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国行首测 ,1亿做3D打印机Form3怎么样?

日期:2020/02/12 发布者: 宋达希浏览次数:144

在3D打印领域有这样一家初创企业,它的创始成员有过硬的教育和技术背景,它设立第二年就引爆市场,一夜蹿红;成立九年来屡获资本青睐,融资超过1亿美元,令无数创业家艳羡不已;估值达到10亿美元(截至2018年8月消息),成为3D打印行业的独角兽——这就是在光固化3D打印分支中独辟蹊径的Formlabs。那么问题来了,是什么样的技术和产品让它实现了如此快速的增长?最新的3D打印机和技术又是怎样的?今天我们就来近距离接触Formlabs旗下最新款桌面型光固化3D打印机Form 3。
如果对Form 3 3D打印机的背景、技术以及试用过程不感兴趣,那么可以跳转到本文最后的“试用总结”,直接看结论。

■成长历程 疯狂的两个半小时

开始写这篇文章的时候,我莫名就想起了《冰与火之歌》中的龙妈丹妮莉丝,每次跟新朋友认识之前总要报上长长的一大串名号。那么要了解Form 3 3D打印机,我们也不妨从它的缔造者Formlabs的历程说起。

Form 3 3D打印机有什么来头?

Formlabs由三名麻省理工MIT的学生于2011年联合创立,创始者分别是Maxim Lobovsky、Natan Linder和David Cranor。三人在麻省理工媒体实验室上课的共同经历、在MIT比特原子制造中心的项目经历,促使他们想要创造一台在桌面上能高精度3D打印、并且廉价的打印机。于是2011年Formlabs在美国马萨诸塞州萨莫维尔市正式成立。大众创业、万众创新,在美国高度成熟的商业社会中这样的创业公司多如牛毛,尽管Formlabs的创始成员拥有过硬的教育、工程和设计背景,他们在那一年还是非常不起眼。

在2011年Formlabs公司成立

直到2012年也就是创立的第二年,Formlabs迎来了自己龙蛋孵化的那一刻。2012年9月,Formlabs第一款桌面式光固化3D打印机Form 1上线Kickstarter开启众筹,Formlabs把它描述为一款“为专业创客打造的高精度、买得起的3D打印机”。设定10万美元的众筹额度,仅仅两个半小时就达成目标;在接下来的短短三个星期之内总计筹得约294.6万美元,成为由众筹起家、爆炸式发展的创业明星。或许连他们自己都没有想到这样的结果,因为Formlabs在博客中形容“这是疯狂而令人兴奋的三周”,当时的员工包含创始人在内还只有区区12个人。

2012年Form 1 3D打印机开启众筹 大获成功截图自kickstarter


Form 1的BOM物料一览

大约一年之后,Formlabs开始发货旗下第一款SLA光固化3D打印机Form 1,陆续向全球30多个国家交付了超过1000台。联合创始人Natan Linder认为,对于众筹起家的Formlabs来说,用户就是衣食父母,所以众筹结束之后Formlabs继续提供支持,并且不断革新来“打造一款能够改变世界的3D打印机”。众筹成功但很快走向倒闭的创业公司不胜枚举,或许对用户负责到底的精神,是Formlabs成长到今天这样规模的重要原因之一。


第一代Form 1 3D打印机

接下来的几年印证了Formlabs的执行力。2014年推出升级版3D打印机Form 1+,改进了速度、打印质量和可靠性,解决初代机型中用户反馈的问题;2015年研发出第二代3D打印机Form2,实现了更大的成型尺寸和可更换的树脂盒;2017年开发了Form Wash清洗机和Form Cure固化机,实现更完善的打印后处理,提升打印件的性能和表面质量;2017年开辟了全新的Fuse 1选择性激光烧结SLS 3D打印机,烧结尼龙粉末,开拓新的领域。2019年4月,研发最新的光固化3D打印技术LFS(Low Force Stereolithography),大幅度改进了激光入射角度和每层的剥离过程,并推出Form 3/3L两款最新的3D打印机。

第二代Form 2 3D打印机

Fuse 1 选择性激光烧结SLS 3D打印机

Form 3L 3D打印机 看起来非常大

伴随着不断迭代升级的3D打印系列产品,Formlabs也多次赢得风投的青睐。Formlabs在2013年获得1900万美元A轮融资,2016年获得3500万美元B轮融资,2018年4月获得3000万美元C轮融资,2018年8月获得1500万美元D轮融资。截至2018年底,Formlabs总计获得超过1亿美元投资,估值达到10亿美元,成为名副其实的独角兽,并拓展包括中国区在内的亚太市场。于是顺理成章有了本次的3D打印机试用和测试,而且是最新款Form 3哟。


