3D-печать с цифровой обработкой света (DLP):как это работает и почему это важно

Как работает цифровой световой процесс 3D-печати?

Процесс цифрового освещения обычно заключается в опускании строительной платформы в прозрачный резервуар из смолы, наполненный жидким фотополимером. Затем проектор высокого разрешения направляет ультрафиолетовый свет на сборочную платформу той же формы, что и поперечное сечение слоя детали. Проекция поперечного сечения создается с помощью массива микроскопических зеркал, называемых DMD, которые направляют свет только туда, где это необходимо. Плотность массива определяет разрешение печати. Этот тип DLP-принтера строит объект перевернутым.

В более редких случаях, когда деталь изготавливается лицевой стороной вверх, на платформу сборки наносится тонкий слой смолы. Затем DMD может направить свет сверху вниз, чтобы сформировать этот первый слой. 

Единственный фотополимер, который отверждается, — это тот, который одновременно освещен и физически контактирует с твердой поверхностью (платформой сборки или предыдущим слоем). Большинство перевернутых DLP-принтеров проводят отслаивание дна резервуара после каждого слоя, чтобы удалить смолу, затвердевшую на дне резервуара. После завершения слоя сборочная платформа перемещается вверх на толщину одного слоя, и процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет завершена. Для правосторонних DLP-принтеров после завершения нанесения одного слоя рабочая платформа сдвинется на один слой вниз, а другой слой смолы будет намазан поверх предыдущего слоя.

Готовая деталь DLP фактически состоит из тысяч небольших кубических объемов; поперечное сечение куба равно размеру проецируемого зеркала, а высота куба равна высоте слоя. Каждый из этих кубических объемов называется вокселем.

Таблица 1. Плюсы и минусы DLP

Плюсы

Высокая скорость: Поскольку DLP-3D-печать печатает весь слой за раз, она является одной из самых быстрых технологий 3D-печати. Некоторые принтеры типа SLA могут печатать с сопоставимой скоростью, но DLP намного превосходит скорость других технологий, таких как FDM.

Минусы

Дорогое сырье: Фотополимерная смола — это специализированный материал, поэтому он значительно дороже других материалов для печати, например пластиковой нити.

Плюсы

Высокая детализация: DLP-принтеры могут создавать детали с очень высоким уровнем детализации. Чем выше разрешение цифрового зеркального устройства, тем детальнее деталь.

Минусы

Хрупкие детали: Жесткая фотополимерная смола обычно не имеет хороших механических свойств. Одна из основных проблем заключается в том, что детали DLP очень хрупкие и могут треснуть легче, чем другие распространенные материалы, такие как АБС-пластик или нейлон. Более упругие эластомерные смолы DLP стоят дороже, чем жесткие.

Плюсы

Резиновые отпечатки: DLP может печатать эластомерными материалами с твердостью по Шору А около 90. Это означает, что функциональные резиноподобные детали можно печатать с высокой детализацией и сложной внутренней решетчатой структурой. 

Минусы

Неряшливая постобработка: Детали DLP не готовы к использованию сразу после принтера. Сначала их необходимо очистить от излишков смолы с помощью растворителя, а затем подвергнуть постотверждению под УФ-светом для достижения полной прочности.

Что такое материалы для DLP-печати?

В DLP-принтерах работают только фотополимерные материалы. Фотополимер состоит из мономеров, олигомеров и фотоинициаторов. Под воздействием УФ-излучения фотоинициатор распадается на активные свободные радикалы, которые инициируют процесс полимеризации. Новые полимерные цепи затем могут сшиваться друг с другом, в конечном итоге затвердевая и образуя деталь. Большинство фотополимеров обладают свойствами, аналогичными свойствам других распространенных технических термопластов. Однако они редко могут воспроизвести все такие механические свойства одновременно. Пользователи должны выбрать, какое свойство является наиболее важным. Ниже перечислены некоторые распространенные категории материалов DLP:

1. Похоже на поликарбонат: Превосходная прочность и термостойкость, полупрозрачный или прозрачный внешний вид.
2. Похож на ABS: Превосходная прочность и жесткость, а также минимальная усадка.
3. Похоже на полипропилен: Прочный ударопрочный материал. Может использоваться для защелкивающихся соединений и живых петель. 
4. Фотоэластомеры: Высокое удлинение при разрыве и отличная ударопрочность.
5. Заполнено: Эти смолы включают керамические или стеклянные частицы, взвешенные в жидкости. Они демонстрируют хорошее сопротивление ползучести и высокие температуры теплового отклонения. 

Каковы основные части 3D-принтера DLP?

В DLP-принтерах очень мало движущихся частей. Вероятно, наиболее важными компонентами являются проектор и цифровые микрозеркальные устройства. Ниже перечислены все основные части, из которых состоит 3D-принтер DLP. 

1. Цифровой световой проектор

Цифровой световой проектор является источником света для процесса фотополимеризации. Источником света может быть экран или лампочка. Источник света должен излучать ультрафиолетовый свет, поскольку эта длина волны достаточно энергетична, чтобы инициировать цифровой световой процесс, который полимеризует фотополимер. 

