Цифровая обработка света (DLP) 3D-печать: как это работает и почему это важно

Как работает цифровая обработка света 3D-печати?

Цифровая обработка света обычно работает путём опускания строительной платформы в прозрачный смоляной бак, заполненный жидким фотополимером. Высокоразрешающий проектор затем светит УФ-светом на строительную платформу в той же форме, что и поперечное сечение слоя детали. Поперечная сечение проекция создаётся с массивом микроскопических зеркал, называемым DMD, которые направляют свет только туда, где нужно. Плотность массива определяет разрешение печати. Этот стиль DLP-принтера строит объект вверх дном.

В более редких случаях, когда деталь строится правильной стороной вверх, тонкий слой смолы намазывается на строительную платформу. DMD может затем направлять свет сверху вниз для формирования первого слоя.

Единственный фотополимер, который отверждается, — это тот, который и освещён, и физически контактирует с твёрдой поверхностью (строительной платформой или предыдущим слоем). Большинство перевёрнутых DLP-принтеров прогоняют действие очистки через дно резервуара после каждого слоя для удаления любой смолы, отвердевшей на дне бака. После завершения слоя строительная платформа движется вверх на толщину одного слоя, и процесс повторяется до завершения детали. Для правильно-ориентированных DLP-принтеров, после завершения одного слоя строительная платформа движется вниз на один слой, и другой слой смолы намазывается поверх предыдущего.

Завершенная DLP-деталь эффективно конструирована из тысяч маленьких кубических объёмов; поперечное сечение куба равно размеру спроецированного зеркала, а высота куба равна высоте слоя. Каждый из этих кубических объёмов называется вокселем.

Таблица 1: Плюсы и минусы DLP

Плюсы	Минусы
Высокая скорость: Поскольку он печатает целый слой за раз, DLP 3D-печать — одна из более быстрых технологий 3D-печати. Некоторые SLA-типовые принтеры могут печатать на сопоставимых скоростях, но DLP далеко превосходит скорость других технологий вроде FDM.	Дорогой сырой материал: Фотополимерная смола — специализированный материал и как таковая значительно дороже других печатных материалов вроде пластиковой нити.
Высокая детализация: DLP-принтеры могут делать детали с очень высокими уровнями детализации. Чем больше разрешение цифрового зеркального устройства, тем более детализированная деталь.	Хрупкие детали: Жёсткая фотополимерная смола обычно не имеет хороших механических свойств. Одна из главных проблем — DLP-детали очень хрупки и могут трескаться легче, чем другие распространённые материалы вроде ABS или нейлона. Более устойчивые, эластомерные DLP-смолы дороже жёстких.
Резиноподобные печати: DLP может печатать в эластомерных материалах, имеющих твёрдость по Шору А около 90. Это значит, что функциональные резиноподобные детали могут быть напечатаны с высокой детализацией и сложными внутренними решётчатыми структурами.	Грязная пост-обработка: DLP-детали не готовы к использованию прямо с принтера. Сначала их нужно очистить от излишков смолы с использованием растворителя, а затем пост-отвердить под УФ-светом для достижения полной прочности.

Каковы материалы DLP-печати?

Только фотополимерные материалы работают в DLP-принтерах. Фотополимер состоит из мономеров, олигомеров и фотоинициаторов. При воздействии УФ-света фотоинициатор распадается на реактивные свободные радикалы, инициализирующие процесс полимеризации. Новые полимерные цепи могут затем перекрёстно-связываться между собой, в конечном счёте затвердевая для формирования детали. Большинство фотополимеров спроектированы для демонстрации свойств, похожих на те других распространённых инженерных термопластиков. Однако они редко могут реплицировать все такие механические свойства одновременно. Пользователи должны выбирать, какое свойство наиболее критично. Ниже перечислены некоторые распространённые категории DLP-материалов:

1. Поликарбонат-подобные: Отличная прочность и термостойкость с полупрозрачным или прозрачным внешним видом.
2. ABS-подобные: Отличная вязкость и жёсткость, плюс минимальное усадка.
3. Полипропилен-подобные: Долговечный ударностойкий материал. Может использоваться для защёлкивающихся соединений и живых петель.
4. Фотоэластомеры: Высокая относительная удлинение на разрыве и отличная ударная стойкость.
5. Наполненные: Эти смолы включают керамические или стеклянные частицы, взвешенные в жидкости. Они демонстрируют хорошую устойчивость к ползучести и высокие температуры дефлекции под нагрузкой.

Каковы основные части DLP 3D-принтера?

DLP-принтеры имеют очень мало движущихся частей. Аргуабельно самыми критическими компонентами являются их проектор и цифровые микромирные устройства. Ниже перечислены все базовые части, составляющие DLP 3D-принтер.

1. Экран цифрового светового проектора

Цифровой световой проектор — источник света для процесса фото полимеризации. Этот источник света может быть либо экраном, либо лампой. Источник света должен выдавать УФ-свет, так как эта длина волны достаточно энергична для инициализации процесса цифровой обработки света, полимеризирующего фотополимер.

2. DMD (Digital Micromirror Device — цифровое микромирное устройство)

Цифровое микромирное устройство — по сути чип с сотнями тысяч микроскопических зеркал. Любое данное зеркало может быть повернуто применением разности электрического потенциала через него. Свет таким образом направляется либо в тепловой поглотитель, либо в линзу, фокусирующую его на строительной пластине. То, что проходит через линзу, полимеризирует смолу, которую оно ударяет. Каждое зеркало может быть маленьким как 10 микрон в поперечнике.