3D打印行业媒体、财经杂志、大众媒体纷纷报道新晋独角兽 截图自福布斯官网

当回顾Formlabs成长历程的时候,对于创业之初的Formlabs元老而言最激动人心的恐怕还是众筹上线的那两个半小时。在2015年的一篇官方博客文章中,Formlabs坦言坚持“良好的设计、以简单为首要目标,并且不断迭代3D打印机原型”的理念,赢得了用户也赢得了回报。

在2015年的博客中 Formlabs透露了激动人心的众筹两个半小时


不断迭代3D打印机原型
那么就让我们一起来看一下在“一个小目标”基础上做出的最新款3D打印机——Formlabs Form 3,究竟怎么样。

■倾听用户声音 打造智能设备

Form 3正如其名,已经是Formlabs第三代光固化3D打印产品。在2012年众筹开始的时候,Formlabs就建立了官方论坛,吸引了一大批工程师、设计师、创客、3D打印爱好者,在这里不仅有3D打印的技术分析、体验和分享,也有3D打印技术支持和问题解决板块,而Formlabs工程师在论坛中为用户解答疑惑、解决问题。


Formlabs官方论坛

几乎没有人能从一开始就做出完美的产品。Formlabs通过论坛广泛收集用户的问题和建议,在一代、二代机型用户体验的基础上打造了几乎全新的第三代光固化3D打印机Form 3。Form 3相比前代的Form 2机身尺寸略大一些,为40.5 × 37.5 × 53 cm,不过仍然属于桌面型的3D打印机,可以轻松放置在办公桌或工作台上;梯形的机身独具Formlabs的设计风格。

Form 3采用了最新的LFS 3D打印技术,可以认为是SLA光固化技术的进化版。在一代和二代机型上,Formlabs都采用了SLA技术——利用激光束照射液态的光敏树脂表面,而光敏树脂在一定波长和功率的光线照射下会迅速发生光聚合反应,分子量增大,从液态变成固态;当计算机精确控制激光照射的路径时,就能固化出特定的形状,再一层一层形成立体的物品。SLA技术并非Formlabs首创,早在1984年3D Systems公司的创始人Chuck Hull就发明了SLA 3D打印技术并获得了美国专利授权,并陆续推出了工业和商用的大型SLA 3D打印机。

SLA 3D打印技术原理 图源druckwege.de

而Formlabs的贡献在于,将SLA 技术以小型化、低成本的方式在桌面上实现,正如他们最初创业时的愿景。不过显然Formlabs的技术实力不止于此,而是继续研发了创新的LFS技术来改进桌面光固化3D打印的精度和过程。在Form 3上引入了光处理单元LPU(Light Processing Unit),在X轴方向上依靠步进电机驱动整个LPU移动,也就是说光源是可以移动的;在Y轴方向上依靠一个电子振镜和一个球面反光镜来移动光束,从而实现激光光斑的入射角度始终垂直于树脂液面,使得光斑在各个位置上更均匀,固化单元更精确、细致;而前代SLA技术是固定光源下,依靠一组电子振镜控制光束扫描位置,难免形成倾斜的入射角,从而影响固化的均匀程度。这是LFS技术的重大创新之一。

LFS 3D打印技术重大创新

另外相比FDM 3D打印技术400微米-800微米直径的喷嘴,SLA技术的光斑更小,通常在100-200微米,因此SLA技术在精度和模型表面细节方面具备天然的优势。而LFS技术进一步将光斑控制在85微米的超精细水平,进一步提升了模型表面质量和精细程度。

85微米超精细光斑

还有一个问题,就是固化每一层完成之后都需要剥离以避免树脂与树脂槽的粘连,而如何既保证足够的固化强度、又使固化层更容易与树脂槽剥离,成为了光固化3D打印制造商普遍面临的问题;这也是用户反馈期待Formlabs能实现的突破。LFS技术采用了柔软的薄膜用作树脂槽的底面,并且拉伸展平成为树脂固化的平面,既保证了固化速度和强度,又使已经固化的一层更容易剥离,从而在打印速度上也有所提升。

