北京化工大学:5种光固化3D打印技术横向对比

3D打印快讯
2020
03/25
11:52
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2020年3月25日,南极熊从外媒获悉,北京化工大学的研究人员于2019年12月发表了一篇学术论文“Photo-curing 3D printing technique and its challenges”,分析了当前流行的光固化3D打印技术(SLA,DLP,LCD,CLIP和MJP技术)。

光固化3D打印技术已经非常常见,具有非常多的优点,比如速度快、精度高、表面质量好等,对于牙科等领域具有很好的应用。但是,由于使用的材料是光敏树脂,仍然存在很多挑战,比如零件和原型可能会变脆,变形,对天气的抵抗力差以及生物相容性差。

该论文研究对比了相对成熟和商业化的光固化3D打印技术,并讨论了其优势、弊端以及未来的潜在应用。

SLA 技术

立体光刻技术(SLA)由查尔斯·赫尔(Charles Hull)发明,是全球最早的3D打印技术之一.

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赫尔的3D打印半身像以及赫尔发明的首款3D打印机SLA-1

在论文中,研究人员表示:“一般情况下,SLA 3D打印机所使用的紫外光波长是355 nm,光源位于树脂槽上方,并且曝光方向是从顶部开始,液态树脂在被激光束扫描时会固化。在固化一层树脂之后,平台会下降一段距离(与打印层厚一致),逐层重复进行固化,直到打印出3D固体对象”。

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△图片源于网络,非论文附图

研究人员还指出,由于激光束可以覆盖比较大的空间,因此可以大规模打印大型模型。但是,由于增加构建大小时速度降低而存在一个缺点。

SLA的其他缺点包括树脂数量有限,以及分辨率低的问题。但是,它对于牙科,模具,汽车和航空航天组件等应用仍然非常有用。

DLP技术

数字光处理(DLP)3D打印的光源来自投影仪,这项技术也已经存在了大约20年了。以创新的DLP芯片为核心,使用户能够以极高的精确度创建小型物体。

自由基光敏树脂通常用于DLP中,虽然可以保证精度和精确度,但由于尺寸限制以及DLP 3D打印机价格昂贵这一事实而存在缺点。研究人员将其推荐用于珠宝铸造和牙科等应用。

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△图片源于网络,非论文附图

LCD技术

液晶显示器(LCD)3D打印以液晶显示器为核心,为用户提供高分辨率。

研究人员在文中表示:“在电场切换期间,少量液晶分子无法重新排列,从而导致弱漏光,这导致LCD打印技术的精度不如DLP。”

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△图片源于网络,非论文附图

“除了打印精度外,DLP和LCD 3D打印之间的主要区别在于光强度。众所周知,光强度是光聚合的重要因素,它决定了打印的速度和固化程度。因此,只有增加光引发剂的量或延长曝光时间,用于DLP 3D打印的光敏树脂才能用于LCD 3D打印。”

LCD价格适中,分辨率高。但是,必须定期维护和更换LCD光源。光强度微弱,有可能发生“漏光”,必须经常清洁水箱。尽管如此,作者还是建议将LCD用于玩具,珠宝和牙科产品的制造。

CLIP技术

Carbon出名的连续液体界面生产(CLIP)技术,实际上目前已经更名为Digital Light Synthesis(DLS)。

CLIP技术的基本原理并不复杂,底部的紫外线投射使光敏树脂固化,而液槽底部的液态树脂由于抑制了氧气而保持了稳定的液面,从而确保了固化的连续性。研究人员说:“底部的特殊窗口允许光和氧气通过。”
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CLIP技术,图片来自Carbon  
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△图片源于网络,非论文附图

CLIP技术的最大优点之一是打印速度成倍增长(高达25到100倍),而打印的潜力比DLP快1000倍。

MJP技术

多喷射打印(MJP)大约有20年的历史,它为工业用户提供了一种效率越来越高的系统,它具有多个喷嘴来喷射液态光敏树脂。可以同时打印多种颜色的多种材料,并且准确性很高。不仅如此,打印尺寸没有限制!但是,缺点包括设备和材料的承受能力不足。研究人员今天推荐MJP用于“精密医疗”应用和珠宝铸造。

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△图片源于网络,非论文附图

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△不同的光固化3D打印技术的特征

总之,研究人员指出:“光敏树脂的有限性能和3D打印技术的瓶颈限制了光固化3D打印的应用。 一旦解决了诸如快速固化,大尺寸和高粘度树脂打印等技术问题,以及高性能材料,生物相容性材料和可降解材料的开发,光固化3D打印将具有广阔的前景。”

编译自:3dprint


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