UV光固化技术在3D打印中的应用

发表时间:2024-11-15 09:12

“中国的光固化3D打印行业,将有望迎来一个高速时代!”


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UV光固化技术在3D打印中具有显著的应用前景,其基本原理是利用紫外光照射液态光敏树脂,引发化学反应使其迅速固化,从而逐层构建出三维实体模型。这种技术因其高精度、快速打印和环保等优势,广泛应用于工业设计、医疗、建筑等领域。

UV光固化3D打印技术主要包括立体光固化(SLA)和数字光处理(DLP)等三种形式,其中SLA技术适用于较大体积的打印,而DLP技术则以更高的打印速度和精度著称......

一、SLA(立体光刻技术)


光固化立体光刻技术(SLA)是3D打印领域的一项重要技术,其工作原理基于 激光诱导的光聚合反应这项技术利用特定波长和强度的激光聚焦照射光敏树脂表面,通过点到线、线到面的方式逐步固化材料,最终形成三维实体SLA技术的核心优势在于其 高精度和优异的表面质量 ,这使得它在众多3D打印技术中脱颖而出。


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SLA技术的工作流程通常包括以下步骤:

  1. CAD模型设计:使用计算机辅助设计(CAD)软件创建3D数字模型。

  2. 模型切片:将3D模型分割成多个薄层,确定每个层面的打印路径。

  3. 树脂填充:光敏树脂倒入打印平台下的容器中。

  4. 层层固化:激光按预定路径照射树脂表面,逐层固化形成物体。

  5. 后处理:清洗未固化树脂,进行二次固化增加强度。



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SLA技术在多个领域展现出独特优势:

应用领域

优势

原型制造

加工速度快,产品生产周期短

复杂结构制造

可加工传统手段难以成型的复杂结构

文化创意产业

制作艺术品、雕塑和建筑模型

医疗健康

制作手术导板、牙科器械和助听器


最新的研究成果包括开发长期稳定的高性能材料,如新型阻燃材料Accura® AMX Tough FR V0 Black,这类材料不仅具有优异的机械性能,还满足严格的阻燃要求,进一步扩大了SLA技术的应用范围。


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二、DLP(数字光处理技术)

另一个数字光处理技术(DLP)作为一种先进的3D打印技术,在光固化3D打印领域占据重要地位。传统的立体光刻(SLA)技术相比,DLP技术具有独特的优势和特点,特别适用于需要快速成型和大规模生产的应用场景。

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DLP技术的核心组件是 数字微镜装置(DMD) ,这是一种由数以万计的微小镜片组成的精密设备。每个镜片都可以独立控制,通过反射或阻挡光线来实现图像的投影。这种设计使得DLP技术能够 一次性固化整个树脂层 ,大幅提升了打印速度

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DLP技术的工作原理如下:

  1. 使用投影仪将光投射到打印材料(通常是光敏树脂)上


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  2. 投影仪根据3D模型的切片数据,逐层固化材料

  3. 每个切片完成后,打印平台下降一定距离,准备下一层面的固化

  4. 重复上述过程,直到完成整个3D模型的打印


DLP技术的优势主要体现在以下几个方面:

  1. 打印速度 :由于一次性固化整个层,DLP技术的打印速度远高于SLA技术。这对于需要快速原型制作或大批量生产的情况尤为重要。

  2. 分辨率 :DLP技术可以实现高分辨率打印,通常能达到25-50微米的层厚。这使得DLP技术特别适合制作精细的模型和零件。


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  3. 材料兼容性 :DLP技术可以使用多种类型的光敏树脂,包括刚性、柔性和功能性材料。这为不同应用领域提供了广泛的材料选择。

  4. 成本效益 :相对于SLA技术,DLP设备的成本较低,维护也更为简便。这使得DLP技术在中小型企业中得到了广泛应用。


DLP技术在3D打印领域的应用主要集中在以下几个方面:

  • 珠宝制造 :高精度和细节表现力强


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  • 牙科医疗 :精确度高,适合制作牙齿模型和矫正器

  • 工业设计 :快速原型制作,缩短产品开发周期

  • 文化创意 :复杂造型能力强,适合艺术品创作


尽管DLP技术在许多方面表现出色,但仍存在一些局限性。例如,由于投影仪的分辨率限制,DLP技术在处理极细微特征时可能不如SLA技术精确。此外,DLP技术的打印体积通常受到投影仪和树脂槽尺寸的限制,可能不适合制作超大型零件。

随着DMD技术的进步和新材料的开发,DLP技术有望在3D打印领域发挥更大的作用,特别是在需要快速、高质量和经济实惠的原型制作和小批量生产方面。

三、CLIP技术


在探讨UV光固化技术在3D打印中的应用时,连续液面界面生产技术(CLIP)无疑是一个令人瞩目的创新。这项技术巧妙地解决了传统光固化3D打印速度受限的问题,为3D打印技术的发展注入了新的活力。


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CLIP技术的核心创新在于其独特的 连续打印机制 。与传统的分层固化方法不同,CLIP技术通过创造一个持续流动的液面界面,实现了不间断的材料供应和固化过程。这一创新极大地提高了打印速度,使得CLIP技术在3D打印速度方面取得了突破性进展。

CLIP技术的工作原理基于一个关键概念:死区(Dead Zone) 。这个死区位于打印平台下方的液面和透明窗口之间,由氧气渗透形成的薄层构成。氧气的存在抑制了光引发的聚合反应,从而在液面和窗口之间形成一个无法固化的区域。这种设计巧妙地解决了传统光固化3D打印中常见的粘连问题,同时也为连续打印创造了条件。

CLIP技术的具体工作流程如下:

  1. 将打印平台浸入装满光敏树脂的容器中

  2. 使用投影仪从上方照射树脂

  3. 氧气通过底部的透气窗口,在液面和窗口之间形成死区

  4. 死区阻止已固化部分与窗口粘连

  5. 打印平台连续上升,同时树脂不断流入死区进行固化

这种连续的打印过程带来了显著的速度提升。根据第三方测试机构的数据,CLIP技术的打印速度可达传统SLA技术的 25倍到100倍 。这意味着原本需要十几个小时才能完成的3D打印任务,现在只需几分钟就能搞定。

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CLIP技术的另一大优势在于其 打破了速度与精度的悖论 。由于采用了连续的照射过程,3D打印的速度不再受到切片层数量的影响。相反,打印速度主要取决于紫外线照射时的聚合速度以及聚合物的粘性。这种设计使得CLIP技术能够在保持高精度的同时大幅提升打印速度,克服了传统3D打印技术中速度与精度难以兼顾的难题。

值得一提的是,CLIP技术在微观尺度上的表现尤为出色。研究人员通过实验,在1微米(即千分之一毫米)的切片精度下,成功打印出了肉眼难以辨识的光滑表面。这一成果充分展现了CLIP技术在高精度3D打印领域的巨大潜力。

CLIP技术的出现为3D打印技术的发展开辟了新的方向。它不仅大幅提升了打印速度,还在精度和材料兼容性等方面展现出了优秀的表现。随着技术的不断完善,CLIP有望在工业制造、医疗设备、电子产品等多个领域发挥越来越重要的作用,推动3D打印技术向更高水平迈进。

综上所述,尽管面临材料成本高、机械性能需进一步提升等挑战,但随着新型光引发剂和光敏树脂的研发,UV光固化3D打印技术正不断突破,展现出广阔的发展前景。

来源网络

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