重大创新之二:树脂槽底部柔软的薄膜

查阅资料显示,在Form 3上Formlabs还使用了多达20个传感器来提升3D打印机的智能和自动化程度。水平传感器检测打印机水平校准,树脂余量传感器可估计树脂盒的剩余树脂量,液位传感器检测树脂槽中的树脂平面,刮板传感器检测刮板工作状态,还有激光功率传感器、树脂槽传感器、进料传感器等等,实现自动补充适量树脂、每次打印前自动搅动并均匀混合树脂等功能。大大减少人工的干预,提升自动化水平,同时提升3D打印成功率。

相比SLA技术,LFS技术的优点在于LPU设计带来具备各项一致性的3D打印件,更小更精确的光斑带来了更高的细节精度;柔软薄膜带来的剥离性能大大改善、固化速度有所提升;以及移动的LPU意味着更大尺寸的成型体积(因为SLA是固定光源,面积越大意味着激光倾斜角越大、精度越低),大尺寸的Form 3L就是最好的例子。

相比DLP 3D打印技术,由于精度受到DMD芯片分辨率的影响,再加上DLP技术专利所有权由德州仪器TI独家掌握,因此DLP打印效果小而精、大则粗糙,无法实现大尺寸的成型;而LFS技术在小、中、大面积的尺寸上都能实现高精度3D打印。当然DLP的优点也源自它的整面曝光特点,打印速度相比SLA和LFS技术都快了不少。

相比LCD 3D打印技术,由于LCD 是近几年诞生的新的光固化技术,因此解决方案成熟度远不如SLA和LFS,并且光源对不同树脂类型的兼容性也没有后者好;另外由于LCD蒙版导致光效率不如SLA和LFS,因此在固化速度和打印速度方面LCD技术也没有优势。

相比FDM 技术,LFS技术在精度和模型表面质量方面有较大的优势,尤其是在精度要求更高的牙科模型、珠宝首饰蜡模领域,LFS相比FDM 技术来说是不可替代的。

接下来我们来一一展示Form 3 3D打印机及相关附件和配件,更全面地认识它。

■细致周到 认识Form3家族

Form 3 3D打印机的主机、树脂槽、树脂盒、打印底板以及后处理套件都是独立包装的,有十几个纸箱。第一次测试全新的Formlabs 3D打印机,拆箱的过程竟然也有了双12拆快递包裹的期待感和成就感。

Form 3 3D打印机拆除包装就是这个样子

把Form 3 3D打印机主机去除包装,放置在比较平整的办公桌或者工作台上,避免强烈的阳光照射;普通办公室室内照明是没有问题的,在之后的使用过程中几乎不会对光敏树脂造成影响。打开上盖,下部黑色的工作仓内,右侧蓝色封装带固定的是光处理单元。由于这是个移动部件,因此运输途中牢靠固定以避免晃动。

这些零件一定不要扔

工作仓右侧两个螺母依次拧下,取下蓝色的封装带并取下固定LPU的金属条。注意:这些附件都不要扔,保存起来;当需要再次长距离运输或快递打印机时,按照原样重新固定LPU,这一点很重要。蓝色封装带上也说明了这一点。

LPU单元 深色罩子的部分是光源

把打印底板去除包装,插入打印机上部的托臂,并按下卡扣,正好固定打印底板。

安装打印底板
树脂槽的拆封有些讲究,好在包装上明确了安装方式。打开上盖并去除蓝色封装带,双手握住两侧的把手,从底盒中取出树脂槽。注意:手一定不要触碰树脂槽底部的薄膜,保持薄膜的干净平整,连指纹和灰尘都不要留下,否则可能导致固化质量下降、打印失败等问题。也就是说树脂槽底部的薄膜很娇气,要小心保护。

树脂槽拆封
将树脂槽放入打印机下部的工作仓,略微调整位置正好卡入,再稍用力向里推入使树脂槽固定牢靠。树脂槽一角有芯片与打印机的触点位置对应,可以作为参照;这里也需注意:向里推入树脂槽的操作必不可少,否则可能导致芯片没有准确入位,在打印过程中打印机识别“树脂槽缺失从而停止打印。将包装中的刮板把手向左侧、金属片向下,放置在树脂槽上并向左推入卡口,并且刮板固定在树脂槽左侧。

