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一种提高3D打印效率的方法

作者:光学镜头定制 发布时间:19.01.21 分类:资讯

    3D打印已经在工业和科学领域掀起了一场革命。但是传统的通过一系列一维线扫描来构建三维形状的过程可能非常缓慢。即使是最近发展起来的一种方法,使用有图案的光在一次拍摄中处理整个二维横截面,其打印速度通常也被限制在每小时厘米到几十厘米。

       近日,美国密歇根大学的研究人员报告了一种能够可以更快地构建3D打印物体的系统,速度约为每小时两米,甚至可以在一次拍摄中创建复杂的“浅浮雕”3D表面。这种快速打印的奥秘就是,一点点额外的树脂化学物质和一定剂量的紫外线混合添加。

创建2D层 

       最常见的3D打印形式是用激光或其他方法固化一系列一维线条从而形成塑料层。这一极其缓慢的过程对生产能力造成了严格的限制。作为对这个问题的回答,AM团体一直致力于研究所谓的立体光刻方法。 在这些方案中,图案光相当于要构建的三维物体的二维横截面——就像CAT扫描中的切片一样——自下而上通过光窗射进一桶光固化树脂中。当每一个2D层被固化后,一个构建头慢慢地将物体从树脂浴中拉出来,这样下一层就可以固化了。通过允许在一个镜头中构建一个完整的2D层,从而与一维方法的多小时时间跨度相比,这种立体光刻法可以大大缩短3D打印时间。

粘性的光窗 

       但即使是立体光刻AM方法也存在着一定的问题。最明显的一个是,当来自下而上方的图案光固化每一层的时候,这一层往往会粘附在光线透过的光窗上。这就需要在每个2D层之间耗费时间将其分离。

       为了改善这种情况,一种方法是使用具有透氧性的投影窗。透氧光窗口在光窗和生长中的三维物体之间形成一层超薄富氧层,抑制树脂凝固。然而,即便是这些系统,其垂直移动速度也被限制在每小时几十厘米,而且满足薄型透氧光窗需求的材料一般伸缩困难尺寸有限,所以很难有效地打印大型物体。

紫外控制 

      来自密歇根大学的研究小组似乎已经解决了这个问题,他们使用光而不是氧气来抑制树脂在投影窗附近的固化。该方法首先在化学实验室中进行了实验,通过调整光固化树脂的成分,使其不仅包括了在蓝光(458 nm)照射下固化和硬化树脂的光激活剂,还包括了在近紫外光(365 nm)照射下防止树脂凝固的光抑制剂。

3D.jpg

        为了创建一个3D物体,后一种波长的LED光通过玻璃投影窗射到树脂桶中,在窗口附近创建所需的无固化区。与此同时,来自商用DLP投影仪的有图案的蓝光直接通过窗户照射进来,在凝固被抑制的区域的正上方固化所需的3D物体的2D层。当每个2D层形成时,构建头将稳定增长的对象从树脂浴中拉上来。通过调整紫外线和蓝光的相对强度可以调整无凝固区厚度。

       由于紫外光抑制了投影光窗附近的凝固,系统可以连续快速地建立3D物体。研究小组表示,这种方法的打印速度已经达到了每小时两米,比依赖于透氧窗口的立体光刻系统快了一个数量级。而且,调整无固化区厚度的能力,使该工艺有可能适用于各种树脂类型和粘度,使其具有更大的可扩展性,从而能够在提高生产效率的基础上生产更大、更坚固的产品。


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