DLP — это технология 3D-печати (аддитивного производства), в которой для создания объектов используются жидкие фотополимерные смолы, затвердевающие под воздействием световых волн. В этой статье мы расскажем о DLP и ее применении.
Как вы, вероятно, знаете, существует множество технологий 3D-печати. В одних используются нити, в других — металлические порошки, в третьих — смолы. Технологии, в которых используется фотополимерная смола, отверждающаяся под воздействием источника света, относятся к так называемым технологиям трехмерной печати с полимеризацией в чанах.
Все технологии, основанные на чанной полимеризации, предусматривают послойное отверждение смолы под воздействием определенного источника света, в результате чего создается трехмерная структура. Существуют две основные технологии полимеризации в чанах — SLA (лазерная стереолитография) и DLP (цифровая обработка света). Интересно, что обе эти технологии похожи, но в то же время отличаются друг от друга.
DLP 3D-принтер
Основными компонентами DLP 3D-принтера являются: экран цифрового светового проектора, DMD, чан (резервуар со смолой), пластина построения и лифт для пластины построения.
Цифровой проектор света является источником света в DLP 3D-принтере. Далее следует чан, который, по сути, является резервуаром для смолы. Однако чан должен иметь прозрачное дно, чтобы свет, проецируемый цифровым светопроектором, попадал на смолу и отверждал ее.
Платформа — это поверхность, к которой прилипают печатные объекты во время печати. Лифт для пластины служит для медленного подъема платформы в процессе печати.
Процесс 3D-печати методом DLP
Естественно, все начинается с 3D-модели. Для того чтобы 3D-модель была хорошо подготовлена к 3D-печати, пользователь использует так называемое «программное обеспечение для нарезки». Основное назначение программы-слайсера — дать пользователю возможность задать все параметры задания на печать, а затем подготовить файл, который может указать принтеру, что именно печатать. Например, пользователь задает в слайсере скорость печати, высоту слоя и расположение материала поддержки. После этого слайсер буквально виртуально нарезает 3D-модель на сотни слоев.
Как и в любом другом 3D-принтере, первым этапом процесса печати является загрузка 3D-модели в принтер. После этого в емкость необходимо залить смолу. Затем в емкость со смолой опускается платформа для сборки. Платформа опускается в смолу до такой степени, что между дном чана и пластиной остается лишь небольшое пространство.
Интересно, что величина этого промежутка между дном чана и пластиной определяется высотой слоя будущей детали. Если требуемая высота слоя детали составляет 50 мкм, то и пространство между ними устанавливается равным 50 мкм.
Когда все готово, начинает работать цифровой световой проектор. Он выдает изображение отдельного слоя. Проецируемый свет, создающий изображение слоя, направляется DMD-матрицей на прозрачное дно чана в соответствии с рисунком слоя.
Когда изображение слоя достигает дна чана, смола отверждается, образуя первый слой. Для того чтобы освободить место в чане для отверждения следующего слоя, платформа сборки перемещается на один слой вверх по высоте. Точнее говоря, обычно платформу приходится поднимать более чем на 1 слой, чтобы смола могла стекать под головку. Это особенно актуально для смол с высокой вязкостью.
Затем цифровой светопроектор снова передает изображение слоя на дно ванны, в результате чего еще один слой затвердевает. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет готова вся деталь.
Постобработка деталей
Детали после печати еще не полностью готовы к использованию. Изделия, полученные из фотополимерной смолы, после печати требуют обработки ультрафиолетовым светом. Детали подвергаются воздействию ультрафиолетовых лучей в течение определенного времени, которое обычно диктуется производителем смолы. Облучение деталей ультрафиолетовым светом обеспечивает их правильное отверждение и готовность к использованию.
Плюсы и минусы DLP технологии
Естественно, DLP имеет свои плюсы и минусы. Поскольку DLP — это технология, имеющая пару общих черт с SLA, то большинство ее плюсов и минусов можно рассматривать в прямом сравнении с возможностями SLA.
Именно поэтому, прежде чем перейти к обсуждению достоинств и недостатков DLP, давайте напомним, чем отличаются SLA и DLP: Основное различие между SLA и DLP заключается в источнике света, используемом для застывания смолы. В DLP используется экран цифрового светового проектора, на котором вспыхивает изображение слоя и, таким образом, смола застывает в форме слоя.
Вместо экрана цифрового проектора в 3D-принтерах SLA используется лазер. Лазер отверждает смолу по слоям, «рисуя» узор слоя на дне резервуара со смолой в процессе ее отверждения.
- Скорость. Все это подводит нас к первому преимуществу DLP по сравнению с SLA. Поскольку цифровой световой проектор DLP 3D-принтера выдает сразу все изображение слоя и, следовательно, отверждает его, слои изготавливаются быстро. Лазер в SLA-принтере должен работать «точечно», чтобы отвердить один слой.
