦便是幾千塊錢。它的精度跟日前的入門級光固化設(shè)備是看齊的。

下圖右邊的是咱們正在研發(fā)的一個可見光固化設(shè)備。它重點(diǎn)概念是用IPAD MINI平板，本來它的精度能達(dá)到視網(wǎng)膜精度（retina），用這種光源做為咱們固化成型的光源。那樣它的精度能達(dá)到75微米，而層厚咱們能夠很容易掌控，100、50、25微米層厚都能夠，而這種設(shè)備咱們可能的售價亦便是幾千元。

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將來，咱們還會有更加低價的千元以內(nèi)的設(shè)備，由于這個光固化技術(shù)，其實(shí)設(shè)備很簡單，一個LCD屏、一個上下升降平臺、一個樹脂槽、一個遮光罩、還要一個驅(qū)動板。只要大眾開放咱們的DIY思維，我相信，咱們火速就能夠拿到一個千元以內(nèi)的DIY的光固化設(shè)備。

在“省”的這個優(yōu)良下，F(xiàn)DM無任何優(yōu)良，由于FDM起碼要用4個電機(jī)，要用到加熱頭，還可能要加熱板，乃至還要哪些更繁雜的零件。僅有可見光固化技術(shù)，能夠做到，可能成本只要幾百塊錢。由于這類設(shè)備至需要一個Z軸平臺，一個液晶屏亦就一兩百元不到，而其他配件都和FDM配件差不多價格。

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可見光光固化技術(shù)的應(yīng)用行業(yè)

下面介紹一下可見光光固化技術(shù)怎么用，我來舉三個例子：

第1個例子，便是咱們正在做的，況且有有些初步成績的，桌面級光固化設(shè)備。例如我剛才介紹的，咱們推出的桌面型的LCD為光源的光固化設(shè)備，幾千元的一個設(shè)備。

以及右邊這個咱們正在研發(fā)的用IPAD的屏幕做為光源，把IPAD變?yōu)?D打印機(jī)的智能設(shè)備。它的最大好處便是性價比非常高，方便創(chuàng)客，設(shè)計者、興趣者、以及家庭公眾，都能接受這個新的光固化3D打印技術(shù)，能真正讓3D打印給大眾帶來真正的實(shí)惠。

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第二個例子：工業(yè)用的3D打印機(jī)。它能夠采用一個光強(qiáng)更高的投影設(shè)備，運(yùn)用下沉式的打印技術(shù)。這個好處在于成型速度非?？欤軌?span style="color: green;">加強(qiáng)幾十到一百倍的打印速度。

重點(diǎn)應(yīng)用于三個方面：一是珠寶，它能夠批量生產(chǎn)珠寶，況且精度和表面光滑度亦是非常的高。二是牙科，它能夠成批生產(chǎn)牙齒；況且能做到每一個牙齒都不同樣。而后打印這些牙齒，可能便是半個小時，況且精度高，能用這個牙齒進(jìn)行倒膜形成金屬和陶瓷的牙胚。

第三是工業(yè)快速原型。工業(yè)設(shè)計上，有非常多零件或是裝配件，要先做一個原型出來，而后試裝配一下，用以驗(yàn)證設(shè)計方法，這類便是俗叫作的手板。

當(dāng)然，在這三類之外，非常多興趣者把這個打印技術(shù)用在文創(chuàng)設(shè)計，藝術(shù)，還有精致的動漫模型等等，都是很受歡迎的應(yīng)用結(jié)合。

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第三個例子：工業(yè)生產(chǎn)型的3D打印。這個應(yīng)該是咱們所有的3D打印技術(shù)最后要實(shí)現(xiàn)的目的：部分取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)。重點(diǎn)要強(qiáng)調(diào)的是部分取代，不是所有取代。

