详解LCD技术的光固化3D打印机

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详解LCD技术光固化3D打印
30多年前,3D打印面世那天,就是从光固化技术SLA(激光扫描)立体光刻技术开始的。所以光固化才是3D打印技术的老大。后来大家都知道的reprap的开源技术,让FDM的熔融挤出技术走向大众,SLS的烧结技术,特别作为金属烧结,使3D打印走向高端应用。光固化自身也发展也层出不穷。
光固化主流技术,第一代SLA,利用紫外激光(355nm或405nm)为光源,用振镜系统来控制激光光斑扫描,扫过之处的液体树脂就选择性固化了。第二代DLP紫外数字投影技术,利用405nm光源,通过德州仪器的数字微镜技术,选择性的将面光源投射到液态树脂使之固化。其中DLP技术包括大名鼎鼎的速度快100倍的CLIP连续打印技术。所有光固化技术的z轴方向分为两种方案:桌面型都是光源在下,通过窗口和离型膜,成型往上拉出来;工业大型的都是光源在上,成型下沉到液面以下,液面不需要离型膜。
一、LCD技术的光固化详解重组胶原蛋白
光固化技术,除了SLA激光扫描和DLP数字投影,目前形成了一种新的技术,就是利用LCD作为光源的技术。LCD打印技术,最简单的理解,就是DLP技术的光源用LCD来代替。我们可以回顾光固化技术的特点,每一个光固化技术的核心都是围绕光源问题的解决方案,从激光扫描的SLA,到数字投影的DLP,再到最新的LCD打印技术。
很有意思的告诉你,其实LCD技术分为两种,两种还不一样。其分界线就是光源波长,一个是405nm紫外,一个是400-600nm可见光。LCD掩膜光固化:用405nm 紫外光(和DLP一样),加上LCD面板作为选择性透光的技术,是LCD掩膜技术(LCDmasking)或者行业里有很多各自的名字,例如选择数字光处理(mDLP),液晶DLP 技术,紫外掩膜固化等等。
LCD掩膜技术从2013年就有人开始研制。有兴趣可以搜到最早的创客用普通电脑LCD显示器去掉背光板,加上405的LED灯珠做背光,试着打印uv树脂。z轴的解决方案无非是滑块,丝杠和步进电机,电机驱动板都可以用单片机类或者目前FDM 最流行的RAMPS板解决方案。LCD的驱动其实和所有显示器的驱动一样,VGA或者hdmi 接液晶驱动板再接LCD面板,背光用405nm灯泡或者LED阵列,加菲林镜片来均匀分布光照。
第一个商业用的LCD掩膜3D打印机要追溯到iboxnano,2014年的一个较为
成功的kickstarter众筹项目。
台最小的3D打印机,第一个最安静的打印机等等。这个机器优点很突出,比以前的DLP要好些。不足是,一个是打印尺寸太小,3寸屏幕。第二个打印精度太差,200微米的平面内精度,因为那个LCD屏幕的分辨率是比较低的。
网吧专用机箱
同样是kickstarter的一个项目,当然亮点仍然如同iboxnano强调的,价格便宜但技术好,又是高精度面成型的光固化,技术成熟度也很好,参数很感人,特别是速度方面。当然如同所有桌面级别的光固化打印机,这个是上拉式,树脂槽下面是LCD板,再下面是405背光。
目前国内好几家几乎同时推出5.5寸2k屏幕的LCDMasking原理打印机,最大的特点就是,大家都用的5.5寸夏普某款2560*1440分辨率的屏幕。据说这款屏幕价格便宜,分辨率高,最有价值的一点是,能耐受高达几百小时405nm近紫外光的摧残。打印机大概长下面这样。优点很明显,树脂便宜,机器也不贵,精度比第一代SLA 高多了,设备体积小,做工也比较不错。得益于开源的树莓派硬件和软件,脱机打印或者无线控制打印都实现了。