3. Ванна (смоляной бак)

Смоляной бак хранит жидкий фотополимер. Дно смоляного бака прозрачно для пропускания УФ-света. DLP смоляные баки обычно довольно мелкие по сравнению с SLA-принтерными баками. Альтернатива использованию смоляного бака — процесс, намазывающий смолу на строительную пластину один слой за раз, очень похоже на SLS 3D-печать.

4. Строительная пластина

Пластина кровати или строительная пластина — поверхность, к которой крепится печать во время процесса цифровой обработки света. С большинством DLP-принтеров печатная кровать вверх дном, и она медленно движется на один слой вверх за раз по мере печати детали.

5. Подъёмник для строительной пластины

Строительная пластина движется вверх вдоль z-оси через линейный актуатор. Самый распространённый тип линейного актуатора для этой цели — шаровой винт. Вместо традиционных резьб, шаровой винт имеет каналы для маленьких металлических шаровых подшипников. Эти металлические шары размещены в шаровой гайке для создания плавного, низкотрения движения. Когда вал вращается шаговым мотором, шаровая гайка движется либо вверх, либо вниз. Шаровые винты предлагают плавное, точное движение.

Каков лучший DLP 3D-печатный смола?

Лучший 3D-печатный смола зависит от применения. Однако полипропилен-подобные смолы обычно предлагают самый широкий спектр применений. Эти материалы могут даже использоваться для создания деталей с защёлкивающимися особенностями и живыми петлями.

Как DLP 3D-печать используется в медицинской отрасли?

DLP 3D-печать широко используется в медицинской отрасли — особенно в стоматологии. Точные стоматологические модели, анатомические модели, хирургические приспособления и индивидуальные протезы — все отлично подходят для этой печатающей технологии.

Как DLP 3D-печать используется в ювелирной отрасли?

DLP-принтеры используются для изготовления ювелирных выкроек для литейных целей. DLP-принтеры могут производить детали с исключительным качеством и разрешением, что делает их идеальными для изощрённых ювелирных изделий. Ювелирные изделия проектируются на САПР-софте и 3D-печатаются на DLP-принтере. Деталь затем используется для создания гипсового или силиконового формообразования. Некоторые формообразующие смолы полностью разлагаются в печи, не оставляя остатков. Форма затем заполняется расплавленным металлом, который принимает форму 3D-напечатанной детали. Это позволяет ювелирам создавать сложные дизайны относительно легко и использовать гораздо меньше сырого металла по сравнению с более ручными техниками.

Как DLP 3D-печать используется в производстве подпятников?

Резиноподобные материалы могут быть DLP 3D-напечатаны в форму подпятников обуви со сложными внутренними решётчатыми структурами. Эти структуры остаются гибкими как традиционные материалы подпятников, но ограничивают общую массу. DLP хорошо подходит для этого, потому что он может так точно печатать сложные полые структуры, используя эластомерные материалы.

Часто задаваемые вопросы о DLP 3D-печати

Как DLP дешевле других методов 3D-печати?

DLP не самый дешёвый метод 3D-печати, но он может быть более экономным чем многие исключительно благодаря своей точности. С DLP сложные решётчатые структуры могут быть напечатаны, имитирующие прочность более толстых структур без использования столько материала. Его печати даже требуют меньше сырого материала чем SLA-принтеры, использующие тот же тип смолы. Дополнительно DLP-принтеры работают очень быстро, позволяя более высокий темп производства и снижая общие производственные затраты.

Способны ли DLP-принтеры производить массивные детализированные детали?

Нет, DLP не хорошо подходит для создания массивных детализированных деталей. Из-за пределов разрешения, инherentных в световую проекцию, DLP — мелкомасштабная технология, которая не может быть масштабирована для очень крупных деталей. Именно поэтому она в основном находит применение в медицинской, ювелирной и других мелкомасштабных отраслях. Массивные детали лучше оставить технологиям вроде SLS (Selective laser sintering). DLP-принтеры имеют относительно малые объёмы печати и дальше ограничены количеством смолы, которое можно безопасно держать в смоляном баке.

Какая разница между DLP и SLA?

Главная разница между DLP и SLA — метод фото полимеризации; SLA-машины обводят поперечное сечение детали УФ-лазером. DLP проецирует всё поперечное сечение сразу, полимеризируя целый слой одновременно. Как таковое, DLP обычно быстрее SLA, так как нет необходимости ждать, пока лазер пройдёт всю форму слоя.

Как Xometry может помочь

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

Отказ от ответственности

Контент, появляющийся на этой веб-странице, предназначен только для информационных целей. Xometry не даёт никаких представлений или гарантий любого рода, явных или подразумеваемых, касательно точности, полноты или достоверности информации. Никакие параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессы не должны выводиться как представительные того, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, запрашивающие котировки для деталей, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Обратитесь к нашим условиям для получения дополнительной информации.

Дин Макклементс

Дин Макклементс — выпускник с отличием по специальности «Машинное строительство» с более чем двумя десятилетиями опыта в производственной отрасли. Его профессиональный путь включал значимые роли в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Читать другие статьи Дина Макклементса