双手握住两侧把手 不要触碰底面

将刮板推入树脂槽左侧卡口

取出树脂盒,拆除上部和底部的橙色胶带,插入3D打印机后部的耗材仓。按压树脂盒顶部的圆盖露出气孔用以通气,以便在打印过程中树脂可以顺利注入树脂槽。到这里Form 3 3D打印机就安装完成了。

拆封树脂盒 并去除橙色封带

手指按压这个盖子 使它露出气孔
所有的光固化3D打印机都需要在打印完成后,再处理一下模型上残余的树脂;Formlabs官方提供了手工的后处理套件,包括两个清洗盒和一些拆除模型、支撑的工具,以及几十双可降解的橡胶手套。当然这些不是必买的,也可以自己采购类似的东西。


后处理套件 工具丰富
另外还有两样神器——Form Wash和Form Cure。Form Wash用于自动清理残余树脂、自动晾干;使用之后发现它类似一个小号的波轮洗衣机,只不过是用来洗3D打印模型的。

拆封Form Wash
Form Cure则用于深度固化3D打印模型,提升表面质量,提升材料强度等物理性能;我们可以把它理解为一个小烤箱,把模型再烤一烤进行深度加工。至于这两样神器要不要买、如何发挥它们的价值,后文我们再详细解析。

拆封Form Cure
其实这么多附件和配件,有点超出了我们的想象,也足以见得Formlabs为用户的使用考虑得细致周到。每一样配件包装箱中都有简单的一页或几页纸,这是快速使用指南,帮助我们快速上手,在这里我们也推荐每一个Form 3买家认真阅读,绝对事半功倍。

■PreForm软件 真正傻瓜版

不只是3D打印机硬件,包括3D切片和打印软件PreForm也可以用简单易用来形容,贯彻了Formlabs”以简单为首要目标“的理念。

在官方网站formlabs.com下载最新版软件PreForm并执行默认安装。在中国区已经比较好地支持中文语言界面,对于本土用户来说比较贴心。中间是虚拟的Form 3 3D打印区,鼠标滚轮可缩放方便查看,鼠标右键按住拖拽可旋转视角。左侧图标是快捷设置区,右侧是打印机状态、打印详情和适印性列表。用过其它3D打印机的朋友对这种布局应该也会非常熟悉。

PreForm软件主界面

我们重点推荐的是左侧图标栏的第一项”一键打印“,即使从来没有用过光固化3D打印机,在导入3D模型之后也不需要任何设置,点击”设置打印件“之后等待片刻,就可以把任务发送到Form 3 3D打印机上了。而且在虚拟打印区还可以看到模型的模拟效果,直观简单,真正傻瓜式3D打印。

一键打印 强烈推荐使用

 当然这里也要解释一下,光固化3D打印通常不直接3D打印模型,因为固化层和打印底板粘连非常牢固,以至于打印完之后很难把模型拆下来,甚至会意外破坏模型完整;通常的做法是添加支撑和底垫,使模型悬空,从而更容易取下并清理。PreForm把这些都考虑在内,通过一键打印功能自动计算3D模型合适的倾斜角度、位置并自动添加支撑和底垫,最后再自动切片。使用者需要做的只是等待片刻,把打印任务发送到Form 3即可,就非常简单了。

自动添加支撑和底垫 并显示打印效果

与之搭配使用的是PreForm右侧的适印性检查,当3D模型底部紧贴打印底板、支撑缺失、倾斜角度不理想等可能导致打印失败的情况出现时,会自动告警并提醒使用者检查3D模型;而当适印性最佳则亮起绿色大拇指,也就意味着Form 3将会很好地完成3D打印任务啦!

关注适印性检查 有助于提升打印成功率

点击右上角的3D打印机信息,可以选择打印机列表、查看当前的树脂类型和打印状态,以及设置打印层厚度。这里白色通用树脂层厚支持两种,分别是快速打印(100微米)和最高分辨率(50微米),可自主选择。

选择3D打印机

另外还有一点贴心之处,就是当安装PreForm软件的计算机与Form 3在同一个办公局域网内时,PreForm软件自动发现3D打印机并获取状态,我们在打印机列表中直接就能看到,不需要再搜索、添加,更省事儿。

