揭秘Form 4 背后的强大动力——新一代LFD打印引擎

Formlabs新品Form 4 系列搭载了新一代Low Force Display™打印引擎。该技术是由原先的Low Force Stereolithography™技术基础上发展而来，通过集成多个先进子系统，实现了在打印速度、打印质量、可靠性和材料性能上的全面提升，为用户提供更加高效、精准的打印解决方案。
经过不断的创新与研发，Formlabs于2024年4月17日全球发布了Form 4 与专为生物相容性设计的版本Form 4B 专业级3D打印机。这两款打印机均采用了新一代Low Force Display™ (简称LFD) 打印引擎，能够将液态树脂材料转化为精美的打印部件。 LFD打印引擎配有六个先进子系统，不仅在打印速度上有显著的提升，更在可靠性、打印质量以及材料性能方面树立了新的行业标准，为用户带来非凡的3D打印体验。接下来，让我们一起深入了解为 Form 4 提供持续动力的新一代打印引擎——Low Force Display™ 。

什么是 Low Force Display™ 技术？
LFD技术是在Formlabs原先的Low Force Stereolithography™（简称LFS）打印引擎的基础上发展而来，集优越的可靠性、打印速度、打印质量、尺寸精度和材料多样性于一体。自2011年起，已有超过5万家公司使用13万台Formlabs 3D打印机，成功生产了4亿多个高性能部件。

1984年，科学家Chuck Hull申请了SLA（光固化）的专利。这项技术成为了世界首个商业化的3D打印技术。它不仅为专业级的快速原型制造开启了新机遇，还彻底地改变了苹果、波音和福特等知名公司的设计流程。然而，由于受到打印机成本、尺寸、操作复杂性以及材料限制，3D打印技术主要被世界500强企业所采用。
直至2011年，Formlabs创新性地将光固化打印技术引入到桌面级别，推出了Form 1打印机，这一创举为工程师和设计师提供了用于内部原型制造和生产的得力工具，革新了工作方式。
2015年，Form 2 的发布为桌面级光固化打印技术注入了新的活力，并为专业人士提供了更多的可能性，如自动树脂分配系统、便捷的材料更换方式、增大了40%的成型体积、直观的触摸屏控制、Wi-Fi连接，以及更可靠、更多样化的高性能材料选择。
到了2019年，Formlabs 推出了Form 3与Form 3B（用于生物相容性）3D打印机。它们都搭载了LFS（Low Force Stereolithography）技术。这是一种立体光固化技术，利用柔性槽和线性照明显著提升了打印质量和打印机的整体可靠性。此外，由于剥离力较低，这项技术能够实现更平滑的表面处理效果和轻触式支撑。
近期，越来越多的制造商从基于激光的光固化技术转向了DLP或LCD技术，因为这些光学系统能大幅提升3D打印速度。然而，像这样的打印速度提升往往需要以牺牲其他性能为代价，如表面光洁度、可靠性、打印分辨率或硬件的使用寿命等。为了攻克这些难题，保障打印质量，Form 4 的LFD打印引擎应运而生。
LFD技术融合了多种先进子系统，包括背光模块、光处理单元、剥离纹理和集成摄像机等。此外，它还通过升级柔性覆膜层树脂槽、树脂盒、自动树脂处理系统和智能控制系统，实现了技术上的重大突破。凭借LFD技术，Form 4成功地实现了打印速度、可靠性和部件质量这三大关键要素的理想融合。

LFD技术的工作原理
LFD 打印引擎的核心是背光模块。这种超高功率光源装备了60 个 LED、集成冷却系统和准直透镜，其光功率强度高达16mW/cm2 ，行业中遥遥领先。因此，可在构建平台上的任何位置实现快捷的打印速度以及出色的打印质量和精度。
背光模块发射均匀的区域投射光，通过透镜阵列，使光线更加准直或平行、均匀，消除了暗点或亮点。定制透镜阵列由平凸透镜制成，即使在高功率下，也能保持高度准直和均匀的光线。
光线从此处经过光学处理单元4（ Light Processing Unit 4，简称LPU 4），在这里，它会通过一系列偏振片、光学涂层和定制液晶显示屏，形成打印层的形状。像素尺寸为 50μm 的高分辨率显示屏和预调抗混叠技术，可实现清晰细节、光滑表面处理效果和精确公差。同时，定制显示屏还具有高透光率的特点，可为树脂提供最大的光学功率，从而实现快捷的打印速度。
不同于基于显示屏的打印机，LPU 4 更加经久耐用。根据打印材料和层高的不同，可在更换前实现 60 万－190 万层的稳定打印性能。LPU 4 还配备坚固的金属框架、抗刮擦表面涂层和智能软件（进行碎屑检测和力量限制），从而避免意外损坏。当LPU 4 需要更换时，用户可以低廉的成本轻松、快捷地完成操作。
在光线照射到树脂槽内的液态树脂后，整个液态层会立即固化，变为固态层。然后，构建平台会从树脂中升起，精密的 Z 轴将树脂层从树脂槽底部剥离。
过去，剥离力一直是树脂 3D 打印所面临的难题，迫使用户挑选打印机时，总需要在牺牲部件质量、可靠性或打印速度之间做选择。而 Form 4 采用了新型剥离纹理和特别设计的柔性覆膜层树脂槽，从而将剥离力降至最低。 其中，剥离纹理是一种专有定制微纹理光学覆膜层，可引入气流，防止树脂槽吸附到 LPU 上。

