autodesk實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證單純提升SLA DLP 3D打印速度的結(jié)果

寂靜天花板

autodesk3D打印研究員Andreas Bastian最近決定對采用自上而下方式的DLP 3D打印機(jī)進(jìn)行一番徹底的研究。所謂的自上而下，是指固化光源處于上方向下照射來固化3D對象。

Bastian稱，這件事的起因在于Carbon3D于今年初推出了速度更快的CLIP技術(shù)，隨后帶出了好幾個(gè)號稱速度也很快的DLP 3D打印機(jī)，這些3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)都是自上而下的（CLIP技術(shù)采用的是自下而上的方式）。出于好奇，Bastian和他的Ember項(xiàng)目同事決定自己做一下試驗(yàn)，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)布在了Instructable網(wǎng)站上。
5 u$ E' O$ r* a在SLA技術(shù)領(lǐng)域里，自上而下與自下而上的方式的優(yōu)劣之辯一直都沒有停止過，尤其是牽涉到更快的3D打印速度，這一切都吸引著Bastian和他的同事一探究竟。
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“鑒于有些說法號稱速度高達(dá)每小時(shí)500毫米，如果屬實(shí)，那就是在光固化工藝上做出了重大進(jìn)展，這值得我們?yōu)榇诉M(jìn)行一番調(diào)查研究。”Bastian說。“所以我們制造了一臺自上而下的DLP SLA 3D打印機(jī)，配備了autodesk Fusion 360，并使用STEP文件，并試圖重現(xiàn)該結(jié)果......”

由于在3D領(lǐng)域已經(jīng)很有經(jīng)驗(yàn)，Ember團(tuán)隊(duì)很快就搭建起了一臺自上而下頭的打印機(jī)。據(jù)了解，Ember 3D打印機(jī)在這中間起了作用，研究人員使用了它的Z軸系統(tǒng)以每次100微米的方式將構(gòu)建平臺沉入樹脂池里。
“我們能夠以大約每小時(shí)120至150毫米速度構(gòu)建幾何實(shí)體。”Bastian報(bào)告說。

借助團(tuán)隊(duì)成員 Cappie Pomeroy專門為這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的程序，他們實(shí)現(xiàn)了硬件的自動(dòng)化，并開始對以下樹脂進(jìn)行測試：

• PR48——autodesk設(shè)計(jì)的用于原型的標(biāo)準(zhǔn)樹脂，粘度183毫帕·秒
• Spot-GP樹脂——來自Spot A Materials公司，粘度63毫帕·秒
• Fun To Do Industrial紅色樹脂——研究人員未能測量粘度，估計(jì)接近PR48和Spot-GP
• 自制低粘度樹脂——Ember團(tuán)隊(duì)聚合物化學(xué)家Brian Adzima制作的，粘度估計(jì)在60毫帕·秒該團(tuán)隊(duì)使用這些樹脂測試了各種帶薄壁（從0.5毫米到3.0毫米）的幾何形狀，以及多個(gè)管子和一個(gè)外殼厚度為3毫米的頭骨模型。Bastian列出了他們使用的以下參數(shù)：
  
  • 100毫米/小時(shí)到500毫米/小時(shí)之間的持續(xù)構(gòu)建速度
  • 100毫米/小時(shí)到350毫米/小時(shí)之間的非持續(xù)（離散）、分層構(gòu)建速度
  • 連續(xù)曝光
  • 非持續(xù)（離散）的快門曝光
  • 液—液入射光接口
  • 樹脂的超聲波處理
  • 搖動(dòng)樹脂使震動(dòng)
  • 浸漬周期
  • 傾斜構(gòu)建平臺
  • 網(wǎng)格構(gòu)建平臺
    4 w& ?! }! j4 U“盡管我們能夠接近那些在Gizmo3D視頻中聲稱的打印速度，但是我們卻無法獲得任何有意義的對象和打印質(zhì)量。”Bastian說，“但是，我們對于自上而下的DLP SLA技術(shù)在連續(xù)和離散打印方式下可能出現(xiàn)的問題有了更好的了解。”
    研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，盡管他們能夠獲得類似的速度，但是由于缺乏像Carbon3D公司那種獨(dú)特而復(fù)雜的操縱樹脂固化的方式，他們無法得到令人滿意的3D打印質(zhì)量。
        “最上面的表層剛剛固化，側(cè)壁就又開始形成，如此周而復(fù)始。”研究團(tuán)隊(duì)稱，“這導(dǎo)致層與層之間的連接非常弱，而且打印出來的對象到處都是孔。”
    粘性流動(dòng)的影響和固化材料的橫向遷移也造成問題，因?yàn)椴牧瞎袒蟪霈F(xiàn)膨脹并開始下沉、擴(kuò)展，還會形成“漩渦狀”結(jié)構(gòu)。打印過程會因這些問題以及表面張力的作用遭到破壞。
    Bastian和他的團(tuán)隊(duì)，認(rèn)真分析了整個(gè)過程，并提出了若干改進(jìn)意見。一個(gè)是使用多孔和傾斜的構(gòu)建平臺有助于消除以前出現(xiàn)的分層質(zhì)量和粘性流動(dòng)問題；二是要使用低粘度樹脂，這將有助于更快地“補(bǔ)充新的打印層”。但是仍然未能很好地解決原有的那些問題。
    他們還建議通過“浸入”來操縱曝光和固化。“浸入避免了使用機(jī)械刷重新分布樹脂，但是可能會導(dǎo)致層高的不一致。”Bastian評論稱。
    其它提出的改進(jìn)方案包括使用溶劑浮在樹脂頂上以消除一些粘度差異的問題，以及使用超聲波來“攪動(dòng)”樹脂，以及使用一個(gè)振蕩振動(dòng)馬達(dá)來操縱樹脂更好地流入等。
    
    
  
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