更快速率的大面积立体光刻，新型金属偏振片技术有望革新传统光固化3D打印

导读：自发明以来，由于硬件的进步，SLA 3D打印已经取得了长足的发展。立体光刻技术的突破关键在于光源器件，可以说，每一次关乎光学硬件的革新升级，都会为光固化3D打印技术带来新的可能。

2022年2月9日，南极熊获悉，来自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开发一种光固化3D打印机中所使用到的金属有线网格偏振过滤器。

这种有线网格偏振器旨在取代单色LCD屏幕中使用的传统PVA薄膜偏振器，该部件可产生用于打印单个层的图案。早期的测试表明，与同类薄膜相比，新的有线网格偏振器的透光效率明显提高。

在LCD 3D打印的背景下，传输效率的提高会导致更高的UV光强度、更短的打印时间、更大的UV穿透深度（更厚的层）和更宽的固化表面。

△金属网状偏光板的SEM成像。图片来自Inha大学。

PVA薄膜偏振器与有线网格偏振器的比较

在投影式微立体光刻技术（PμSL）中，空间调制器是用来将紫外光投射到整个构建板的区域，使基于PμSL的3D打印机能够一次固化整个层。空间调制器可以采取LCD、硅上液晶（LCoS）或数字微镜设备（DMD）的形式。

虽然PμSL通常比基于点阵激光的SLA快，但它确实有其局限性。例如，从一个小规模的空间调制器芯片投射紫外光需要一个高的放大系数，随着表面积的增加，光的强度会降低。

此外，传统的LCD具有两个正交的薄膜偏振器，允许紫外光在某些区域通过。这里的工作机制是基于吸收原理的，即薄膜中的电场吸收平行于它们的光，但传输垂直于它们的光。这种传统方法是有效的，但也降低了光源的有效强度。

为了解决与薄膜偏振器有关的问题，使用有线网格偏振器成为了一种有可能的替代方法。与薄膜很相似，有线网格偏振器吸收平行光，但传输垂直光，只是它们的工作机制是散射而不是吸收。除了导致更高的传输效率外，金属线网还可以承受更高的光强度而不受到损害。

△偏光滤光片被设计为只在一个轴上传输光线。图片来自Codixx。

争取更高的传输效率

为了测试有线网格偏振器的有效性，研究人员将其与带有拉伸PVA偏振器的彩色和单色LCD进行了比较。每种设备都被用来在各种紫外线波长和光强度下3D打印硅树脂部件。

研究小组发现，PVA薄膜偏振器的传输效率在较短的波长下明显下降，而线栅偏振器在每个波长下传输更多的紫外光。薄膜和线栅的性能差异在波长低于400纳米时最为明显。

从数字上看，对于365、385、405和450纳米的波长，薄膜偏振器提供的传输效率为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，研究结果表明，使用线栅偏振器可以获得更高的输出强度、更高的损伤阈值、更大的树脂兼容性以及整体的打印性能的改善，证明了它们在UV LCD 3D打印机中的可行性。

该研究的进一步细节可在题为 "Use of wire gridpolarizers with liquid crystal display for large-volume stereolithography"的论文中找到。

相关论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2214860422000471

就在去年，位于奥地利的高精度光学设备开发商In-Vision公司推出了其首个4K紫外光投影仪，用于树脂基3D打印机。这款命名为Phoenix的高性能光源是专门为需要高光强度和快速固化时间的应用而设计的。

材料科学的进步也是值得一提的，因为新的和改进后的3D打印树脂正在不断解锁以前不可能的应用。最近，3D打印机制造商B9Creations推出了一个新的树脂系列，据说可用于创建注塑成型质量的塑料模具。在这一系列以"坚固"闻名的产品中包括一种ABS和聚碳酸酯（PC）材料，它具有高热变形温度（HDT），使其成为生产光滑、耐冲击模具的理想材料。