FDM vs. SLA vs. SLS – 比較

​積層製造 (AM) 是生產過程的一個廣義術語，其中“通過逐層添加材料（而不是像傳統加工那樣減去材料）”生產物件。到目前為止，有七種不同類型的 AM 製程，其中最受歡迎的是：FDM、SLA 和 SLS。


FDM – 熔融沈積成型
熔融沈積 成型 (FDM)，也稱為 FFF（熔絲製造），是最著名的技術，也是材料擠製成型技術的一部分。它使用熱塑性材料，通常採用線軸的形式。擠出機的加熱噴嘴熔化材料，然後將其沉積到底板上。FDM 有幾個優點。列印過程簡單易學，速度中等，通常不需要很大的空間。大多數列印機都是桌面大小，這使它們成為辦公室的理想選擇。但另一方面，FDM 也用作大型工業機器，以支持製造過程。在這種情況下，可以使用顆粒形式的構建材料而不是線軸。 

企業和個人用戶使用 FDM 來創建功能性原型、產品概念模型或快速工具。隨著一些生產商獲得 FDA 的證書，醫療用模型也越來越受歡迎。

使用 FDM 設備時考量的設計
要為 FDM 3D 列印機創建模型，您需要使用電腦輔助設計(CAD) 或 3D電腦圖形軟體。這項技術在空心部件、倒角和懸臂結構方面存在一些問題，因此必須設計和製造諸如殼狀、板狀或網狀之類的支撐結構，以便列印模型。幸運的是，軟體會分析模型並根據它們的幾何形狀為我們設計合適的支撐結構。僅配備一台擠出機的 FDM 3D 列印機使用與製作整個模型相同的材料來創建支撐。在這種情況下，它們必須機械分離。於是具有雙甚至更多擠出機的設備如今變得越來越流行。它可以使用溶於水的支撐材料，但製程相當長，有時您需要使用的不僅僅是水，例如檸檬酸。最後，並不是所有的列印材料都黏在溶解的支撐材料上。另一個重要因素是列印平台上的模型方向。它必須在不需要大量支撐情況下進行安排。

​FDM的優勢

• 無毒，但某些線材（如 ABS）會產生有毒煙霧。但通常它是環境安全的製程。
• 色彩豐富的列印材料，價格不貴，利用率高。
• 低或中等的設備成本。
• 低或中等後處理成本（支撐去除和表面處理）。
• 最適合中型元素。
• 組件的孔隙率幾乎為零。 
• 材料的高結構穩定性、耐化學性、耐水性和耐溫性。
• 與其他桌上型機型相比，構建體積較大：600 x 600 x 500 毫米。

​FDM的缺點

• 有限的設計選項。不能在垂直平面上產生薄壁、銳角、銳邊。
• 由於添加層方法導致材料特性的各向異性，因此列印模型在垂直構建方向上最弱。 
• 需要支撐。
• 不是很準確，公差在 0.10 到 0.25 毫米之間。
• 拉伸強度約為射出成型材料的三分之二。
• 難以控制構建室溫度，但這是影響結果的關鍵要素。
• 垂直構建平面中的“階梯效應”問題。 

​SLA - 電射光固化
第二個最流行的製程稱為SLA（電射光固化）是光聚合固化技術的一部分。這是第一個獲得專利的 AM 技術。在這個製程中，光聚合樹脂被暴露在電射光束或數位光學投射器下。能源在平台上逐層硬化材料。完成後，平台向上移動，一層樹脂淹沒表面。重要的是，將樹脂槽封閉以防止樹脂蒸發。樹脂槽本身需要不透明或著色，以防止環境光照進去造成過早固化過程。

在 SLA 中，與 FDM 中一樣，需要支撐結構。但在這種情況下，它們總是由相同的材料製成。列印完成後，將完成的物件排亁，在溶劑中清洗，去除多餘的樹脂，然後進行紫外線照射以完全固化物件。只有這樣才能用切割去除支撐結構。
 
使用 SLA，您可以使用一系列光敏聚合物進行打印，例如環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸酯、彈性體和乙烯基。您可以使用這些材料來生產非功能性原型、彈簧卡扣和鉸鏈、醫療模型（尤其是牙科用模型）以及鑄造模型。

