齒科3D打印精度是越高越好嗎？黑格科技“高還原度”重新定義設備效果

南極熊導讀：隨著3D打印在齒科領域的發(fā)展和探索，市面上宣稱能應用于齒科的光固化3D打印設備百花齊放。由于齒科應用對精細準確的高要求，精度成了大家在設備中做選擇時的主要考量。但是，精度越高，3D打印出來的齒科應用效果就一定越好嗎？

大家談論的“精度”指什么？

3D打印設備往往會給出一個精度指標，這也是大家普遍拿來判斷設備精度高低的主要依據：“做導板，精度75um？Pass！精度50um，OK!”
事實上我們正在對比的只是設備上單一配件的工作參數，并不代表設備整體精度。

△模型分層示意

超過90%的3D打印技術都是層堆疊模式，簡單理解就像三明治，一片片的不同形狀疊在一起，變成立體的模型。每一片的成型效果，以及片與片之間疊加過渡效果，分別代表它的水平面精度和垂直精度。而各類設備標明的“精度”實際僅僅是水平面精度參數。


水平精度和垂直精度有什么區(qū)別？

水平面精度即XY軸的精度，是成型面的圖像構造能力，是設備光學元件的理論效用。

SLA是激光光斑掃描成型，類似用筆涂色塊。因此它的XY軸精度參數即指其筆頭（光斑）的最小直徑，約80-120um。

△SLA掃描的圖 I 來源于網絡

而DLP、LCD的3D打印成型方式都類似二維碼，由許多小方塊構成一個圖像。每個小方塊即單個像素點，它的大小便是其圖像最小構建能力，即DLP、LCD的XY軸精度參數。

△DLP投影概念圖

3D打印的可是三維模型，所以實際上，它還有層與層的垂直精度要求。就如同樣大小的三明治，每層厚度越薄，那么構成的片數量越多，層與層過渡越好，垂直表面越精細。

這個精度參數是成型面的厚度細分，最小是25um，由Z軸運動配件的最小步幅決定。層厚是可以在打印參數中設置的，好比臺階，一個臺階是25um高，我們可以選擇一次走一個臺階或者數個臺階。

因此，設備的精度高低只是憑借單一的XY軸精度參數做對比，那就太片面了。

而且！無論Z軸精度參數也好、XY軸精度參數也好，這些指標實際上是配件所提供的精度能力，它能為我們提供設精度參考值，并不能描述設備打印能力。

理論精度為什么不能描述設備3D打印能力？

并不是配件具有高精度參數，設備就能有這么強的打印效果。人類的恒牙理論壽命是70年，但由于生長情況、飲食、清潔、傷病等影響，它往往沒法達到如此長壽命。

設備也是如此，配件的質量和裝配的好壞會影響其精度能力，比如一臺DLP設備即使分辨率高，如果LED光源質量差，也發(fā)揮不出高分辨率的效果。

在微距拍攝甚至肉眼下，我們能明顯區(qū)分出不同精度打印的牙模表面紋路差異。有心的用戶會發(fā)現，同樣一個切片打印文件，同樣一種樹脂，換另一臺同款設備去打印，表面也是存在差異的。

△80umVS50um微距拍攝紋理對比

這是因為：設備的3D打印能力不僅和其關鍵配件的配置質量有關，與設備裝配、軟件控制、匹配樹脂等因素也有著密切聯系。

相信大家在使用中遇到過這種情況：打印作業(yè)出現了問題，要排查原因需要對設備、耗材、數字模型、切片等多方面去著手，因為這些因素都將會對模型打印效果產生影響。

也即是說，設備的理論精度做得很好，那么它發(fā)揮的好壞就會在使用者手上，要求使用者對3D打印技術原理及工藝有較深的理解才能產出優(yōu)質打印效果。

不僅如此……

上述問題僅僅是一種靜態(tài)下的情況。而我們將時間再拉長一點，在全幅面、多次重復下打印，如果設備缺乏感知反饋功能，那么還會出現不同位置、不同批次的同個模型產生差異的情況。

因此理論精度并不能定性設備的打印效果。

什么才是檢驗3D打印效果的最佳標準？

黑格在做設備開發(fā)中發(fā)現了這個問題：目前所有的精度描述都是以設備角度出發(fā)去衡量的，這是一種因定義，它可以評判設備的好壞，但并不能評判它交付到用戶手上時生產結果的好壞。

因此黑格采用了另一種果定義——還原度：將數字模型打印出來后，再次將其掃描，得到的掃描模型與原數字模型進行重疊對比的重合率。


△反掃重合率：綠色面積越大重合率越高(*掃描會存在細微誤差，這種誤差在打印模型應用要求誤差范圍內，可被允許存在）

這種簡單粗暴的方式直指3D打印的本質——所見即所得。以打印模型的還原度衡量設備的動態(tài)生產能力。覆蓋了精度、表面質量、打印細節(jié)、尺寸誤差、結構吻合等描述3D打印能力的各個維度，是檢驗打印能力的最佳標準。
在描述設備打印效果上，還原度比精度更精準，更貼合使用參照依據。

如何才能做到高還原度？

在前文中，我們提到了既然設備、耗材、數字模型、切片以及軟件算法、工作環(huán)境都會對3D打印質量產生影響。而黑格希望兌現3D打印所見即所得的愿景，讓用戶擺脫各類影響因素的桎梏，享受科技帶來的便捷。

僅僅是提供優(yōu)質的設備，還不夠。

如何做到高還原度？經歷過無數的彎路和探索，黑格的最終答案是全生態(tài)閉環(huán)與反饋。

△4K應用場景化

黑格科技最新一代齒科解決方案——Ultracraft A2D 4K，是一臺齒科專用的旗艦型3D打印機，搭配了4K呈效光學組件和工業(yè)級Z軸運動組件，理論精度值達到了±26.8um。這個精度值很高，當然，僅僅如此是不夠的。

Ultracraft A2D 4K不僅是一臺高精度設備，背后還是需要數百人團隊、數百斤研究資料、幾GB數據來支持的生態(tài)系統：

• 為了讓它生產運作穩(wěn)定，植入了經過好幾GB數據訓練和優(yōu)化的黑格人工智能算法、以及自動光學校準和光強補償等自動優(yōu)化補償機制。
• 為了讓它不受材料干擾，材料研發(fā)團隊不斷推出齒科專用樹脂耗材，在滿足應用的性能需求前提下，優(yōu)化材料和設備所結合的打印適用性。
• 為了降低操作者的經驗要求，搭建了封箱式前處理軟件，得益于不斷優(yōu)化，軟件會自動尋找適配方案，操作者只需要按照引導點擊“確定”即可完成工作。
• 為了抵御環(huán)境的影響，建立了規(guī)范化生產環(huán)境勘察改造流程，在設備裝機前對生產環(huán)境進行改造。
• 96.3%，這就是4K的還原度。（*數據來源于黑格實驗室50例隨機測試結果）