2019-02-14

3D打印光固化设备的干货分享篇

3D打印光固化设备的干货分享篇

根据今年3D打印白皮书的市场数据来看,在3D打印这个满目琳琅的市场经济中,光固化3D打印设备占据了中国3D打印市场主要部分。而市面上光固化技术所采用的大部分材料都是以光敏树脂为基材进行改性处理,配置出不同性能,例如具备铸造性能、短时间耐高温、力学性能好的特点,并且可根据需要选择合适的颜色配比,透明度也可以根据实际情况进行调整。



而光固化设备按照光源特性可将其分为三类——SLA、DLP、LCD,接下来我们一起来看看这三类设备有什么不同。


      DLP的光源成型原理


DLP(数字光处理)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。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(该层树脂与前面模型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。


选购DLP的设备误区分享

 ①精度

不少商家拿Z轴精度来充数。上拉式的光固化打印机,Z轴精度都能达到0.02mm ,但是真正的精度是分辨率(水平精度),当前国内DLP精度最高的也只有0.05mm(50微米),只有德国Envision有一款极小幅面的机器可以达到25微米的水平精度。

 ②名词混淆(光机)

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。行业内几乎众所周知,光机其LED光源,寿命更长,功耗很低;体积占用小;速度快;模型精度高,表面光洁度好,用光机的打印机价格更贵。但正因如此正好被一些商家利用,比如一些使用LCD液晶屏技术的打印机,也会对外宣传说自己是光机的。但他们所谓的光机是“光敏树脂3D打印机”的缩写,并不是用德州仪器的DLP技术。所以在购买时要注意咨询是否是光机。

 ③样品真实性

比如SLA的机器,中心精度很高,所以很多商家拿出来的模型基本上都是用这个区域来打印的,个个都是非常精致,DLP也是一样,比如一些镂空模型,类似埃菲尔铁塔,看上去很复杂,其实是最好打印的,相反的一些实心的,大面积模型反而是更能体现出机器的精度和结构方面的精度来,所以不要被广告上的图片迷惑,最好的办法是试用,眼见为实。

 ④易耗品价格

桌面级的最先考虑的是料槽的更换,使用时间和更换成本,以及耗材的成本。如日本罗兰的DLP打印机,虽然不是很贵,但在软件上写死了打印参数,打印时也只能用原厂的光敏树脂,价格非常贵。所以在购买DLP设备时还要考虑易耗品的寿命及价格。      

SLA光源成型原理

SLA(光敏树脂选择性固化)技术是在液槽中充满液态光敏树脂,其在激光器所发射的特定波长与强度的紫外光聚焦到光固化树脂材料表面,使之由点到线,由线到面顺序快速固化凝固。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,这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA产品的优、缺点分享

优点

①发展时间最长,工艺最成熟,应用最广泛。在全世界安装的快速成型机中,SLA光固化成型系统约占60%;

②加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具;

③可加工复杂的原型和模具,成型精度很高,表面质量好,比较光滑可以做到微米级别,比如0.025mm,适合做精细零件;

④可联机操作,远程控制,小批量模型生产;

缺点

① 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;

②预处理软件和驱动软件与加工出来的效果关联太紧;

③多数SLA设备操作系统复杂。

④相对DLP与LCD技术,原则上SLA打印速度低。

桌面级SLA设备使用的技术和物料成本都差不多,但是精度还是有差别的,比如进口的Form1 和Form2 ,打印的精度就差别很大。在做精度对比时,尽量不要只打印单个小模型,因为SLA的中心精度都是很高的,最好是打印一整板模型,这样才能考验对焦技术和离型效果看下外围的精度能否满足自己。桌面式SLA很多用的是软料槽,这种料槽寿命不长,而且价格高。

工业级SLA设备其尺寸和稳定性与价格成正比,尺寸越大价格越高。

LCD光源成型原理

CD(液晶屏成型)技术,其原理是拆掉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。现如今液晶屏技术已经相当发达,2K屏,4K屏都是很常见的,其分辨率精度可以轻松达到0.05mm。


