2022年光固化3D打印的几种技术 .pdf

3D 打印机 的原理是把数据和原料放进3D 打印机 中，机器会按照程序把产品一层层造出来。 3D 打印机 又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器， 它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、 粉末状金属或塑料等可粘合材料， 通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。1.DLP 工艺一、 DLP 工艺的原理数字光处理 (Digital Light Processing，DLP) 是近年出现的3D 打印技术， 与 SLA 的成型技术有着异曲同工之妙，它是SLA 的变种形式。在加工产品时，利用数字微镜元件将产品截面图形投影到液体光明树脂表面，使照射的树脂逐层进行光固化。DLP 3D 打印由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，速度比同类型的SLA 速度更快。这项技术非常适合高分辨率成型，代表是德国的Envisiontec公 司。SLA 工艺主要是将特定强度的激光聚焦到3D 打印材料的表面，使其凝固成型。 SLA 成型主要是点到线、线到面逐渐成型的过程。与SLA 不同， DLP 技术主要利用DLP 投影，投影过程中将整个面的激光聚焦到3D 打印材料表面。所以DLP 技术的机型打印速度更快。优点光固化 3D 打印机的几种技术精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页1) 产品性能与SLA 工艺相近，成型速度更块。缺点2）受数字光镜分辨率限制，只能打印尺寸较小产品。3）因为使用的光源是投影仪，所以他的使用寿命比较短，到一定的时间就必须更换。他的更换成本也比较贵。2.SLA 工艺一.SLA 工艺原理在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下，会快速固化（SLA与 SLS 所用的激光不同，SLA 用的是紫外激光，而SLS 用的是红外激光）。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面的加工过程，得到一层塑料薄片。然后，工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体优点1）发展时间长，工艺成熟，应用广泛。在全世界安装的快速成型机中，光固化成型系统约占 60% 。2） 精度很高，可以做到微米级别，比如0.025mm。3） 表面质量好，比较光滑：适合做精细零件。缺点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页1） 需要设计支撑结构。支撑结构需要未完全固化时去除，容易破坏成型件。2） 设备造价高昂，而且使用和维护成本都不低。SLA 系统需要对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻。3） 光敏树脂有轻微毒性，对环境有污染，对部分人体皮肤有过敏反应。4） 树脂材料价格贵，但成型后强度、刚度、耐热性都有限，不利于长时间保存。5） 由于材料是树脂，温度过高会熔化，工作温度不能超过100 。且固化后较脆，易断裂，可加工性不好。成型件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强6）成型速度相对DLP 与 LCD 慢3.LCD 工艺光固化技术，除了SLA 激光扫描和DLP 数字投影，目前形成了一种新的技术，就是利用 LCD 作为光源的技术。LCD 打印技术，最简单的理解，就是DLP 技术的光源用LCD 来代替。我们可以回顾光固化技术的特点，每一个光固化技术的核心都是围绕光源问题的解决方案，从激光扫描的SLA，到数字投影的DLP，再到最新的LCD 打印技术。很有意思的告诉你，其实 LCD 技术分为两种， 两种还不一样。 其分界线就是光源波长，一个是 405nm紫外，一个是 400-600nm可见光。LCD 掩膜光固化： 用 405nm紫外光（和DLP 一样），加上LCD 面板作为选择性透光的技术，是LCD 掩膜技术（ LCD masking）或者行业里有很多各自的名字，例如选择数字光处理（mDLP ），液晶DLP 技术，紫外掩膜固化等等。LCD 掩膜技术从2013 年就有人开始研制。 有兴趣可以搜到最早的创客用普通电脑LCD显示器去掉背光板，加上 405 的 LED 灯珠做背光， 试着打印uv 树脂。 z 轴的解决方案无非是滑块，丝杠和步进电机，电机驱动板都可以用单片机类或者目前FDM 最流行的RAMPS精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页板解决方案。 LCD 的驱动其实和所有显示器的驱动一样，VGA 或者 hdmi接液晶驱动板再接 LCD 面板，背光用405nm灯泡或者LED 阵列，加菲林镜片来均匀分布光照。第一个商业用的LCD 掩膜 3D 打印机 要追溯到ibox nano， 2014 年的一个较为成功的kick starter众筹项目。第一台最小的3D 打印机，第一个最安静的打印机等等。这个机器优点很突出，比以前的 DLP 要好些。不足是，一个是打印尺寸太小，3 寸屏幕。第二个打印精度太差，200 微米的平面内精度，因为那个LCD 屏幕的分辨率是比较低的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页同样是 kickstarter的一个项目，当然亮点仍然如同ibox nano强调的，价格便宜但技术好，又是高精度面成型的光固化，技术成熟度也很好，参数很感人，特别是速度方面。当然如同所有桌面级别的光固化打印机，这个是上拉式， 树脂槽下面是LCD 板，再下面是405背光。目前国内好几家几乎同时推出5.5 寸 2k 屏幕的 LCDMasking原理打印机， 最大的特点就是，大家都用的5.5 寸夏普某款2560*1440分辨率的屏幕。据说这款屏幕价格便宜，分辨率高，最有价值的一点是，能耐受高达几百小时405nm近紫外光的摧残。打印机大概长下面这样。优点很明显，树脂便宜，机器也不贵，精度比第一代SLA 高多了，设备体积小，做工也比较不错。得益于开源的树莓派硬件和软件，脱机打印或者无线控制打印都实现了。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页机器代号或者厂家包含：诺瓦，wanhao 、KLD1260 、YLD01 、zhiyao 、Easy3D.当然还有其他不同解决方案。主要取决于采用不同屏幕作为透光的掩膜，LCD 下面一般都是 405led灯作为背光。优点：1.精度高。 很容易达到平面精度100 微米， 优于第一代SLA 技术， 和目前桌面级DLP，技术有可比性2.价格便宜。主要对比前代技术的SLA 和 DLP，这个 性价比 极其突出。3.结构简单。因为没有激光振镜或者投影模块，结构很简单，容易组装和维修4.树脂通用。 由于采用405nm背光，所有 DLP 类的树脂或者大部分光固化树脂理论上都可以兼容。唯独小心某些SLA 专用树脂，不一定兼容性很好，主要怕曝光不足。5.同时打印多个零件不牺牲速度。因为这个和DLP 技术一样，是面成型光源。缺点：1.LCD 可选范围很少：这个技术关键部件LCD ，需要对 405 光有很好的选择性透过，还要经得住几十瓦405LED 灯珠的数小时高强度烘烤，还有散热和耐温性能的考验。所以不是每款LCD 屏都能用的上。以上解决方案已经解决LCD 选择这个重要问题了。同时，建议用户做好烧毁LCD 屏虚更换的心理准备。这个LCD 屏是易耗件。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页2.打印尺寸偏小：这个其实没毛病，桌面机器嘛，比起DLP 机器或者桌面激光SLA 机器还是半斤八两的3.最后一点是优点也是缺点：这些技术是开源的，技术壁垒低容易仿制，大家能共享或者DIY 这种机器，只要你找到合适的屏幕。总结：DLP 机器总体打印效果会好点，但是他的价格也相对的会比较贵 ,售后维修和更换零部件都比较贵SLA 机器不管是打印效果还是打印速度都比不过DLP 和 LCD 。LCD 机器的打印效果和打印速度都比SLA 好和 DLP差不多。他的售后维修与更换零件都比较方便和便宜。总体来说 LCD 的性价比是最高的，他可以同时满足价格，精度，打印速度，耗材的通用与实惠。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页