新型柔性覆膜层树脂槽是一种经久耐用的耗材，用于在打印机内容纳树脂，并为液态树脂提供固化表面。它具有双层柔性覆膜层，通过轻柔地与固化层边缘分离，从而减少剥离时对固化层的影响。
剥离纹理和柔性覆膜层树脂槽的完美结合，显著减少了对打印部件的作用力。正因如此，Form 4 通过轻触式支撑可以快速、可靠地生产出光滑、精细的部件。其打印效果可与注射成型相媲美，同时还兼具出色的打印速度和可靠性。

升级版自动树脂处理和全新打印材料
Form 4 备有传导树脂加热器和红外温度传感器，大幅缩短了加热时间，最大限度地减少了打印准备时间，让打印前漫长的树脂加热等待时间成为过去式。加热器和红外传感器能够精准地调控树脂温度，使得高粘度材料也能顺利进行打印。
双层柔性覆膜层树脂槽的独特设计，不仅使用寿命长，还有效地降低了维护成本和材料浪费。它的特点在于顶部覆膜具有化学惰性和柔韧性，而底部覆膜则刚硬耐磨，以防刮擦和刺穿。树脂槽易于使用，配有用于打印机安装的简单锁销、易于倾倒的槽口以及超大的容量（未打印时容量为 2.3L），可预防树脂意外溢出。
每个树脂槽都配有可重复使用的盖子和独特的堆栈设计，这样不仅便于树脂槽的堆叠，还可在设备外部存放树脂。每种树脂颜色或类型都提供了单独的容器，从而让材料更换就如同放入新树脂槽一样轻松简单。
树脂槽经久耐用，在整个使用周期内，其性能都能保持稳定。即使在使用Formlabs树脂打印超过7.5万层后，每个树脂槽仍然能保持一如既往的稳定性能。值得一提的是，柔性覆膜层树脂槽的价格较早期型号降低了33%，这为企业体验新材料与降低运营成本都提供了极大的便利。
高速树脂混合器可轻松固定在树脂槽上，并快速将树脂重新混合成均匀的液体状态，对打印进度的影响微乎其微。如此一来，在构建平台范围内打印任意尺寸的部件时，都能保障出色的打印质量和精细度。此外，该树脂混合器是可拆卸设计的，能够轻松应用于装有相同材料的树脂槽。这意味着在使用 Form 4 3D打印机时，每种材料仅需一个树脂槽混合器，进而有效减少资源浪费。
树脂处理系统可以智能地将树脂自动分配到打印机中，省去了繁琐的人工操作。与Form 3 相比，Formlabs针对不同材料粘度重新设计了咬阀，从而让咬阀流速更高，填充速度提升了5-10倍。虽然Form 4 的树脂盒仍然装载有1L的树脂量，但塑料成分相比 Form 3 减少了63%，尺寸也缩减了30%，这不仅减少了材料浪费，还有效提升了存储空间。当树脂盒安装到打印机上后，称重传感器会测量树脂盒中的树脂量，让用户随时了解树脂的剩余量，便于提前做好树脂的使用规划。

经验证，Form 4 可兼容Formlabs材料库中的23种高性能打印材料，其中包括6种全新树脂。这些全新树脂在打印速度、材料韧性、成品精度和外观方面均有所提升：
通用树脂 V5（Clear Resin、Grey Resin、Black Resin、White Resin）的打印速度比 Form 3 快 2 到 5 倍，其韧性和颜色也得到了进一步优化。
快速模型树脂（Fast Model Resin）适用于高速生产原型或正畸模型。
精确模型树脂（Precision Model Resin）是专为制造高精度牙科模型而设计的，它能够确保所制作的模型完美贴合，满足专业需求。