上传打印任务

上传打印任务之后,在Form 3屏幕上确认并开始执行,就开始3D打印了。下面我们再花一点篇幅,讲一讲Formlabs的树脂耗材。

■多种树脂 面向丰富行业应用

从最初的面向桌面3D打印高精度模型,到现在面向快速原型、打样、珠宝、牙科、特种陶瓷等多行业应用,Formlabs的多种树脂材料使其3D打印机的用途越来越广泛,也完全消除了人们对于桌面3D打印只用来制作普通塑料件的看法。

我们拿到了四种不同的树脂材料进行试用

Formlabs目前有超过20种不同类型的树脂,包括通用树脂、工程树脂、珠宝树脂、牙科树脂、陶瓷树脂等品类,其中某些树脂还具备多种用途。

丰富的树脂材料类型

 黑白灰的通用树脂可用于快速原型和模型制作,也支持后期处理、上色;透明树脂可用于光学、灯光照明组件,也可用于开模;快速树脂可用于快速打印大尺寸大体积且表面细节要求不高的样件,提升效率;彩色树脂可混合出丰富的本体色彩而无需后期上色,可用于制作彩色样件。

还有一些树脂具备更强的物理或化学性能,满足特殊的样件需求。工程灰树脂(Grey Pro Resin)打印件挠曲模量为2.0GPa,拉伸模量为2.6GPa,延展率为13.0%;可用于概念建模或功能原型,适合用来制作一致性测试样件、注塑零件原型、母模、工装夹具等。

刚性树脂(Rigid Resin)经过经过玻璃复合强化,挠曲模量达到3.7GPa,拉伸模量达到4.1GPa;打印件具备高刚度和光滑的表面,并且不易变形;可用于制作扇叶、夹具、工具、歧管、电器外壳、汽车零件壳体等。

耐久树脂(Durable Resin)打印件则拥有低模量、高延展率和冲击强度,并且具备光滑、低摩擦系数的表面,可用于制作消费品外包装、衬套、嵌合件、喷壶活塞等。

高韧树脂(Tough Resin)的打印件结实又耐用,可用于制作需要一定强度的功能原型、卡扣件、组装件等,尤其适合需要对部件施以短期的压力或拉力之后恢复原状的功能或性能测试。

弹性树脂(Elastic Resin)打印件邵氏硬度为50A(数字越小硬度越低),既柔软又具备良好的弹性,可以弯曲或压缩,适合用来制作穿戴设备原型、医护用品、机器人的顺应性部件、特效道具等。

柔性树脂(Flexible Resin)打印件邵氏硬度为80A,兼具强度和弹性,与此可类比的是汽车橡胶轮胎的邵氏硬度通常为70A;这种打印件具备亚光黑色的柔软表面;可用于制作软垫、减震设施、人体工学的穿戴设备原型、把手、握柄等。

耐热树脂(HighTemp Resin)打印件在238摄氏度高温下不软化变形,可用于制作热水或蒸汽的处理工具、耐热的壳体或夹具、塞子等等。

Formlabs工程类树脂 物理特性图

珠宝首饰专用的浇铸石蜡树脂,打印件精细细腻、细节丰富,且用于失蜡法铸造充分燃烧无残留,可制作精美的贵金属首饰、珠宝。这也是Formlabs经营多年的领域,拥有成熟的解决方案。

牙科树脂又有六种细分种类,可用于制作手术导板、夹板、展示模型、义齿、牙齿蜡模、牙齿矫形器具等等,简化齿科诊疗方式,缩短治疗和康复周期。

3D打印齿科模型用于教学或诊断

陶瓷树脂打印件需要经过灼烧处理,最终产出的陶瓷部件可耐1000摄氏度高温,具备良好的绝缘性、低导热率、耐腐蚀性、耐磨性,以及良好的化学稳定性。

可以说光固化3D打印机的质量和性能是基础,而树脂材料品类和性能才是决定商业应用价值的关键因素。Formlabs通过研发、收购和实验性合作,不断丰富树脂类型、改进树脂性能,才有了今天成功的3D打印应用案例。后文我们再结合树脂材料,为读者朋友们做一些介绍。

另外在中国市场,Formlabs也带着诚意而来,从2018年起针对四种通用树脂在中国降价30%。虽然与国产树脂相比仍然远远不是一个价位,但是一方面推广普及、价格下降需要一个过程,另一方面原装树脂耗材的适应性、品质和技术支持都更有保障。对Formlabs树脂材料有兴趣的读者,可以在官网耗材页面和官方技术支持页面查看材料技术说明书等细节。

■印后处理 Form Wash和Cure是否必要

起初我们拿到Form 3的时候包含了手工印后处理套件,也存在着一个疑问:既然打印完已经可以手工处理,那么同为印后处理工具的Form Wash 和Form Cure是否必要呢?