LCD产品优、缺点分享

       优点

       ①幅面大,成本低,精度高

       ②核心配件就是一个液晶屏,主板,和Z轴轨道

      ③该技术成型的设备采用面固化的原理,集合了SLA和DLP设备的综合性能,既保证了打印速度和打印精度又满足了大尺寸的打印需求。


       缺点

       ①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,利用液晶屏遮光技术使紫外光透过液晶屏并对模型剖面树脂层进行固化,所以液晶屏本身属于消耗品,经常使用的话,两个月到三个月的紫外光照射后,液晶屏需要更换

       ②另外光源利用率较差,主要表现在透过液晶屏的部分紫外光固化模型树脂的固化上,以及如何减少紫外灯照射液晶屏所产生的高热量。

该类产品主要看其尺寸、分辨率,以及Z轴稳定性,另外最需要考虑的就是液晶屏拆换是否方便,以及屏幕散热的设计,如果设计的不合理,很有可能变成一次性用品。

时间环于光固化产品踏出的第一步

在保证成型精度又保证其设备的打印速度的同时,并适用于大多数企业消的消费级光固化设备,2018年我们设计并研发了时间环第一批3DTALK(声腾)LCD设备。

该设备主要应用于医学应用、诊所、牙科工作室、小型技工室、三维设计室、及手板加工厂等场所。在牙科上,可打印矫正模型、临时冠桥、铸造支架、导板、种植模型等牙科产品,也可高速打印手板功能件、动漫模型等。

其占用空间小,打印树脂韧性好,打印速度快,无刺鼻性气味。整个设备配有自动供料系统,保证打印材料的自动供给;以及余料检测与提醒、材料自动识别,保证打印过程中为模型打印提供充足材料。做料槽匹配检查,易损件寿命提醒,做到实时监测打印配件的消耗度。

5颗模型牙整版13只(0.05mm层厚),2h即可完成。模型高度18.6mm

半口牙模(0.05mm层厚)整版17个,打印只需4小时,平均12mm/h


目前于各行业中的应用

目前这款设备已经广泛应用于珠宝首饰行业,主要集中于广州番禺与深圳水贝。由于国外进口设备及材料价格昂贵,故障率高,大大限制了3D打印技术在该领域的应用。光固化3D打印设备很好地填补了这一空白,可为客户提供全套的3D铸造树脂模制作方案,可用于铸造树脂模的批量生产。通过LCD技术实现珠宝首饰的快速成型如图所示,其中虚线部分即可通过该技术进行替代。

传统工艺中,首饰工匠参照设计图纸、手工雕刻出蜡版,再利用失蜡浇铸的方法倒出金属版,并利用金属版压制胶膜并批量生产蜡模,最后使用蜡模进行浇铸,得到首饰的毛胚。制作高质量的金属版是首饰制作工艺中最为关键的工序,而传统方式雕刻蜡版制作银版将完全依赖工匠的水平,并且修改设计也相当繁琐,采用3D打印技术替代传统工艺制作蜡模的工序,将完全改变这一现状,3D打印技术不仅使设计及生产变得更为高效便捷,更重要的是数字化的制造过程使得制造环节不再成为限制设计师发挥创意的瓶颈。

借助计算机技术和数字设备辅助诊断的数字牙科,其设计、治疗、信息追溯、口腔修复体的设计与制作目前在临床上仍以手工为主,设计效率低。而数字化的技术不仅解决了手工作业繁琐的程序,更消除了手工建模精确度及效率低下的瓶颈,通过三维扫描、CAD/CAM设计,牙科实验室可以准确、快速、高效地设计牙冠、牙桥、石膏模型和种植导板、矫正器等,将设计的数据通过3D打印技术直接制造出可铸造树脂模型,实现整个过程的数字化,3D打印技术的应用,进一步简化了制造环节的工序,大大缩短了口腔修复的周期。

LCD光固化技术更多的应用可以与其他3D打印技术通用,比如新产品的初始样板快速成型、精细零件样板,同时随着光敏树脂复合材料的不断丰富,比如类ABS、耐热树脂、陶瓷树脂等新材料的开发,越来越多的应用将会被引入光固化 3D打印技术中,列如应用玩具、模型行业的案例。

目前时间环已与全国多家义齿加工厂以及珠宝、教育机构展开深度合作,并在材料应用领域的研发上不断开发新型耗材,在3D市场应用的路上期待3DTALK(声腾)可以越走越远。


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