下圖的例子中，左邊是注塑的傳統(tǒng)設(shè)備，右邊是咱們3D打印機(jī)，由非常多個小型模塊構(gòu)成的大型流水線設(shè)備。這般的兩套設(shè)備的成本是相近的，而后仔細(xì)比較一下，大概上下兩套設(shè)備的生產(chǎn)能力亦是相近的。

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上面已然說到，一個模塊化打印單元半小時打印30個圖中的鑰匙扣，這個流水線里邊集合了幾十個打印單元，半小時生產(chǎn)零件的個數(shù)和傳統(tǒng)注塑的個數(shù)應(yīng)該是相當(dāng)?shù)摹?span style="color: green;">獨(dú)一的區(qū)別便是原材料的價格，3D打印原材料肯定比傳統(tǒng)工藝原材料的價格要貴。

當(dāng)然，咱們能夠運(yùn)用這技術(shù)打印有些比較精致（繁雜度高）、比較特殊的、個性化的東西，例如有些設(shè)計模型是傳統(tǒng)工藝達(dá)不到的。因此重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)只是部分取代傳統(tǒng)工藝。

在有優(yōu)良的，可定制的小批量的生產(chǎn)過程中，3D打印完全能夠取代這部分訂單。然則，針對批量尤其大，比較低價，比較簡單的零件，咱們當(dāng)然還是運(yùn)用傳統(tǒng)工藝加工，例如注塑或CNC加工。

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總結(jié)

3D打印的最后形態(tài)是柔性制造，亦便是設(shè)計師，設(shè)計一個制品，周邊的3D打印工廠就能夠把它批量生產(chǎn)出來，既省了非常多繁雜工藝，節(jié)省了時間，又節(jié)省了地域上的運(yùn)輸、倉儲、分配等非常多環(huán)節(jié)。

最后的3D打印應(yīng)該是柔性化生產(chǎn)/分布式制造，設(shè)計者、生產(chǎn)者、運(yùn)用者都處在區(qū)別的地域經(jīng)過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)相連，按需制造的方式。

倘若3D打印技術(shù)要真正被廣泛的應(yīng)用，除了上面我聊的設(shè)備上種種特性之外，材料技術(shù)是需要處理的最核心的問題。如我之前說的，材料是3D打印技術(shù)中的靈魂，而所有3D打印技術(shù)是應(yīng)該圍繞材料的特性研發(fā)的，而3D打印技術(shù)只是一個工藝上的問題。

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針對液態(tài)樹脂，我就提出了將來的發(fā)展方向（當(dāng)然這個不必定只是我一個人在做，還有國內(nèi)外的廠商都在為UV樹脂或可見光的固化樹脂持續(xù)供給方法），例如運(yùn)用在鞋材上的柔性樹脂，用在機(jī)械制造的高強(qiáng)樹脂、運(yùn)用在金屬鑄造的鑄造樹脂/蠟基樹脂，還有運(yùn)用在牙科中的醫(yī)學(xué)中的（生物相容性尤其好的）醫(yī)用樹脂，等等等等。這般的材料上的多樣性，加上設(shè)備針對行業(yè)的應(yīng)用，才可真正促進(jìn)3D打印行業(yè)達(dá)到爆發(fā)式增長。

今天，我就和大眾分享這么多吧。我很榮幸我在一個新的方向（可見光固化打印技術(shù)）上，做出了第1款樹脂，開拓了這個新方向的有些實(shí)質(zhì)應(yīng)用。其實(shí)我只算是走了第1步。

將來，咱們期盼能像國外的reprap學(xué)習(xí)，把這個技術(shù)放在開源平臺，大眾來一起推動全部技術(shù)發(fā)展成熟?？梢姽夤袒夹g(shù)要像之前FDM技術(shù)同樣，百花齊放，做出針對自己應(yīng)用域的DIY研發(fā)，真正落實(shí)到應(yīng)用層面的技術(shù)發(fā)展。謝謝！

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再次感謝唐博士的分享，期待可見光光固化技術(shù)早點(diǎn)百花齊放！

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