使用一段时间之后我们得到了答案,就是非常必要。树脂件打印完成之后表面还没有完全固化,处于比较软的状态;即使手工清洗完毕,触摸起来还有略微黏黏的感觉。而再经过Form Cure继续固化之后,打印件硬度和强度都进一步提升,区别比较明显。当然Form Wash套件可以设定时间自动清洗,节省了手工的工作量,也比较好用。

这两样配件用起来也很简单。为Form Wash注入8-10升90%浓度以上的异丙醇IPA,这是一种电子行业常用的清洗剂,用来清洗电路板或清洁扫描镜头,也是Formlabs官方推荐的清洗剂;我们使用了95%的乙醇酒精,与玩家和从业者交流也发现使用高浓度酒精是比较普遍的情况,不易购买异丙醇的读者可以使用高浓度酒精代替作为清洗剂。注意:异丙醇属于易燃的危险化学品,购买和使用需要远离火源并做好防护措施,建议咨询经销商获得使用指导。

Form Wash清洗中

由于已经清洗五个打印件因此箱体中的清洗剂明显浑浊;对于频繁打印的重度用户或要求精确高质量表面细节的用户,建议一台Form 3 3D打印机配两台Form Wash进行二次清洗,并且使二次清洗的Form Wash酒精中的树脂浓度保持在1-2%较低水平。

通电之后将打印件放入清洗剂中,根据材料清洗指南设定时间并启动,Form Wash底部的波轮自动旋转,类似波轮洗衣机的原理;到时间之后自动升起打印件并控干,就清洗完成了。

清洗完成自动升起 晾干打印件

每次清洗完成之后,在清洗剂溶液中放入浮子(液体比重计),来观察评估清洗剂中树脂的浓度。当树脂浓度超过5%时,继续使用会在模型表面留下比较明显的树脂残留,此时Formlabs官方建议更换全新的清洗剂。

接下来用Form Cure加强固化。将金属网倒扣放入Form Cure并放入清洗完毕的打印件,根据材料固化指南设定固化时间和温度,启动再固化过程。Form Cure内部有两组405纳米光源与Form 3的LPU光源波长相同,可以对打印件进行再固化;底部转台则使打印件的再固化更加均匀。同样根据树脂类型不同等待5分钟到2小时不等的时间,取出打印件就完全处理完毕了。

Form Cure固化中 仔细看有蓝色的灯光照射打印件

根据我们的使用经验,由于3D打印花费的时间远超过清洗和后固化用时,因此对于工作室、商业机构而言2-4台Form 3 3D打印机搭配一套Form Wash 和Form Cure是没有问题的,把钱花在刀刃上。

■3D打印效果 四种不同树脂

来看使用Form 3打印白色通用树脂、高韧树脂、耐热树脂、快速树脂的打印件效果。打印时好像打印底板从树脂槽中将模型拔出来,完成后取下打印底板并安装在手柄上,用撬板工具撬下附着在底座上的模型;实际使用发现底座四周是翘起来的,方便撬动,比较容易取下模型。

像是打印底板把模型“拔出来”的感觉


底板装在手柄上固定,使用撬板插入并略微用力撬起,之后使用手工处理套件或Form Wash清洗模型表面残留的树脂,用附件中的斜口钳去除支撑和底垫;再用Form Cure参照树脂材料固化手册进行再固化。Bingo!打印件就全部完成,可以使用了。


手工处理套件清洗残留树脂 使用Form Wash清洗效果更佳。使用白色通用树脂打印一体化测试模型,10/20/30mm立柱打印完整清晰,形状均匀、表面细腻。

一体化测试模型3D打印效果 模型来自thingiverse

X/Y方向上的10/20/30mm长度立壁均匀完整,形状清晰明确,具备很高的成型质量。打印2/5/10/15/20/25mm跨桥结构全部完整清晰,悬空的桥梁平整均匀,效果不错。

