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3D打印 篇三:科普3D打印(3)-----DLP型3D打印  小白可进!!!

冯卡门的小迷弟 04-07 14:10 关注

创作立场声明:本人小白,大佬勿喷
欢迎喜欢的人前来交流~

一、DLP技术介绍及打印成型原理

数字光处理(Digital Light Processing,缩写:DLP)技术最早是由德州仪器开发,主要是通过投影仪来逐层固化光敏聚合物液体,从而创建出3D打印对象。由于其具备紫外光投影快速得应用到3D打印领域,成为又一种新的快速成型技术。

DLP设备中包含一个可以容纳树脂的液槽,用于盛放可被特定波长的紫外光照射后固化的树脂,DLP成像系统置于液槽下方,其成像面正好位于液槽底部,通过能量及图形控制,每次可固化一定厚度及形状的薄层树脂(该层树脂与前面切分所得的截面外形完全相同)。液槽上方设置一个提拉机构,每次截面曝光完成后向上提拉一定高度(该高度与分层厚度一致),使得当前固化完成的固态树脂与液槽底面分离并粘接在提拉板或上一次成型的树脂层上,这样,通过逐层曝光并提升来生成三维实体。

 DLP技术设备成型原理示意图 DLP技术设备成型原理示意图

二、详细技术特点介绍

1、DLP技术的特点与优势

相比市面上的其他3D打印设备,由于其投影像素块能够做到50μm左右的尺寸,DLP设备能够打印细节精度要求更高的产品,从而确保其加工尺寸精度可以达到20~30μm,面投影的特点也使其在加工同面积截面时更为高效。设备的投影机构多为集成化,使得层面固化成型功能模块更为小巧,因此设备整理尺寸更为小巧。其成型的特点主要体现在以下几点:(1)固化速率高(3~6s固化一层);(2)低成本(相对于传统铸造);(3)高分辨率;(4)高可靠性。

精美的高精度模型精美的高精度模型

2、市场需求

市场对于3D打印的需求主要体现在高精度、高表面质量,以及产品的适应性、加工效率、加工成本等等,目前工业级别的3D打印设备由于材料成型原理的限制,存在成型件表面质量不足、尺寸精度受限等不足。

通过DLP-3D打印技术的需求,可以满足市场上对于零件表面质量更高的需求,针对DLP市场具备对应的需求为:(1)高分辨率;(2)针对405nm波长性能;(3)控制成本。

DLP 3D打印技术其实20年前就有了,材料和光源技术都是掌握在老外手上的,属于技术垄断。 这种机器作为快速成型设备,只用在工业领域。国内只有某些暴利行业才用的起,比如珠宝行业牙科医疗行业,还有汽车航天等。

用于首饰制作用于首饰制作

3、DLP 3D打印机分类

从光源上来分,主要有这几种:家用投影仪改装的UV光机的LCD屏

(这几种设备,无论从打印精度还是外观上都是分辨不出来的。这里就说一下每一种光源的特性)

家用投影仪改装的:

也叫汞灯光源,投影出来是白色光,所谓改装,就是去掉了镜头里面的虑光部分,使更多的紫外线穿过。这种光源耗电量很大,但是真正起作用的光只有3%不到,所以大部分电量都浪费掉了。主要问题是,这种方案下,打印过程中,灯泡全程都是打开状态,而灯泡寿命很短,所以经常使用的话,不到半年就要换一次灯泡。灯泡虽然不贵,而且换起来也不难,但是换了之后还有其他问题。投影仪镜头毕竟是家用的,中心光和外围光的强度有不小的差别,所以这种打印机大都使用B9的开源方案做的,因为有匀光参数可调。 但是换过镜头之后参数就得调整,一般的用户没有测量仪器是没法做的。