- Точность. Поскольку цифровой проектор, используемый в качестве источника света в DLP 3D-принтере, представляет собой цифровой экран, он состоит из пикселей. Именно эти пиксели, создающие изображение слоя, используемого для отверждения смолы, впоследствии переводятся в трехмерное пространство. Таким образом, слои детали, напечатанной на DLP 3D-принтере, состоят из множества «трехмерных пикселей», называемых вокселями. Лучше всего представить себе воксели в виде крошечных кирпичиков, которые в совокупности образуют слои детали. Помните, что воксели действительно очень малы, поэтому увидеть их практически невозможно.Ограничением DLP по сравнению с SLA, вызванным вокселями, является возможное отсутствие деталей на сложной криволинейной структуре и шероховатость криволинейных поверхностей. Поскольку воксели похожи на крошечные кирпичики, трудно получить очень гладкую криволинейную поверхность.
- Прочность. Детали, напечатанные DLP, могут быть удивительно прочными, учитывая материал, из которого они изготовлены — фотополимерную смолу — пластик. Традиционно DLP и, соответственно, SLA обычно не использовались для изготовления деталей, испытывающих нагрузки, а больше для деталей, для которых приоритетны эстетика и точность размеров. В последнее время в этой области произошли значительные изменения. Прочность деталей зависит от конкретного выбранного полимера, и некоторые DLP-смолы по прочности равны или превосходят традиционные детали, изготовленные методом литья под давлением.
- Большой выбор материалов. Современный рынок предлагает широкие линейки фотополимерных смол, имитирующие любые материалы. До недавнего времени смолы для DLP не имели большого количества цветов (обычно это были нейтральные цвета, такие как черный, белый и серый), но благодаря новым разработкам в смолы можно добавлять цветные пигменты. Изделия могут быть напечатаны в любом цвете.
Материалы для DLP 3D-печати
Как вы уже знаете, в DLP 3D-принтерах используются жидкие фотополимеры в виде смолы. Существуют различные виды смол из разных ценовых категорий. Цены значительно возрастают, когда мы переходим на территорию смол, используемых в промышленных целях. Смола стоит дороже, чем филамент, используемый для FDM 3D-печати. Кроме того, смолы более сложны в обращении, а срок их хранения также ограничен. Чаще всего срок годности смол составляет около 1 года.
Использование DLP
Высокая точность и скорость печати делают DLP довольно привлекательным выбором при изготовлении деталей. При этом важно учитывать, что DLP не может производить детали с большой прочностью, она больше подходит для изготовления точных и красивых деталей, которые не предназначены для работы с нагрузкой. Например: производство сувенирной продукции, игрушек, декоративных элементов.
В настоящее время наиболее распространенными областями применения DLP являются стоматологическая, медицинская и ювелирная промышленность.
Стоматологическая промышленность
Стоматологическая промышленность — это все о точности, не так ли? Стоматологи каждый день работают с крошечными сложными деталями, заботясь о том, чтобы каждый пациент остался доволен. Поскольку DLP позволяет изготавливать детали с такой высокой точностью размеров, эта технология идеально подходит для данной отрасли. 3D-принтеры DLP обычно используются для изготовления моделей полости рта пациентов. Благодаря другому большому преимуществу DLP — скорости печати — такие модели рта создаются за считанные часы, а не за несколько дней.
Медицина и здравоохранение
Медицинская промышленность была одной из первых, кто начал использовать технологию DLP. Существуют сотни различных применений DLP в медицинской промышленности, но наиболее впечатляющее из них относится к производству слуховых аппаратов. Поскольку слуховые аппараты должны подбираться индивидуально для каждого клиента, так как у каждого человека своя ушная раковина, процесс изготовления слуховых аппаратов является длительным.
Технологии чановой полимеризации, к которым относятся SLA и DLP, произвели революцию в производстве слуховых аппаратов, сделав их более дешевыми и более подходящими. Теперь процесс изготовления слуховых аппаратов стал намного быстрее и эффективнее. 3D-сканирование ушной раковины пациента превращается в 3D-модель, которая затем печатается на DLP 3D-принтере.
Благодаря 3D-печати больше пациентов могут получить слуховые аппараты по более низкой цене и с лучшей подгонкой. Исследования также показали, что 3D-принтеры уменьшили количество возвратов слуховых аппаратов из-за плохой настройки.
Ювелирная промышленность
Ювелирная промышленность также является одной из тех отраслей, где требуется предельная точность и высокая детализация, поэтому DLP 3D-принтер является идеальным инструментом для производства. DLP 3D-принтеры часто используются для производства ювелирных изделий с очень точными деталями с помощью процесса литья по выплавляемым моделям. DLP 3D-печать иногда даже позволяет изготавливать детали, которые в противном случае были бы невозможны.
Как вы убедились, DLP 3D-печать — интересная и сложная технология, которая в настоящее время стремительно развивается. Благодаря своей скорости, точности и универсальности материалов она обещает стать основой для массового производства. Это позволяет ожидать, что технология DLP-печати и DLP-печатные детали будут встречаться все чаще и чаще и найдут свое применение во многих новых областях.