2. DMD (цифровое микрозеркальное устройство)

Цифровое микрозеркальное устройство представляет собой, по сути, чип с сотнями тысяч микроскопических зеркал. Любое зеркало можно вращать, прикладывая к нему разность электрических потенциалов. Таким образом, свет направляется в радиатор или в линзу, которая фокусирует его на рабочей пластине. То, что проходит через линзу, полимеризует смолу, на которую попадает. Каждое зеркало может иметь диаметр всего 10 микрон.

3. Чан (резервуар для смолы)

В резервуаре для смолы находится жидкий фотополимер. Дно резервуара для смолы прозрачное, пропускающее ультрафиолетовый свет. Резервуары для смолы DLP обычно довольно мелкие по сравнению с резервуарами для принтеров SLA. Альтернативой использованию резервуара для смолы является процесс, при котором смола наносится на рабочую пластину один слой за раз, что очень похоже на 3D-печать SLS. 

4. Строительная пластина

Подставка или рабочая пластина — это поверхность, к которой прикрепляется отпечаток во время цифрового светового процесса. В большинстве DLP-принтеров платформа для печати перевернута и медленно перемещается вверх по одному слою по мере печати детали.

5. Лифт для строительной плиты

Рабочая пластина перемещается вверх вдоль оси Z с помощью линейного привода. Наиболее распространенным типом линейного привода для этой цели является шариковый винт. Вместо традиционной резьбы в ШВП имеются каналы для небольших металлических шарикоподшипников. Эти металлические шарики размещены в гайке шарика, чтобы обеспечить плавное движение с низким коэффициентом трения. Когда вал вращается шаговым двигателем, шариковая гайка перемещается либо вверх, либо вниз. Шарико-винтовые пары обеспечивают плавное и точное движение. 

Какая смола для DLP 3D-печати лучшая?

Выбор лучшей смолы для 3D-печати зависит от области применения. Однако полипропиленоподобные смолы обычно имеют самый широкий спектр применения. Эти материалы можно даже использовать для создания деталей с защелкивающимися элементами и «живыми» петлями. 

Как 3D-печать DLP используется в медицинской промышленности?

DLP 3D-печать широко используется в медицинской промышленности, особенно в стоматологии. Точные стоматологические модели, анатомические модели, хирургические приспособления и индивидуально подобранные протезы отлично подходят для этой технологии печати.

Как 3D-печать DLP используется в ювелирной промышленности?

DLP-принтеры используются для изготовления моделей ювелирных изделий для литья. DLP-принтеры могут производить детали исключительного качества и разрешения, что делает их идеальными для сложных ювелирных изделий. Ювелирные изделия проектируются с помощью программного обеспечения CAD и печатаются в 3D на DLP-принтере. Затем деталь используется для создания гипсовой или силиконовой формы. Некоторые смолы для изготовления форм полностью разлагаются в печи, не оставляя следов. Затем форма заполняется расплавленным металлом, который принимает форму детали, напечатанной на 3D-принтере. Это позволяет ювелирам относительно легко создавать сложные конструкции и использовать гораздо меньше необработанного металла по сравнению с более ручными методами. 

Как 3D-печать DLP используется при производстве межподошвы?

Резиноподобные материалы можно напечатать с помощью DLP 3D в форме межподошв обуви со сложной внутренней решетчатой структурой. Эти структуры остаются гибкими, как традиционные материалы межподошвы, но ограничивают общую массу. DLP хорошо подходит для этой цели, поскольку позволяет очень точно печатать сложные полые конструкции с использованием эластомерных материалов.

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати DLP

Почему DLP дешевле других методов 3D-печати?

DLP — не самый дешевый метод 3D-печати, но он может быть более экономичным, чем многие другие, исключительно благодаря своей точности. С помощью DLP можно печатать сложные решетчатые структуры, которые имитируют прочность более толстых структур, не используя при этом слишком много материала. Для его печати требуется даже меньше сырья, чем для принтеров SLA, в которых используется тот же тип смолы. Кроме того, DLP-принтеры работают очень быстро, что позволяет повысить производительность и снизить общие производственные затраты.

Способны ли DLP-принтеры печатать крупные детализированные изделия?

Нет, DLP не очень хорошо подходит для создания крупных детализированных деталей. Из-за ограничений разрешения, присущих световой проекции, DLP представляет собой мелкомасштабную технологию, которую невозможно масштабировать для очень больших деталей. Вот почему он в основном находит применение в медицинской, ювелирной и других мелких отраслях промышленности. Массивные детали лучше оставить для таких технологий, как SLS (селективное лазерное спекание). DLP-принтеры имеют относительно небольшой объем печати и дополнительно ограничены количеством смолы, которое можно безопасно хранить в резервуаре для смолы.

В чем разница между DLP и SLA?

Основное различие между DLP и SLA заключается в методе фотополимеризации; Машины SLA отслеживают поперечное сечение детали с помощью УФ-лазера. DLP проецирует изображение всего поперечного сечения, полимеризуя весь слой одновременно. Таким образом, DLP обычно работает быстрее, чем SLA, поскольку нет необходимости ждать, пока лазер пройдет всю форму слоя.

Чем может помочь Xometry

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая онлайн-услуги 3D-печати и другие дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное ценовое предложение без каких-либо обязательств.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Понимание файлов VRML для 3D-печати:формат, функции и приложения Шесть ключевых преимуществ 3D-печати в авиастроении