打印4/6/8/10mm空心圆筒形状完整,内壁、外壁均清晰干净。打印4/6/8mm圆孔干净利落,形状均匀;打印4/3/2mm宽度的长方形孔也有类似的效果。

打印立壁上的缝隙,多条缝隙宽度均匀一致,准确还原数字模型。打印10/20/30/40/50/60/70/80/15/45/75度悬空斜面都没有问题,斜面上表面和下表面平整均匀,没有凹凸或断裂。总体而言Form 3打印一体化测试模型表面细腻,形状还原出色,肉眼几乎看不出层纹,效果上佳。

缝隙3D打印效果 模型来自thingiverse

10/20/30/40/50/60/70/80度悬空斜面 模型来自thingiverse

我们还使用白色通用树脂打印了埃菲尔铁塔模型,大约12cm高、5.4cm见方,塔内部纵横交错的骨架清晰明确,塔尖的四角形结构和圆球均准确还原,包括塔二层细小的围栏也基本完整清晰,打印质量非常出色,甚至超出了我们的想象。以至于同事们看到之后纷纷要求打印出来作为礼物赠送给他们。

埃菲尔铁塔3D打印效果 模型来自thingiverse

使用高韧树脂打印拼装的夹子,打印效果细腻,夹子强度也比较好,而且具备磨砂的半透明效果。高韧树脂的打印件具备1700Mpa的拉伸膜量,经过再固化处理后更可提升至2700MPa,拥有较强的抗压性和抗拉伸性,不易变形,适合做卡扣、外壳、夹具等需要承受一定作用力的部件。

高韧树脂3D打印拼装夹子 模型来自thingiverse

使用耐热树脂打印水杯盖,形状清晰完整,表面细腻光滑,杯子泡茶、冲速溶咖啡的时候正好盖在杯子上。也具备磨砂半透明的效果。耐热树脂在238摄氏度和0.45MPa条件下不软化变形,用于制作处理热水或蒸汽的工具、零件原型完全没有问题,更理想的应用是试制注塑模具、热风枪管口等需要良好耐热性能的部件。

耐热树脂3D打印杯盖 模型来自thingiverse

热水 注意仔细看上面还有水蒸气

理想应用是试制注塑模具

使用快速树脂打印工具挂板上的钻孔夹具,层厚精度设定为300mm,打印过程仅花费一个多小时,相比其它树脂效率提升10倍以上,用于较大的样件原型尺寸测量、形状迭代、夹具设计再合适不过。

最后我们还使用白色通用树脂打印了来自病患口腔真实扫描的下颌齿模,清洗并再固化之后良好地还原了3D数字模型的真实效果。需要说明的是Form 3有专门针对齿科应用的专用树脂,层厚精度最高达到25微米,用于手术导板、义齿、牙齿蜡模、牙齿矫形器具、教学模型等专业齿科应用,3D打印效果更优于此处白色通用树脂的效果。

由于时间关系我们没有进行量化的3D打印效率测试,在这里做个概化的描述。3D打印软件PreForm自动设定角度、添加支撑和底座、切片的效率是比较快的,切片后上传到Form 3根据3D模型大小和复杂程度需要花费几分钟到十几分钟不等的时间,这也和测试中使用的无线网络网速有关;开始打印后Form 3准备树脂槽、补充树脂花费时间较短,开始固化后切片首层固化时间较长,应该是为了首层与打印底板更好的附着性,避免剥离时与底板脱离,提升打印成功率。

3D打印测试模型用时一览

测试中打印的模型用时都在几个小时到十几个小时的水平,较大的打印件在下班前启动打印,第二天上班基本就能收获打印成品;效率可以接受。而快速树脂打印速度最快,仅用时1小时20分钟,在精度要求不高的快速原型迭代应用方面具备优势。

本次测试3D打印的模型全家福

最后有几点需要说明的事项。一是光敏树脂有毒性,可能对皮肤造成刺激,在拆卸或清理打印件、收纳树脂槽和树脂盒过程中应避免直接接触,需要佩戴后处理套件中的黑色橡胶手套;二是Formlabs树脂耗材均经过了EC安全等级认证,不需要特殊环境,可以与其他办公用品一样在普通办公室环境中使用;三是Formlabs树脂降低了挥发性,测试的四种树脂只有快速树脂有较明显的气味,另外三种在3D打印机上盖闭合的情况下几乎没有气味。

整个试用和测试的过程中,PreForm软件操作简单快捷,Form 3 3D打印机自动化、智能化程度较高,没有出现任何打印失败的情况,打印质量非常出色;更换树脂盒和树脂槽的过程中偶尔出现树脂槽刮板异常、进料异常的情况,也可以通过触摸屏快速了解打印机状态、排除异常并恢复打印。是比较简单好用的。

