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DLP技术促进3D打印的发展

Robert Rodrigues?? TI模拟应用工程师?? 2014年12月01日 ?? 收藏0
近年来,3D打印技术一直保持着强劲的发展势头,而且非常有望改变制造业的原有面貌。虽然这种增材制造技术(3D打印技术)的初步理念大概在70年前就申请了专利,但随着相关技术的不断创新,现在才逐渐得到人们的广泛关注。

作为现代增材制造技术开发领域的先驱,John Munz早在1956年就开始对这类技术进行初步探索。当时,Munz发明了一种利用紫外光和“照相雕刻记录”技术在树脂材料中记录实物的方法。30年之后,也就是在1986年,Chuck Hull将电脑化生产技术和Munz的紫外光固化树脂技术进一步结合起来,发明了首个名为“立体平板印刷”的增材制造工艺。这种制造工艺可利用电脑控制的激光束和光来固化树脂并逐层构建实物。

核心专利到期后,相关技术的创新极大推动了增材制造市场的发展。例如,技术创新者不仅融合了Hull的最初构想,同时还利用德州仪器DLP的技术来进一步完善这项技术。

数字微镜器件是DLP技术的核心。数字微镜器件实为空间光调制器,可以动态地遮蔽大面积的光,从而满足多种使用需求。例如,与1986年发明的立体平板印刷技术相比,数字微镜器件作为空间光调制器与紫外光源联用之后,可以提高分辨率和加快构建速度。

基于DLP技术的3D打印机可通过单个像素进行成像,而不是直接通过光源成像,因此打印分辨率较高。基于激光的立体平板印刷设备的像素尺寸接近100微米(μm)的级别,而采用了DLP技术的打印机的像素尺寸则达到30微米的级别。与其他3D打印方法相比,这种打印机的打印分辨率要高得多,成品表面也更为光滑,因此整体打印效果令人更满意,后续的处理工作也更少。

采用DLP技术之后,不仅打印分辨率得到提高,而且打印速度也有所加快,特别是对于体积较大、结构较复杂的打印任务而言更是如此。因为激光打印机必须对所有打印对象进行描绘,但这种新型打印机则可以一次性成型。

就基于激光的立体平板印刷设备而言,鉴于要利用单个100μm的宽激光光束来构建宽度超过一厘米的实物,因此每构建一层光束都要移动上百次。在实际应用当中,每构建一件实物都需要叠加几百层材料,而每构建一层则都需要移动激光光束几百次,所以整体速度会慢很多。与之相反,基于DLP技术的3D打印机免去了逐层构建的复杂操作,而是可以实现一次性成形,因而节省了很多时间,在打印较大实物时也不例外。换句话说,具备一次性成形的能力意味着,实物的复杂结构和尺寸对总体构建时间并没有丝毫的影响。消除叠层复杂度对构建时间的影响之后,除了可以快速成形,基于DLP技术的解决方案对于直接部件制造而言也非常适合,因为这种技术可以同时构建多个部件。如果打印机的构建区域可以容纳10个部件,则这10个部件可以同时构建。

基于DLP技术的3D打印机对于很多用于直接制造和快速成形的可打印材料均适用。立体平板印刷技术需与丙烯酸酯单体联用,因为后者可与光引发剂混合,而光引发剂在紫外光区或可见光区吸收一定波长的能量,从而引发单体聚合交联固化的化合物。此外,陶瓷和金属等也可作为打印材料。将陶瓷粉以1:1的比例与丙烯酸树脂混合后,树脂可起到粘合剂的作用。加入了陶瓷粉的树脂会在一定程度上实现固化,其硬度正好足以保持实物的形状,而且基于纯丙烯酸树脂的打印方法和硬件设备也适用。之后,再通过熔炉对加入了陶瓷粉的成品进行烧制,以除掉其中的聚合物,并将陶瓷成分粘合到一起,使最终成品中的陶瓷含量高达99%。这种方法也适用于含有金属粉的丙烯酸酯类单体树脂,同时也可以通过相同的打印机硬件来构建金属部件。

基于DLP技术的打印机打印分辨率高,适用于多种可打印材料,而且打印速度较快,这些特性为3D打印市场的各个方面都能带来好处,包括可以生产高端的工业用及专业工作室设备,可以构建可靠的消费者模型,以及推出供个人使用的3D打印机等。随着人们希望增材制造技术能有所突破,可以在传统的立体平板印刷方法中融入DLP技术,以克服其原有的局限性,并发展成为最出色的增材制造技术之一。

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3D打印? DLP技术? 数字微镜器件?

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