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作為現(xiàn)代增材制造技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域的,JohnMunz早在1956年就開始對(duì)這類技術(shù)進(jìn)行初步探索。當(dāng)時(shí),Munz發(fā)明了一種利用紫外光和“照相雕刻記錄”技術(shù)在樹脂材料中記錄實(shí)物的方法。30年之后,也就是在1986年,ChuckHull將電腦化生產(chǎn)技術(shù)和Munz的紫外光固化樹脂技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來,發(fā)明了*名為“立體平板印刷”的增材制造工藝。這種制造工藝可利用電腦控制的激光束和光來固化樹脂并逐層構(gòu)建實(shí)物。
核心到期后,相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新極大推動(dòng)了增材制造市場(chǎng)的發(fā)展。例如,技術(shù)創(chuàng)新者不僅融合了Hull的zui初構(gòu)想,同時(shí)還利用德州儀器DLP的技術(shù)來進(jìn)一步完善這項(xiàng)技術(shù)。
數(shù)字微鏡器件是DLP技術(shù)的核心。數(shù)字微鏡器件實(shí)為空間光調(diào)制器,可以動(dòng)態(tài)地遮蔽大面積的光,從而滿足多種使用需求。例如,與1986年發(fā)明的立體平板印刷技術(shù)相比,數(shù)字微鏡器件作為空間光調(diào)制器與紫外光源聯(lián)用之后,可以提高分辨率和加快構(gòu)建速度。
基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)可通過單個(gè)像素進(jìn)行成像,而不是直接通過光源成像,因此打印分辨率較高?;诩す獾牧Ⅲw平板印刷設(shè)備的像素尺寸接近100微米(μm)的級(jí)別,而采用了DLP技術(shù)的打印機(jī)的像素尺寸則達(dá)到30微米的級(jí)別。與其他3D打印方法相比,這種打印機(jī)的打印分辨率要高得多,成品表面也更為光滑,因此整體打印效果令人更滿意,后續(xù)的處理工作也更少。
采用DLP技術(shù)之后,不僅打印分辨率得到提高,而且打印速度也有所加快,特別是對(duì)于體積較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的打印任務(wù)而言更是如此。因?yàn)榧す獯蛴C(jī)必須對(duì)所有打印對(duì)象進(jìn)行描繪,但這種新型打印機(jī)則可以一次性成型。
就基于激光的立體平板印刷設(shè)備而言,鑒于要利用單個(gè)100μm的寬激光光束來構(gòu)建寬度超過一厘米的實(shí)物,因此每構(gòu)建一層光束都要移動(dòng)上百次。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,每構(gòu)建一件實(shí)物都需要疊加幾百層材料,而每構(gòu)建一層則都需要移動(dòng)激光光束幾百次,所以整體速度會(huì)慢很多。與之相反,基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)免去了逐層構(gòu)建的復(fù)雜操作,而是可以實(shí)現(xiàn)一次性成形,因而節(jié)省了很多時(shí)間,在打印較大實(shí)物時(shí)也不例外。換句話說,具備一次性成形的能力意味著,實(shí)物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)總體構(gòu)建時(shí)間并沒有絲毫的影響。消除疊層復(fù)雜度對(duì)構(gòu)建時(shí)間的影響之后,除了可以快速成形,基于DLP技術(shù)的解決方案對(duì)于直接部件制造而言也非常適合,因?yàn)檫@種技術(shù)可以同時(shí)構(gòu)建多個(gè)部件。如果打印機(jī)的構(gòu)建區(qū)域可以容納10個(gè)部件,則這10個(gè)部件可以同時(shí)構(gòu)建。
基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)對(duì)于很多用于直接制造和快速成形的可打印材料均適用。立體平板印刷技術(shù)需與丙烯酸酯單體聯(lián)用,因?yàn)楹笳呖膳c光引發(fā)劑混合,而光引發(fā)劑在紫外光區(qū)或可見光區(qū)吸收一定波長(zhǎng)的能量,從而引發(fā)單體聚合交聯(lián)固化的化合物。此外,陶瓷和金屬等也可作為打印材料。將陶瓷粉以1:1的比例與丙烯酸樹脂混合后,樹脂可起到粘合劑的作用。加入了陶瓷粉的樹脂會(huì)在一定程度上實(shí)現(xiàn)固化,其硬度正好足以保持實(shí)物的形狀,而且基于純丙烯酸樹脂的打印方法和硬件設(shè)備也適用。之后,再通過熔爐對(duì)加入了陶瓷粉的成品進(jìn)行燒制,以除掉其中的聚合物,并將陶瓷成分粘合到一起,使zui終成品中的陶瓷含量高達(dá)99%.這種方法也適用于含有金屬粉的丙烯酸酯類單體樹脂,同時(shí)也可以通過相同的打印機(jī)硬件來構(gòu)建金屬部件。
基于DLP技術(shù)的打印機(jī)打印分辨率高,適用于多種可打印材料,而且打印速度較快,這些特性為3D打印市場(chǎng)的各個(gè)方面都能帶來好處,包括可以生產(chǎn)的工業(yè)用及專業(yè)工作室設(shè)備,可以構(gòu)建可靠的消費(fèi)者模型,以及推出供個(gè)人使用的3D打印機(jī)等。隨著人們希望增材制造技術(shù)能有所突破,可以在傳統(tǒng)的立體平板印刷方法中融入DLP技術(shù),以克服其原有的局限性,并發(fā)展成為zui出色的增材制造技術(shù)之一。
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