Ученые разработали новую методику повышения качества 3D-печати

Увеличение количества печатных вокселей, генерируемых из одного и того же DMD. a Обычное томографическое объемное аддитивное производство. b Томографическое объемное спиральное аддитивное производство. Масштабные линейки: 10 мм. Предоставлено: Свет: передовое производство (2023 г.). DOI: 10.37188/lam.2023.012

До недавнего времени парадигма в 3D-печати на основе света или аддитивном производстве (AM) в основном основывалась на использовании чана с жидкой фотополимерной смолой. Луч ультрафиолетового (УФ) света отверждает смолу по одному слою за раз, в то время как платформа перемещает изготовленный объект вниз после затвердевания каждого нового слоя.

За последние несколько лет появилось несколько полностью объемных технологий аддитивного производства (VAM), которые отходят от послойного подхода.

Двухфотонная фотополимеризация представляет собой современное состояние объемной печати светом. В конечном счете, оптическое разрешение принтера диктует достижимый размер напечатанного вокселя. В DLP и томографическом VAM оптическое разрешение определяется в лучшем случае особенностями модулятора, используемого для формирования светового паттерна, а именно DMD.

Исследовательская группа использовала чип DLP7000 от Texas Instruments, который имеет на своей поверхности Nx × Ny = 768 × 1 024 микрозеркала, расположенных в прямоугольном массиве, способном отображать 8-битные изображения. Изображение DMD увеличивается в 1,66 раза в оптической системе команды. Полученный рисунок на флаконе составляет 1,74 см × 2,33 см с разрешением 23 мкм.

Единственный способ увеличить размер печатаемых объектов без ущерба для разрешения — переместить DMD для флакона или наоборот. Команда предложила перемещать образец вокруг светового пучка по спиральной траектории. Они показали, что размер боковой печати может быть удвоен без ущерба для разрешения за счет смещения оптической оси относительно оси вращения ванны с фотосмолой.

Вместе эти два трюка увеличивают количество строительных блоков внутри флакона в 12 раз. Доступные печатные воксели используются для печати больших объектов размером до 3 см × 3 см × 5 см за несколько минут.

Исследовательская группа объединила вращающуюся и линейную ступени перемещения, чтобы установить стеклянный флакон с фоторезистом в спиральном движении. Исследователи отметили, что не вся смола не освещается сразу, как при обычном томографическом VAM. В VHAM вся смола полностью возбуждается только после одного полного цикла.

Между узорами есть несколько перекрывающихся областей, так что после поворота его нижняя и верхняя части совпадают. Размер перекрытия настраивается путем регулировки скорости вращения флакона в соответствии с вертикальным перемещением ступени перевода, что необходимо для обеспечения непрерывности печатаемых объектов.

Команда представила доказательство концепции новой световой техники объемной печати объектов многосантиметрового масштаба. Он построен на томографическом VAM, чтобы значительно увеличить количество печатаемых вокселей, сохраняя при этом то же светомодулирующее устройство для проецирования и без слишком большого ущерба для разрешения печати. Это было достигнуто за счет смещения центра модулятора света и непрерывного перемещения смолы по вертикали вдоль узорчатого светового луча.

Эти простые модификации могут быть легко выполнены на существующих томографических принтерах и открывают новые возможности для высокоскоростного изготовления объектов с высоким разрешением × размером до 3 см 3 см × 6 см. Таким образом, спиральная томографическая VAM может быть привлекательной для применения в областях, где объекты сантиметрового масштаба должны быть изготовлены индивидуально, например, в стоматологической промышленности, хотя разрешение должно быть улучшено, чтобы соответствовать текущим требованиям отрасли.

Подробнее: Antoine Boniface et al, Volumetric helical additive manufacturing, Light: Advanced Manufacturing (2023) DOI: 10.37188/lam.2023.012 🔗