■应用案例 Formlabs挖掘潜能

光说不练假把式,其实Formlabs 的光固化3D打印硬件和材料解决方案已经在多个行业开始应用,包括建筑、艺术设计、音频、牙科、教育、工程、娱乐、医疗、珠宝、制造等多个领域。2017年New Balance与Formlabs合作,利用回弹树脂(Rebound Resin)生产3D打印中底,并用在全新的990 Sport TripleCell跑鞋上,而这是一种全新开发的专用树脂材料。Formlabs根据用户需求和使用反馈开发新型树脂材料,并实现商业价值。


New Balance 990S跑鞋采用Formlabs 3D打印中底
TACK设计工作室在Formlabs的帮助下大大提升交付效率。过去TACK设计工作室用普通的通用树脂打印设计样件,大约花费10小时,每天每个3D打印机生产一件;尽管相比外包加工而言已经快了不少,不过还是有更快的办法——Formlas研制出快速树脂(Draft Resin),同样的设计零件现在只需要2个多小时就能打印出来,效率提升了四倍。


快速树脂为设计样件提速
在大众消费品领域同样不乏应用案例。吉列利用Formlabs Form 2 3D打印机为顾客提供个性化的剃须刀柄定制服务,推出Razer Maker系列剃须刀;目前已经有48种不同形状和材质的剃须刀柄供消费者选择。设计师从仿生学、建筑学和工程技术中汲取灵感,创作出独特的剃须刀柄形状,而传统制造很难实现的形状,现在吉列波士顿总部只需要使用Form 2 3D打印机就能制造出来,而且直接用于最终产品。

个性化的造型和材质
此外Formlabs的合作方还包括谷歌、索尼、特斯拉、福特、哈佛大学等等,Formlabs利用SLA&LFS 光固化3D打印技术为设计和生产提供更高的效率和更强的解决方案。

■试用总结:

试用和测试Form 3 3D打印机大约十天时间,已经给我们带来很多惊喜,不过还远远没有挖掘出它的潜能。在此我们总结出以下的优缺点:

优点:

1,高精度,打印件表面非常细腻,形状塑造能力强,细微的细节还原准确,在50微米以上精度打印的情况下肉眼看不出层纹;

2,快速上手,PreForm软件和Form 3硬件均有第一次使用向导,按照向导提示很快能够完成初装和设置,开始3D打印;

3,简单易用,Form 3的多个传感器使它成为一款智能、人性化的桌面3D打印机,通过声音告警和彩色触摸屏的提示可以准确了解到3D打印机的工作状态,并快速排除意外的异常状况,大大减少人工干预;

4,操作直观,彩色触摸屏用起来类似智能手机,简单易懂;如果后续能够加入中文语言支持就更好了;

5,丰富的树脂材料,大大扩展了Form 3的应用范围;目前我们测试的树脂材料和打印件仅仅是冰山一角,它的应用前景非常广阔;

6,极高的稳定性,在使用过程中没有出现打印失败的情况,稳定性好、打印成功率非常高,是给力的桌面制造工具;

7,丰富的后处理套件,使用手工处理套件、Form Wash 和Form Cure能够完善地对打印件进行深度处理,而且用起来也比较简单;推荐设计、制造、工程等商业用户采用Form Wash 和Form Cure;

8,丰富的连接性,Form 3支持USB、有线网络、无线网络连接,并且设置开启后可支持远程打印,接入友好;

9,办公室环境友好,不需要特殊的电气或安全环境,普通办公室就可以使用,结合第八条能实现随时随地的快速桌面制造;

缺点:

1,个别树脂槽的刮板安装后,打印时会出现脱落的现象而暂停打印,需要手工调整刮板位置并重新安装到位;

2,Form Wash和Form Cure不能与软件联网,没有更直观的任务完成通知;

3,Form 3 3D打印机触摸屏不支持中文语言界面。

总的来说,官方定价39999元的Form 3 3D打印机对个人爱好者来说有些贵,但绝对物有所值;尤其是对于设计、工程、制造、牙科等商业应用而言,会是一个给力的生产工具。加上Formlabs在中国区已经实行和正在路上的树脂耗材优惠策略,我们可以用“真香”两个字来作为本文的结尾。