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北京化工大學(xué):5種光固化3D打印技術(shù)橫向?qū)Ρ?/h3>

星之球科技 來源:南極熊2020-03-26 我要評論(0 )   

2020年3月25日,南極熊從外媒獲悉,北京化工大學(xué)的研究人員于2019年12月發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論文“Photo-curing 3D printing technique and its challenges”,分析了當(dāng)前流...

2020年3月25日,南極熊從外媒獲悉,北京化工大學(xué)的研究人員于2019年12月發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論文“Photo-curing 3D printing technique and its challenges”,分析了當(dāng)前流行的光固化3D打印技術(shù)(SLA,DLP,LCD,CLIP和MJP技術(shù))。

光固化3D打印技術(shù)已經(jīng)非常常見,具有非常多的優(yōu)點(diǎn),比如速度快、精度高、表面質(zhì)量好等,對于牙科等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用。但是,由于使用的材料是光敏樹脂,仍然存在很多挑戰(zhàn),比如零件和原型可能會變脆,變形,對天氣的抵抗力差以及生物相容性差。

該論文研究對比了相對成熟和商業(yè)化的光固化3D打印技術(shù),并討論了其優(yōu)勢、弊端以及未來的潛在應(yīng)用。

SLA 技術(shù)

立體光刻技術(shù)(SLA)由查爾斯·赫爾(Charles Hull)發(fā)明,是全球最早的3D打印技術(shù)之一.

赫爾的3D打印半身像以及赫爾發(fā)明的首款3D打印機(jī)SLA-1

在論文中,研究人員表示:“一般情況下,SLA 3D打印機(jī)所使用的紫外光波長是355 nm,光源位于樹脂槽上方,并且曝光方向是從頂部開始,液態(tài)樹脂在被激光束掃描時(shí)會固化。在固化一層樹脂之后,平臺會下降一段距離(與打印層厚一致),逐層重復(fù)進(jìn)行固化,直到打印出3D固體對象”。

△圖片源于網(wǎng)絡(luò),非論文附圖

研究人員還指出,由于激光束可以覆蓋比較大的空間,因此可以大規(guī)模打印大型模型。但是,由于增加構(gòu)建大小時(shí)速度降低而存在一個缺點(diǎn)。

SLA的其他缺點(diǎn)包括樹脂數(shù)量有限,以及分辨率低的問題。但是,它對于牙科,模具,汽車和航空航天組件等應(yīng)用仍然非常有用。

DLP技術(shù)

數(shù)字光處理(DLP)3D打印的光源來自投影儀,這項(xiàng)技術(shù)也已經(jīng)存在了大約20年了。以創(chuàng)新的DLP芯片為核心,使用戶能夠以極高的精確度創(chuàng)建小型物體。

自由基光敏樹脂通常用于DLP中,雖然可以保證精度和精確度,但由于尺寸限制以及DLP 3D打印機(jī)價(jià)格昂貴這一事實(shí)而存在缺點(diǎn)。研究人員將其推薦用于珠寶鑄造和牙科等應(yīng)用。

△圖片源于網(wǎng)絡(luò),非論文附圖

LCD技術(shù)

液晶顯示器(LCD)3D打印以液晶顯示器為核心,為用戶提供高分辨率。

研究人員在文中表示:“在電場切換期間,少量液晶分子無法重新排列,從而導(dǎo)致弱漏光,這導(dǎo)致LCD打印技術(shù)的精度不如DLP?!?/p>

△圖片源于網(wǎng)絡(luò),非論文附圖

“除了打印精度外,DLP和LCD 3D打印之間的主要區(qū)別在于光強(qiáng)度。眾所周知,光強(qiáng)度是光聚合的重要因素,它決定了打印的速度和固化程度。因此,只有增加光引發(fā)劑的量或延長曝光時(shí)間,用于DLP 3D打印的光敏樹脂才能用于LCD 3D打印。”

LCD價(jià)格適中,分辨率高。但是,必須定期維護(hù)和更換LCD光源。光強(qiáng)度微弱,有可能發(fā)生“漏光”,必須經(jīng)常清潔水箱。盡管如此,作者還是建議將LCD用于玩具,珠寶和牙科產(chǎn)品的制造。

CLIP技術(shù)

Carbon出名的連續(xù)液體界面生產(chǎn)(CLIP)技術(shù),實(shí)際上目前已經(jīng)更名為Digital Light Synthesis(DLS)。

CLIP技術(shù)的基本原理并不復(fù)雜,底部的紫外線投射使光敏樹脂固化,而液槽底部的液態(tài)樹脂由于抑制了氧氣而保持了穩(wěn)定的液面,從而確保了固化的連續(xù)性。研究人員說:“底部的特殊窗口允許光和氧氣通過?!?/p>

CLIP技術(shù),圖片來自Carbon

△圖片源于網(wǎng)絡(luò),非論文附圖

CLIP技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)之一是打印速度成倍增長(高達(dá)25到100倍),而打印的潛力比DLP快1000倍。

MJP技術(shù)

多噴射打?。∕JP)大約有20年的歷史,它為工業(yè)用戶提供了一種效率越來越高的系統(tǒng),它具有多個噴嘴來噴射液態(tài)光敏樹脂??梢酝瑫r(shí)打印多種顏色的多種材料,并且準(zhǔn)確性很高。不僅如此,打印尺寸沒有限制!但是,缺點(diǎn)包括設(shè)備和材料的承受能力不足。研究人員今天推薦MJP用于“精密醫(yī)療”應(yīng)用和珠寶鑄造。

△圖片源于網(wǎng)絡(luò),非論文附圖

△不同的光固化3D打印技術(shù)的特征

總之,研究人員指出:“光敏樹脂的有限性能和3D打印技術(shù)的瓶頸限制了光固化3D打印的應(yīng)用。一旦解決了諸如快速固化,大尺寸和高粘度樹脂打印等技術(shù)問題,以及高性能材料,生物相容性材料和可降解材料的開發(fā),光固化3D打印將具有廣闊的前景?!?/p>

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