autodesk實驗驗證單純提升SLA DLP 3D打印速度的結果

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打印機進行一番徹底的研究。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，隨后帶出了好幾個號稱速度也很快的DLP 3D打印機，這些3D打印機的設計都是自上而下的（CLIP技術采用的是自下而上的方式）。出于好奇，Bastian和他的Ember項目同事決定自己做一下試驗，并把實驗結果發布在了Instructable網站上。
在SLA技術領域里，自上而下與自下而上的方式的優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。

“鑒于有些說法號稱速度高達每小時500毫米，如果屬實，那就是在光固化工藝上做出了重大進展，這值得我們為此進行一番調查研究。”Bastian說。“所以我們制造了一臺自上而下的DLP SLA 3D打印機，配備了autodesk Fusion 360，并使用STEP文件，并試圖重現該結果......”

由于在3D領域已經很有經驗，Ember團隊很快就搭建起了一臺自上而下頭的打印機。據了解，Ember 3D打印機在這中間起了作用，研究人員使用了它的Z軸系統以每次100微米的方式將構建平臺沉入樹脂池里。
3 I$ R0 _) c+ w6 i“我們能夠以大約每小時120至150毫米速度構建幾何實體。”Bastian報告說。

借助團隊成員 Cappie Pomeroy專門為這個項目設計的程序，他們實現了硬件的自動化，并開始對以下樹脂進行測試：

• PR48——autodesk設計的用于原型的標準樹脂，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，估計接近PR48和Spot-GP
• 自制低粘度樹脂——Ember團隊聚合物化學家Brian Adzima制作的，粘度估計在60毫帕·秒該團隊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，以及多個管子和一個外殼厚度為3毫米的頭骨模型。Bastian列出了他們使用的以下參數：
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  • 100毫米/小時到500毫米/小時之間的持續構建速度
  • 100毫米/小時到350毫米/小時之間的非持續（離散）、分層構建速度
  • 連續曝光
  • 非持續（離散）的快門曝光
  • 液—液入射光接口
  • 樹脂的超聲波處理
  • 搖動樹脂使震動
  • 浸漬周期
  • 傾斜構建平臺
  • 網格構建平臺
    “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量。”Bastian說，“但是，我們對于自上而下的DLP SLA技術在連續和離散打印方式下可能出現的問題有了更好的了解。”
    研究團隊發現，盡管他們能夠獲得類似的速度，但是由于缺乏像Carbon3D公司那種獨特而復雜的操縱樹脂固化的方式，他們無法得到令人滿意的3D打印質量。
        “最上面的表層剛剛固化，側壁就又開始形成，如此周而復始。”研究團隊稱，“這導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。”
    粘性流動的影響和固化材料的橫向遷移也造成問題，因為材料固化后出現膨脹并開始下沉、擴展，還會形成“漩渦狀”結構。打印過程會因這些問題以及表面張力的作用遭到破壞。
    Bastian和他的團隊，認真分析了整個過程，并提出了若干改進意見。一個是使用多孔和傾斜的構建平臺有助于消除以前出現的分層質量和粘性流動問題；二是要使用低粘度樹脂，這將有助于更快地“補充新的打印層”。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。“浸入避免了使用機械刷重新分布樹脂，但是可能會導致層高的不一致。”Bastian評論稱。
    其它提出的改進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”樹脂，以及使用一個振蕩振動馬達來操縱樹脂更好地流入等。