使用 SLA 設備時考量的設計
 
在使用SLA 設備考量設計模型時，您需要遵守與使用FDM 設備設計幾乎相同的規則。由於需要的結構，物件的佈置應要能去除多餘支撐，在 SLA 中，這些支撐可以採用網狀、點、板狀或角撐板的形式。成品件是半透明的，層厚可低至 0.05 – 0.15 毫米。

SLA的優勢

• 出色的表面光潔度，層厚在 0.05 – 0.15 毫米之間。
• 成品零件可以噴漆。
• 速度適中。
• 經濟適用於低產量 (1-20) 物件。

​SLA的缺點

• 昂貴的材料。
• 不僅需要後處理，還需要多線程、凌亂的製程。列印完成後，需要在超音波清洗機中清洗樹脂或將一部分浸入 IPA（異丙醇）中，然後必須去除支撐物，之後用紫外線光固化。
• 單獨樹脂是有毒的，但與 IPA 混合更危險。液體應妥善保管並送交專業公司處理。
• 廢料不可回收且難以管理
• 需要支撐
• 由於添加層方法導致材料屬性的各向異性，因此打印輸出在垂直構建方向上最弱。
• 雷射需要定期校準
• 不同樹脂的層厚可能不同
• 光聚合物以及在此過程中蒸發出的氣體都是有毒的。

​ SLS – 選擇性雷射燒結成型法
 SLS  是一種粉床增材製程

SLS 是 3D 列印行業最為人所知歷史最悠久的技術之一，也是當今最可預測的增材製造技術。它的工作方式非常簡單。電射光束在密封室中燒結粉末材料，有時使用惰性氣體以防止氧化。由於列印室被預熱，剛好低於粉末的熔化溫度，電射光僅用少量能量來熔化粉末。
燒結完成後，平台重新定位，專用機構將粉末層從供應室補充到列印室，並重複該過程。在 SLS 技術中，不需要支撐，因為未燒結的粉末圍繞在列印出的物件上，本身就成為一種支撐。

​SLS 技術的精度取決於雷射光束、其直徑和電射光束路徑：垂直於層 (H-BOT) 或與層成一定角度 (Galvo)。精度還取決於層高。任何複雜的實體結構都可以製造，即使移動內部物件，只要當初設計是能夠去除模型內部未燒結的粉末。

​列印後，多餘的粉末可以通過吸塵或刷除。為了獲得最佳效果，列印輸出品也可以進行噴砂處理。選擇性雷射燒結使用範圍廣泛的材料，如熱塑性塑料、彈性體和蠟。一些工業機器使用粉末金屬（SLM、DMLS、LPBF）或陶瓷。

當我們比較整個 SLS、SLA 和 FDM 的應用數量時，無可否認，選擇性電射燒結是潛在應用數量最多的。從功能性、可移動原型可在風洞中測試或通過其他實驗測試，到以低或中等體積列印的最終組件。裝配中的零件、彈簧卡扣和鉸鏈、快速工具、模型、型芯和用於鑄造和成型的模具、產品概念模型、醫療和牙科植入物構成了一系列用途。它還用於滿足教育需求，研究人員和學者都可以使用它來教學生。

使用 SLS 設備時考量的設計
設計師選擇 SLS 是因為它給了他們形式上的自由。可以創建複雜幾何形狀的可移動物件。由於不需要支撐結構，也更容易準備更細節的案件，鋒利的邊緣，薄壁。0.06 – 0.15 毫米之間的層厚使其非常精確。與 FDM 和 SLA 的情況相同，材料屬性的各向異性使物件在垂直構建方向上較弱。

 SLS的優勢

• 不需要支撐結構。
• 具有複雜內部幾何形狀的可移動部件。
• 光滑的表面 - 很難注意到這一層。
• 耐用的列印物件。
• 列印後粉末可重複使用。
• 低到中等的材料成本，使用整個工作區。
• 與工業機器相比，桌上型 SLS 3D 列印機價格低廉。
• 不需要特別技術的人力（僅桌上型SLS 3D 列印機）。

​​SLS的缺點

• 工業機器很貴。
• 交貨時間長。
• 更換材料時必須確實地清潔機器以避免污染。
• 列印時間長（對於較大的物體）。
• 對於後處理過程中的粉末管理，建議使用真空吸塵器和空壓機，因為它可能會沾上灰塵。