30数年前,3D打印面世那天,便是从光固化技术SLA(激光扫描)立体光刻技术起始的。因此光固化才是3D打印技术的老大。后来大众都晓得的reprap的开源技术,让FDM的熔融挤出技术走向公众,SLS的烧结技术,尤其做为金属烧结,使3D打印走向高端应用。光固化自己亦发展亦层出不穷。
光固化主流技术,第1代SLA,利用紫外激光(355nm或405nm)为光源,用振镜系统来掌控激光光斑扫描,扫过之处的液体树脂就选取性固化了。第二代DLP紫外数字投影技术,利用405nm光源,经过德州仪器的数字微镜技术,选取性的将面光源投射到液态树脂使之固化。其中DLP技术包含大名鼎鼎的速度快100倍的CLIP连续打印技术。所有光固化技术的z轴方向分为两种方法:桌面型都是光源在下,经过窗口和离型膜,成型往上拉出来;工业大型的都是光源在上,成型下沉到液面以下,液面不需要离型膜。
1、LCD技术的光固化详解光固化技术,除了SLA激光扫描和DLP数字投影,日前形成为了一种新的技术,便是利用LCD做为光源的技术。LCD打印技术,最简单的理解,便是DLP技术的光源用LCD来代替。咱们能够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处理方法,从激光扫描的SLA,到数字投影的DLP,再到最新的LCD打印技术。
特别有意思的告诉你,其实LCD技术分为两种,两种还不同样。其分界线便是光源波长,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同样),加上LCD面板做为选取性透光的技术,是LCD掩膜技术(LCD masking)或行业里有非常多各自的名字,例如选取数字光处理(mDLP),液晶DLP技术,紫外掩膜固化等等。
LCD掩膜技术从2013年就有人起始研制。有兴趣能够搜到最早的创客用普通电脑LCD表示器去掉背光板,加上405的LED灯珠做背光,试着打印uv树脂。z轴的处理方法无非是滑块,丝杠和步进电机,电机驱动板都能够用单片机类或日前FDM最流行的RAMPS板处理方法。LCD的驱动其实和所有表示器的驱动同样,VGA或hdmi接液晶驱动板再接LCD面板,背光用405nm灯泡或LED阵列,加菲林镜片来均匀分布光照。
第1个商场用的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。
台最小的3D打印机,第1个最安静的打印机等等。这个设备优点很明显,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,由于那个LCD屏幕的分辨率是比较低的。
一样是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,技术成熟度亦很好,参数很感人,尤其是速度方面。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。
日前国内好几家几乎同期推出5.5寸2k屏幕的LCDMasking原理打印机,最大的特点便是,大众都用的5.5寸夏普某款2560*1440分辨率的屏幕。据述这款屏幕价格便宜,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般。优点很显著,树脂便宜,设备亦不贵,精度比第1代SLA高多了,设备体积小,做工亦比较不错。得益于开源的树莓派硬件和软件,脱机打印或无线掌控打印都实现了。
设备代号或厂家包括:wanhao、KLD1260、YLD01、斯泰克、zhiyao、诺瓦、Easy3D.....当然还有其他区别处理方法。重点取决于采用区别屏幕做为透光的掩膜,LCD下面通常都是405led灯做为背光。这儿大众自动搜索吧。
上面列了这类打印机的非常多例子,总结一下优缺点:
优点:精度高。很容易达到平面精度100微米,优于第1代SLA技术,和日前桌面级DLP技术有可比性
价格便宜。重点对比前代技术的SLA和DLP,这个性价比极其明显。
结构简单。由于无激光振镜或投影模块,结构很简单,容易组装和维修
树脂通用。因为采用405nm背光,所有DLP类的树脂或大部分光固化树脂理论上都能够兼容。唯独小心某些SLA专用树脂,不必定兼容性很好,重点怕揭发不足。
同期打印多个零件不牺牲速度。由于这个和DLP技术同样,是面成型光源。
缺点:LCD可选范围很少:这个技术关键部件LCD,需要对405光有很好的选取性透过,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。因此不是每款LCD屏都能用的上。以上处理方法已然处理LCD选取这个重要问题了。同期,意见用户做好烧毁LCD屏虚更换的心理准备。这个LCD屏是易耗件。
LCD打印运用过程中老化。
打印尺寸偏小:这个其实没毛病,桌面设备吗,比起DLP设备或桌面激光SLA设备还是半斤八两的。最后一点是优点亦是缺点:这些技术是开源的,技术壁垒低容易仿制,大众能共享或DIY这种设备,只要你找到合适的屏幕。
可见光固化:另一种便是visible light cure,简写VLC,完全放弃以前所有光固化必须运用紫外光的要求,运用普通光(可见光,405nm-600nm)就能够使树脂固化,实现打印。按原理区分便是光源再一次升级,用普通的LCD表示面板,不加任何改装或改背光,直接做为光源。当然,可见光固化不只局限于LCD屏幕,能够扩展到任何表示器(等离子,CRT,背投,LED阵列,OLED)和任何投影(DLP,3LCD, Simple LCD,LCoS)以及其他任何表示技术(激光扫描影像,光纤阵列等等)。
它和上面LCDMasking的技术区别有两个:
1.运用普通LCD屏幕,无需改背光
2.能够运用投影或其他表示设备做光源
上面第1点扩展来,便是手机平板的屏幕
上面第二点扩展开来,倘若运用投影,便是类似DLP技术,但不消德州仪器的DLP芯片。
Olo是第1个运用手机屏幕实现光固化的消费级打印机,是众筹网kickstarter里边智能硬件的明星项目。OLO很好的表现了VLC技术对光源的区别需求,因此普通智能手机的大屏幕都能作为打印机的光源。还有一个好处便是手机自己集成主板硬件和打印软件,那打印机就不必再装这些了。简单来讲,这个光固化打印机,贵的那一半已然在你手机里(掌控主板,光源,软件),便宜的那半个在那个黑盒子里(z轴平台,树脂槽,遮光罩)。我总觉得这个和google的cardboard box的VR盒子简直异曲同工!