简洁优化的用户体验
Form 4 延续了Form 3+直观易用的用户体验，还进行了进一步的优化和提升，变得更加智能化。通过Wi-Fi、以太网、USB连接以及电源开关，不论用户的业务需求如何，都可以游刃有余地操控打印机。

通过7英寸的触摸屏与更直观的触控UI交互，用户操作变得更加高效便捷。屏幕上的预防性维护提醒、打印状态信息和打印机就绪信息让打印过程更加直观明了。
用户随时可查看打印机名称和状态。若超过五分钟无操作，屏幕超时界面将自动以较大字体显示名称、树脂和打印机就绪状态，让您对打印机的各种信息和状态一目了然。
预印时间的缩短，可协助用户在启动Form 4 后，仅需不到一分钟的时间便可完成设置并离开。如果打印机已经准备就绪，用户无需额外操作，仅仅需要从电脑发送打印指令，Form 4 即刻自动开始工作。
打印机屏幕会提供维护提醒和诊断工具，以确保打印过程顺畅无阻。如果出现问题，屏幕上会显示带有二维码的错误信息，扫描后即可获得支持文档，帮助用户尽快恢复运行。
更令人期待的是，Formlabs会通过固件更新不断为Form 4增添新功能，比如更多的语言选择，让打印体验更加丰富多彩。

智能化控制系统
Form 4 配备了六个板载控制系统，可精准地测量和维持打印机的内部温度、树脂量、打印力以及打印状态。除了树脂盒称重传感器和传导加热装置外，Form 4 还装备了打印机水平传感器、树脂液位传感器、集成的Z轴力传感器和摄像机。
打印机水平传感器：在 Form 4 插上电源并开机后，其触摸屏会自动引导您进行调平操作。仅需按照屏幕指示，利用随附的工具调整打印机支脚即可。这一步骤至关重要，因为它能保障树脂含量感应系统准确地测量整个树脂槽中的液态树脂含量，从而实现始终如一的精准打印。
树脂液位传感器：可精确测量树脂槽中的树脂量，进而调控自动树脂分配系统，促使树脂液位和打印性能保持一致。
Z轴力传感器：可实时测量打印过程中每一层所受的力度，智能调整 Z 轴运动，尽可能将施加的力度降至最低，进而保障打印过程的稳定性、可靠性和最终打印部件的品质。
摄像机：成型室内部的摄像机会在每次打印完成后拍摄照片或录制延时摄影视频，并将其上传到 Formlabs 的打印机管理软件（Dashboard）中，便于用户随时随地查看打印状态。这一功能极大地提升了远程打印监控的便捷性，也方便用户追踪打印历史记录。如果用户不需要使用这项功能，仅需关闭摄影机、遮盖镜头或直接拆卸。

多样化的构建平台选择
Formlabs为用户提供两种不同类型的构建平台选择，旨在优化打印效果并便于轻松取出打印部件。同时，备用构建平台的设置能进一步提升工作效率，确保打印作业能够持续不间断地进行。 构建平台（Build Platform）具有坚硬的铝制表层，而柔性构建平台（Build Platform Flex）搭载了已荣获专利的快速剥离技术（Quick Release Technology）。通过这项专利技术，用户无需借助工具，就能在短短几秒内轻松取下打印部件。使用柔性构建平台不仅能避免部件受损的风险，还能够简化工作流程。它采用了坚固耐用的不锈钢打印表面，可直接在上面打印部件，不仅有效降低材料成本，还能大幅缩减后处理时间。

Form 4 的构建平台和柔性构建平台拥有20.0×12.5厘米的打印面积，而Form 3的构建平台和第二代构建平台则是14.5×14.5厘米的打印尺寸。因此打印面积有了显著提升。
不论是Form 4 的两款构建平台，还是适用于Form 2、Form 3/B/+的构建平台以及Form 3/B/+的第二代构建平台，它们都能与全新的第二代自动清洗机（Form Wash）兼容。

创新驱动，革新3D体验
秉持“创新引领发展，重塑3D打印，万物皆可造”的宗旨，Formlabs致力于为世界各地的专业人士提供强大而便捷的3D打印工具。
在Form 4的研发过程中，Formlabs的工程师团队始终将打印速度、可靠性、精确度和材料性能视为核心要素，倾注了无数心血和研发时间，力求赋予Form 4卓越的性能，为用户呈现一款能突破创新界限的3D打印工具。

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