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DLP激光束成形工艺原理
在1981年,名古屋市工业研究所的小田秀夫(Hideo Kodama)发明了利用光固化聚合物3D打印出实体模型。在1987年,德州仪器(Tl)的拉里?霍恩贝克(Larry Hornbeck)创建了DLP(Digital Light Processing)技术。DLP用于投影器,配置数码微镜设备,每个镜子代表图像中要显示的像素。不少装置都使用DLP技术,包括投影器、电影投影器、手提电话和3D打印机。
DLP投影技术工作原理是:光束通过一高速旋转的色轮(分色装置,一种棱镜)分解为R、G、B三原色后,投射DMD芯片。DMD芯片上有很多微小的镜片组成,每个小镜片均可在+10°与-10°之间自由旋转并且由电磁定位。信号输入后,在经过处理后作用于DMD芯片,从而控制镜片的开启和偏转。入射光线在经过DMD镜片的反射后由投影镜头(光学透镜)投影成像,投射在大屏幕上。
DLP打印技术(Digital Light Processing 3DPrinting),又称FTI(Film Transfer lmaging)。DLP3D打印技术和SLA3D打印技术十分相似,利用液态光敏树脂(Resin)作周打印材料,以逐层逐层打印的方式把物品打印成型,打印时也可能需要加支撑,而整体的仔细度(精准度)是极高!DLP3D打印技术的特别之处,是透过投影机投影的方法将液态光敏树脂光固化,打印制成品。
速度与SLA相比,DLP3D打印机数码投影器可一次过固化整层图像,所以可以使各层快速固化,而SLA打印机中的激光必须[逐点」固化单层。因此,DLP只需用图层图像的单次照射就能进行固化,所以打印速度更快。
精准度DLP3D打印机中用作光源的数码投影器是由像素组成。因此,在DLP
3D打印机上打印的零件层由许多称为[体素]的[3D像素]组成。体素就是一起构成零件层的微小砖块,体积十分微细,意味著几乎不可能看到它们。
试想像3D像素为乐高积木,乐高积木形成的模型曲面,不会100%光滑,但是DLP仍然会产生非常漂亮和仔细零件。当然机器的精细度取决于投影机,而现时的投影器已经从1080p提升到2k,再由4k提升到了8k了!最新的DLP3D打印机的精细度亦能低于50um。
与SLA相比,DLP的局限是要打印大型而仔细的零件。因为图像的大小决定了分辨率。随著图层图像尺寸的增加,分辨率也会降低,即代表打印很大比例的模型时,模型的仔细部分可能会受影响。
首先,3D模型会被3D打印软件横向地切成一层层,然后投影机会把第一层模型的形状图案投射到液态光敏树脂上,然后进行光固化及成型。第一层完成后,便会将物件稍微升高,然后投射下一层模型的形状图案到光敏树脂上,层叠式地打印出模型。
DLP3D打印技术和SLA3D打印技术都是用液态光敏树脂(Resin)作周打印物料,打印成本比较贵,但是打印精细度极高,十分适合模型制作,珠宝Prototype等仔细节度高的· 游戏,又或者作翻模使用。
首先,根据CAD设计构思三维实体模型,利用离散程序对实体模型进行切片处理,设计构思照射外形,所形成的数据信息将对光源及升降台运动进行精确控制;然后,起吊平台的相对距离下落,光固化层覆盖另一层液体树脂后,再照第二层,将第二层牢固粘结于上一层固化层,逐层堆叠为三维· 游戏原型。其次,激光器根据切片形状释放相对形状的光斑,固化树脂后完成片层的生产加工;从树脂中取出原型,最后固化,再经过抛光、电镀、喷漆或着色等工序,得到所需· 游戏。
DLP成型工艺的优势
不仅成型精确度高、品质好而且模制的物体表面光滑细腻。它的成型速度相比之下速度较快,而且比SLA的成型工艺快很多。
DLP成型工艺缺陷
精度高的光固化3D打印机DLP机型价格高,如果是工业级的话价格会更高。DLP所用的树脂材料比较昂贵,容易造成原材料的浪费。体光敏原材料在运用和存储都必须闭光。
DLP与SLA的不同
DLP3D打印与SLA3D打印属于同属一类,工艺过程也比较接近,在· 游戏特性、应用类别等方面基本无差别。但是两者在光源上都有一定的区别,前一种是采用高分辨率的数码光处理器(DLP)投影仪对液体光聚合物进行逐级照射,每一层都以滑片的形式固化。而SLA加工工艺则是激光束由点到线,由线到面扫描固化。所以DLP比同类SLA立体平版打印机的速度更快。
DLP 3D打印树脂
无论是SLA工艺还是DLP工艺,光固化3D打印机目前最大的问题都是树脂问题,而平衡固化速度、硬度、柔韧性等各项特性是解决的关键。在制品特性必须较高的高端应用领域,SLA/DLP用光敏树脂长期被国外垄断。
