研究基于新型金属偏光片技术改进树脂 3D 打印

德克萨斯大学奥斯汀分校和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员正在研究在基于树脂的 3D 打印机中使用金属线栅偏振滤光片。

有线网格偏光片旨在取代单色 LCD 屏幕中使用的传统 PVA 薄膜偏光片，该组件会生成用于打印各层的图案。测试表明，与传统薄膜相比，新的线栅偏振器提供了更高的光传输效率。

在 LCD 3D 打印的背景下，传输效率的提高会导致紫外线强度更高、打印时间更短、紫外线穿透深度更大（更厚的层）和更宽的固化表面。

△金属线栅偏振器的 SEM 成像，图片来自仁荷大学。

PVA 薄膜偏光片与线栅偏光片

在投影微立体光刻 (PμSL) 中，空间调制器用于将紫外光投射到构建板的整个区域，从而允许基于 PμSL 的 3D 打印机一次固化整个层。空间调制器可以采用 LCD、硅上液晶 (LCoS) 或数字微镜器件 (DMD) 的形式。

虽然 PμSL 通常比基于点激光的 SLA 更快，但它确实有其局限性。例如，从小型空间调制器芯片投射紫外光需要高放大倍数，这会随着表面积的增加而降低光强度。此外，传统的 LCD 具有两个正交薄膜偏振器，允许紫外光在某些区域通过。这里的工作机制是薄膜中的电场吸收平行于它们的光，只传输垂直的光。这种传统方法有效，但也降低了光引擎的有效强度。

为了解决与薄膜偏振器相关的问题，改用有线网格偏振器。与薄膜非常相似，线栅偏振器吸收平行光但透射垂直光，该方案建立在散射机制上而不是吸收机制。除了更高的传输效率外，金属线栅还可以承受更高的光强度而不会受到损坏。

△偏振滤光片设计用于仅在一个轴上传输光。图片来自 Codixx。

迈向更高的传输效率

为了测试有线网格偏振器的有效性，研究人员将它们与PVA 偏振器的彩色和单色 LCD 进行了比较。每个设备都用于在各种 UV 波长和光强度下 3D 打印有机硅树脂部件。研究小组发现，PVA 薄膜偏振器的透射效率在较短的波长下显着降低，而线栅偏振器在每个波长下透射的紫外光更多。薄膜和线栅性能之间的差异在波长低于 400nm 时最为明显。对于 365、385、405 和 450nm 的波长，薄膜偏光片的透射效率分别为 0.0%、1.1%、22.9% 和 34.8%。对于相同的波长，线栅偏振器提供 34.4%、39.3%、39.1% 和 42.5%。

最终，结果表明，使用线栅偏光片具有更高的输出强度、更高的损伤阈值、更好的树脂兼容性和整体改进的打印性能，证明了它们在 UV LCD 3D 打印机中的可行性。

该研究的更多细节可以在题为‘Use of wire grid polarizers with liquid crystal display for large-volume stereolithography’的论文中找到。