OLO打印机对用户的道理,在于3d打印机进入公众消费,作为智能硬件。能够预料到,基于VLC树脂的3D打印机亦会越来越多,核心特点便是利用各类消费级公众化的表示设备,例如平板电脑的屏幕,家用投影仪,或手机电脑的投影仪。因此亦不奇怪,平板电脑变为打印机的项目已然在国外众筹了。
最后介绍一下潘多拉。全世界范围内,用可见光技术的厂家,photocentric是第1个,潘多拉是第二个,日前OLO暂且算第三个。潘多拉日前已然有量产机型。最新的是一款性价比高的10寸屏幕设备,在约200宽幅里面实现约2千个像素,精度达到100微米。日前针对创客供给了整机方法和DIY套件方法。
2、LCD光固化3D打印机回顾和展望在3D打印技术里,相针对发展十数年的FDM成熟技术和中高端应用优良显著的SLA和DLP技术,LCD技术才刚才起始。算上2013年第1个DIY设备或2014年第1个商场制品,才几年时间,因此成熟度远无其他技术成熟,设备类型亦屈指可数。思虑到本身LCD表示技术发展亦才是近十数年来突飞猛进的,以其为核心的这个3D打印技术才刚才起步亦不足为怪。
为何当年光固化从SLA激光扫描起始?由于当时最好的光源仅有激光,强度高,聚焦细,还能被振镜掌控扫描。同期SLA技术依赖大范围投入的高端工业激光技术。一旦激光技术成熟了,咱们得到了光驱技术,激光测距技术,激光切割和雕刻,还有激光(纸张)打印机,激光笔演示,当然还有咱们讨论的激光SLA打印。所以说激光成熟和公众化,给咱们带来了区别行业的突破性发展。不外这个突破在20年前就出现了。
SLA工艺原理
激光SLA发展十数年年后才有DLP投影技术,因此呢日前光固化打印的非常多突破都在DLP的3D打印上。DLP技术明显特点,一个是连续揭发,一个是面成型。这儿包含carbon3D的连续固化CLIP技术,速度达到百倍。 CLIP必须采用连续揭发,仅有DLP能做到,因此这是很重要的前提要求。同期DLP的面成型促成为了非常多有特殊的设备,例如非常多珠宝级的设备只能用DLP的原理,才可达到100微米以下的精度。SLA固有光源亮斑太大,或小亮斑扫描时间太长,不适合超高精度打印,同期这点亦制约SLS技术(都要激光吗);那FDM之类的精度就更加无能为力。反过来,DLP限制了大尺寸打印的可能性。为何呢?由于几乎所有DLP都是用德州仪器的DMD芯片。只要德州仪器不愿意(或不争气),那样咱们的DLP光源就始终停留在1280分辨率上下。于是非常多DLP设备就犯了那个不可逃避的毛病:要么打印大而粗糙,要么小而精细,总是鱼和熊掌不可兼得。由于x轴上那区区1000个像素,拉大了就颗粒粗,精细了就范围小;y轴同理。z轴不讨论,放10微米的精度都没问题。因此说DLP就卡在德州仪器的尿性上。当然在德州仪器99%的垄断之外,咱们还有其他DLP选手,我所晓得的有国内的闻亭泰。期盼能作为一匹黑马,最少打破垄断。
LCD固化技术稍晚于DLP技术。由于大众晓得咱们公众的表示技术包含面板和投影两大类,都是十数年前发展的。DLP恰好偷了个空,能够承受和处理405nm的光波,于是有了3d打印的DLP技术。同理,少许LCD面板亦偷了个空,能忍受405nm紫外,于是有了LCDmasking这个技术。自己没偷这个空,只是把这个窗口放大了,让400-600nm所有的光信号都来实现光固化3D打印。不管是不是是405nm还是可见光,LCD技术终究会打破DLP的那个魔咒(大而粗/小而精)由于此刻已然有非常多价格便宜量又足的LCD设备直接采用2K屏幕的。
这儿不得不说到LCD技术的一个硬伤:光效率无DLP高。但凡经过加大405nm灯的亮度来达到更加多光通量,或普通光通量的可见光LCD协同高敏锐树脂,得到的固化速度不可和DLP的成型速度相比的。有个实质参考值,一样100微米厚固化,DLP是零点几秒到几秒,405nm紫外LCD或可见光LCD需要十几秒到几十秒来固化。这儿引出一个新的处理方法,用DLP以外的投影加上可见光技术达到一秒以内的高速度,投影能够同期达到高速度,大尺寸,高精度,还有低成本。简直完美,但日前还无商场化。
综上所述,SLA赛跑起步较早,但发展受核心器件和专利制约。DLP起步较晚,但越来越表现出其强大优良,独一的问题是这架马车仅有德州仪器一人驾驭。LCD起步更晚,只是萌芽,还触及不到主流设备的门槛,关联技术成熟度高,将来将奋起直追。当然,光固化技术,核心问题光源之外,还有软件,自动化,应用和工业非常多配套问题。另一个核心问题,光固化树脂,亦是一个核心技术。
倘若您爱好这篇文案
请根据如下方式添加
BOE知识酷公众号~