LCD在3D打印技术中是新兴技术,近几年开始流行起来,以DLP为基础研究开发,成本大大降低入手门槛触手可及,精度媲美DLP,它使用紫外线照射固化树脂作为成型方式。LCD 3D打印机工作原理是利用液晶屏LCD成像原理,在计算机及显示屏电路的驱动下,由计算机程序提供图像信号,在液晶屏幕上出现选择性的透明区域,紫外光透过透明区域,照射树脂槽内的光敏树脂耗材进行曝光固化,每一层固化时间结束,平台托板将固化部分提起,让树脂液体补充回流,平台再次下降,模型与离型膜之间的薄层再次被紫外线曝光。由此逐层固化上升打印成精美的立体模型。所以通过这种原理成像的LCD 3D打印机, 也叫“LCD 3DPrinter。
LCD (Liquid-crystal display)打印技术是最近几年才出现的新技术,有时也会用DUP(Direct UV Printing)来称呼它。
所有LCD 3D打印机的核心工作原理都是相同的:它们通过使用LCD屏幕遮盖紫外光源来照亮3D打印的横截面。从本质上讲,这取代了DLP的投影仪装置,并以更紧凑、更便宜的屏幕代替了DLP,但以打印分辨率和打印机耐用性为代价。所以,随着时间的流逝,LCD屏幕可能会磨损,而DLP投影机将保持更长的使用寿命。现在最新的黑白屏LCD的理论使用寿命超过2000小时,相比之前的彩色屏幕有着很大的提高(原先彩屏基本都不到500小时)。
在3D打印技术里,相对于发展十多年的FDM成熟技术和中高端应用优势明显的SLA和DLP技术,LCD技术才刚刚开始。算上2013年第一个DIY设备或者2014年第一个商业· 游戏,才几年时间,所以成熟度远没有其他技术成熟,设备类型也屈指可数。
工作原理:
LCD打印技术,最简单的理解,就是DLP技术的光源用LCD来代替。 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。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。
使用LCD打印,可以获得DLP相当的速度,而且设备更轻,更小,更便宜。
LCD光固化3D打印技术的特点:
1、精度高
LCD光固化3D打印机的分辨率能够达到4K甚至有些到8K,精度可以达到100微米,可以说是非常高的精度,而且它在打印工艺技术上也是要优于SLA技术的,但是目前来说该技术的应用相对来说还是比较少,因为它的液晶显示器需要更换的频率过高。
2、价格便宜
LCD光固化3D打印机采用的是开源技术,它的设备元件都是要比SLA、DLP等工艺技术打印机价格便宜,是现在市场上各类打印机中性价比最高的一款光固化打印机。非常适合新手小白购入,作为入门级的打印机。。
3、操作简单
LCD光固化3D打印机没有像SLA、DLP的投影模块,只有一个高分辨率的透明屏幕,它的结构简单,便于组装。对于新手而言也是很容易上手自己操作的,而且LCD光固化3D打印机在后期设备的维护上也是非常的简单,只需要简单看下维护流程就能够很好的管理设备。
4、使用耗材多
LCD光固化3D打印机和DLP技术大同小异,它使用的树脂耗材基本上除了SLA专用的耗材之外都是可以通用的,拥有非常好的兼容性。用户购买之后不需要担心在使用LCD光固化3D打印机的时候买不到合适的耗材。
优点:
①精度高:SLA<LCD<DLP
②价格便宜,性价比高
③结构简单,便于组装和维修
④树脂通用
⑤可同时打印多个· 游戏
缺点:
①可选范围较小
②打印尺寸较小
LCD固化技术稍晚于DLP技术。大众的显示技术包括面板和投影两大类,都是十多年前发展的。DLP能够承受和处理405nm的光波,于是有了3d打印的DLP技术。同理,少数LCD面板能忍受405nm紫外,于是有了LCDmasking这个技术。不管是否是405nm还是可见光,LCD技术终究会打破DLP大而粗/小而精的问题,因为现在已经有很多价格便宜量又足的LCD机器直接采用2K屏幕的。
LCD技术有一个硬伤:光效率没有DLP高。但凡通过加大405nm灯的亮度来达到更多光通量,或者普通光通量的可见光LCD配合高敏感树脂,得到的固化速度不能和DLP的成型速度相比的。有个实际参考值,同样100微米厚固化,DLP是零点几秒到几秒,405nm紫外LCD或者可见光LCD需要十几秒到几十秒来固化。这里引出一个新的解决方案,用DLP以外的投影加上可见光技术达到一秒以内的高速度,投影可以同时达到高速度,大尺寸,高精度,还有低成本,但目前还没有商业化。
2018年
100+
10000㎡
999+