这种机器的优点:成本低,最主要的配件是一台家用高分辨率的投影仪才4000左右,还有很多二手的换上灯泡一样用。市面上那些两万左右的大都是用这种光源,部分商家会把机箱做的非常大,卖到4万左右。分辨率精度可以做到0.05mm 到0.1 mm ,尺寸可以做到 100*60mm 到 190*120mm左右

缺点:寿命短、时间长了之后精度会降低。

家用投影仪改装家用投影仪改装

UV光机的:

这种采用的是德州仪器的DLP技术,光机是这几年出来的LED投影仪的核心部件,UV光机就是经过定制的光机,主要就是去掉了光路镀膜,更换成紫外LED灯珠,重新调整光路等等。光机卖到投影机的厂家是很便宜的,因为投影仪属于小家电,销量很大,一般订货都是以千为单位,一个小型投影仪两三千,想想普通光机能有多贵啊。但是经过定制的UV光机,卖到3D打印机行业就非常贵了,相对于传统行业,其销量非常小,修改光学部分和调整光路都投入很大成本,所以一个普通分辨率的UV光机售价就接近上万了。高分辨率的UV光机更是达到2-3万一个。

这种光机的优点是显而易见的:LED光源,寿命更长,功耗很低,一般只要几瓦,光源利用率达到95%以上。专门定制的光学部件光强均匀,畸变小。有的厂家自己开发的主板,可以控制LED的输出光强度,这样就能够灵活控制打印精度和速度,还能做到不挑材料,可以适配市面上各家的耗材。体积占用小,所以可以把机器做的非常小巧。德国Envision近几年推出的DLP 3D打印机就是用的这种方案。

缺点:成本高,普通分辨率的UV光机,如果要达到分辨率精度0.05mm,成型尺寸只有60mm宽,如果是能投影到90mm宽的高分辨率光机要几万一个,设备起码也要卖到大几万的。。所以非常贵;另一个缺点是,这个DLP技术只能是进口德州仪器的芯片,分辨率方面也是有技术瓶颈的,所以成型尺寸都比较小。

德州仪器的DLP技术德州仪器的DLP技术

LCD液晶屏的:

这种技术简单粗暴,拆掉LCD屏的背光板,然后换上大功率的紫外灯,利用液晶成像的遮光原理来产生紫外图形。现在液晶屏技术已经相当发达,2K屏,4K屏都已经是满大街的了。用这种技术的设备,分辨率精度可以轻松做到0.05mm ,而且幅面还能做非常大。 而且成本低,核心配件就是一个液晶屏,主板,和Z轴轨道,一两千搞定。

缺点:液晶屏本身就是怕紫外线的,被照射后会快速老化。 而这个技术本身就是需要大功率紫外光照射,利用透过的极少量紫外光进行固化,所以寿命非常短。经常使用的话,一到两个月就报废了。而且光源利用率很差,所以打印速度也很慢。这也意味着,打印不了几个模型就得拆机器,换屏。

LCD液晶屏LCD液晶屏

三、耗材

光固化树脂的配方:丙烯酸树脂预聚物+稀释剂+交联剂(降低收缩)+颜料+光引发剂 ; (有没有高分子的来补充一下)

好像近年有了尼龙的光固化树脂,我没有用过,不太清楚.....

混合物的原料按着一定比例混合,制得光固化树脂,倒入树脂槽,在紫外光下固化~

本体聚合本体聚合

上升下降往复循环上升下降往复循环

四、衍生技术---CLIP

( 这个技术被美帝掌握,并且不出售,只提供付费打印。电气、材料工程师,你们可要加把油啊!!!打破技术垄断)

说来原理也简单,一方面是树脂槽下面的那层透光的膜(可以透过氧气),因为这层膜,挨着膜的树脂由于氧阻聚效应,不会固化,那么就不需要往复上升下降,大大缩减打印时间(速度是dlp技术的6~10倍);另外一部分原因是要开发出配套的树脂。

clipclip

氧阻聚的影响氧阻聚的影响

最后给大家看看打印的作品~

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