欧特克模拟试验CLIP打印 揭开高速高精度3D打印背后的面纱

Carbon3D于今年初推出了速度更快的CLIP技术，随后带出了好几个号称速度也很快的DLP 3D打印机，这些3D打印机的设计都是自上而下的（固化光源处于上方，向下照射来固化3D对象)。出于好奇，欧特克公司3D打印研究员Andreas Bastian最近决定对采用自上而下方式的DLP 3D打印机进行一番彻底的研究。试验之后，他把实验结果发布在了Instructable网站上。

“鉴于有些说法号称速度高达每小时500毫米，如果属实，那就是在光固化工艺上做出了重大进展，这值得我们为此进行一番调查研究。”Bastian说。“所以我们制造了一台自上而下的DLP SLA 3D打印机，配备了Fusion 360，并使用STEP文件，并试图重现该结果。”

由于在3D领域已经很有经验，Ember团队很快就搭建起了一台自上而下头的打印机。据了解，Ember 3D打印机在这中间起了作用，研究人员使用了它的Z轴系统以每次100微米的方式将构建平台沉入树脂池里。

“我们能够以大约每小时120至150毫米速度构建几何实体。”Bastian报告说。

借助团队成员 Cappie Pomeroy专门为这个项目设计的程序，他们实现了硬件的自动化，并开始对多种树脂进行了测试（包括Ember团队聚合物化学家Brian Adzima制作的自制低粘度树脂，粘度估计在60毫帕·秒）。

该团队使用这些树脂测试了各种带薄壁（从0.5毫米到3.0毫米）的几何形状，以及多个管子和一个外壳厚度为3毫米的头骨模型。

Bastian列出了他们使用的以下参数：

• 100毫米/小时到500毫米/小时之间的持续构建速度

• 100毫米/小时到350毫米/小时之间的非持续（离散）、分层构建速度

• 连续曝光

• 非持续（离散）的快门曝光

• 液—液入射光接口

• 树脂的超声波处理

• 摇动树脂使震动

• 浸渍周期

• 倾斜构建平台

• 网格构建平台

试验结果是——尽管他们达到了类似的打印速度，却无法在此基础上打印出相应的高质量、高精度打印对象。

“最上面的表层刚刚固化，侧壁就又开始形成，如此周而复始。”研究团队称，“这导致层与层之间的连接非常弱，而且打印出来的对象到处都是孔。”

粘性流动的影响和固化材料的横向迁移也造成问题，因为材料固化后出现膨胀并开始下沉、扩展，还会形成“漩涡状”结构。打印过程会因这些问题以及表面张力的作用遭到破坏。

看来，Carbon3D公司那种独特而复杂的操纵树脂固化的方式起了很关键的作用。于是，Bastian和他的团队，认真分析了整个过程，并提出了若干改进意见。一个是使用多孔和倾斜的构建平台有助于消除以前出现的分层质量和粘性流动问题；二是要使用低粘度树脂，这将有助于更快地“补充新的打印层”。但是仍然未能很好地解决原有的那些问题。

他们还建议通过“浸入”来操纵曝光和固化。“浸入避免了使用机械刷重新分布树脂，但是可能会导致层高的不一致。”Bastian评论称。

其它提出的改进方案包括使用溶剂浮在树脂顶上以消除一些粘度差异的问题，以及使用超声波来“搅动”树脂，以及使用一个振荡振动马达来操纵树脂更好地流入等。