机器代号或者厂家包含:wanhao、KLD1260、YLD01、斯泰克、zhiyao、诺瓦、当然还有其他不同解决方案。主要取决于采用不同屏幕作为透光的掩膜,LCD下面一般都是405led灯作为背光。这里大家自行搜索吧。
上面列了这类打印机的很多例子,总结一下优缺点:
优点:a7075
精度高。很容易达到平面精度100微米,优于第一代SLA技术,和目前桌面级DLP技术有可比性
价格便宜。主要对比前代技术的SLA和DLP,这个性价比极其突出。
结构简单。因为没有激光振镜或者投影模块,结构很简单,容易组装和维修
树脂通用。由于采用405nm背光,所有DLP类的树脂或者大部分光固化树脂理论上都可以兼容。唯独小心某些SLA专用树脂,不一定兼容性很好,主要怕曝光不足。
同时打印多个零件不牺牲速度。因为这个和DLP技术一样,是面成型光源。
缺点:
LCD可选范围很少:这个技术关键部件LCD,需要对405光有很好的选择性透过,还要经得住几十瓦405LED灯珠的数小时高强度烘烤,还有散热和耐温性能的考验。所以不是每款LCD屏都能用的上。以上解决方案已经解决LCD选择这个重要问题了。
同时,建议用户做好烧毁LCD屏虚更换的心理准备。这个LCD屏是易耗件。
折叠篮
捞泥LCD打印使用过程中老化。
打印尺寸偏小:这个其实没毛病,桌面机器嘛,比起DLP机器或者桌面激光SLA机器还是半斤八两的
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最后一点是优点也是缺点:这些技术是开源的,技术壁垒低容易仿制,大家能共享或者DIY这种机器,只要你到合适的屏幕。
可见光固化:另一种就是visiblelightcure,简写VLC,完全放弃以前所有光固化必须使用紫外光的条件,使用普通光(可见光,405nm-600nm)就可以使树脂固化,实现打印。按原理区分就是光源再一次升级,用普通的LCD显示面板,不加任何改装或改背光,直接作为光源。当然,可见光固化不只局限于LCD屏幕,可以扩展到任何显示器(等离子,CRT,背投,LED阵列,OLED)和任何投影(DLP,3LCD,SimpleLCD,LCoS)以及其他任何显示技术(激光扫描成像,光纤阵列等等)。
它和上面LCDMasking的技术区别有两个:
1.使用普通LCD屏幕,无需改背光
2.可以使用投影或其他显示设备做光源
上面第一点扩展来,就是手机平板的屏幕
上面第二点扩展开来,如果使用投影,就是类似DLP技术,但不用德州仪器的DLP芯片。
Olo是第一个使用手机屏幕实现光固化的消费级打印机,是众筹网kickstarter里边智能硬件的明星项目。
OLO很好的体现了VLC技术对光源的不同要求,所以普通智能手机的大屏幕都能成为打印机的光源。还有一个好处就是手机自己集成主板硬件和打印软件,那打印机就不必再装这些了。简单来说,这个光固化打印机,贵的那一半已经在你手机里(控制主板,光源,软件),便宜的那半个在那个黑盒子里(z轴平台,树脂槽,遮光罩)。我总觉得这个和google的cardboardbox的VR盒子简直异曲同工!
OLO打印机对用户的意义,在于3d打印机进入大众消费,成为智能硬件。可以预料到,基于VLC树脂的3D打印机也会越来越多,核心特点就是利用各类消费级大众化的显示设备,比如平板电脑的屏幕,家用投影仪,或者手机电脑的投影仪。所以也不奇怪,平板电脑变为打印机的项目已经在国外众筹了。
最后介绍一下潘多拉。全球范围内,用可见光技术的厂家,photocentric是第一个,潘多拉是第二个,目前OLO暂且算第三个。潘多拉目前已经有量产机型。最

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