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詳解LCD技術(shù)的光固化3D打印機(二)

目前國內(nèi)好幾家?guī)缀跬瑫r推出5.5寸2k屏幕的LCDMasking原理打印機,最大的特點就是,大家都用的5.5寸夏普某款2560*1440分辨率的屏幕。據(jù)說這款屏幕價格便宜,分辨率高,最有價值的一點是,能耐受高達幾百小時405nm近紫外光的摧殘。打印機大概長下面這樣。優(yōu)點很明顯,樹脂便宜,機器也不貴,精度比第一代SLA高多了,設(shè)備體積小,做工也比較不錯。得益于開源的樹莓派硬件和軟件,脫機打印或者無線控制打印都實現(xiàn)了。


機器代號或者廠家包含:wanhao、KLD1260、YLD01、斯泰克、zhiyao、諾瓦、Easy3D.....當(dāng)然還有其他不同解決方案。主要取決于采用不同屏幕作為透光的掩膜,LCD下面一般都是405led燈作為背光。這里大家自行搜索吧。


上面列了這類打印機的很多例子,總結(jié)一下優(yōu)缺點:


優(yōu)點:

精度高。很容易達到平面精度100微米,優(yōu)于第一代SLA技術(shù),和目前桌面級DLP技術(shù)有可比性

價格便宜。主要對比前代技術(shù)的SLA和DLP,這個性價比極其突出。

結(jié)構(gòu)簡單。因為沒有激光振鏡或者投影模塊,結(jié)構(gòu)很簡單,容易組裝和維修

樹脂通用。由于采用405nm背光,所有DLP類的樹脂或者大部分光固化樹脂理論上都可以兼容。唯獨小心某些SLA專用樹脂,不一定兼容性很好,主要怕曝光不足。

同時打印多個零件不犧牲速度。因為這個和DLP技術(shù)一樣,是面成型光源。


缺點:

LCD可選范圍很少:這個技術(shù)關(guān)鍵部件LCD,需要對405光有很好的選擇性透過,還要經(jīng)得住幾十瓦405LED燈珠的數(shù)小時高強度烘烤,還有散熱和耐溫性能的考驗。所以不是每款LCD屏都能用的上。以上解決方案已經(jīng)解決LCD選擇這個重要問題了。同時,建議用戶做好燒毀LCD屏虛更換的心理準備。這個LCD屏是易耗件。


LCD打印使用過程中老化


打印尺寸偏?。哼@個其實沒毛病,桌面機器嘛,比起DLP機器或者桌面激光SLA機器還是半斤八兩的

最后一點是優(yōu)點也是缺點:這些技術(shù)是開源的,技術(shù)壁壘低容易仿制,大家能共享或者DIY這種機器,只要你找到合適的屏幕。


可見光固化:另一種就是visible light cure,簡寫VLC,完全放棄以前所有光固化必須使用紫外光的條件,使用普通光(可見光,405nm-600nm)就可以使樹脂固化,實現(xiàn)打印。按原理區(qū)分就是光源再一次升級,用普通的LCD顯示面板,不加任何改裝或改背光,直接作為光源。當(dāng)然,可見光固化不只局限于LCD屏幕,可以擴展到任何顯示器(等離子,CRT,背投,LED陣列,OLED)和任何投影(DLP,3LCD, Simple LCD,LCoS)以及其他任何顯示技術(shù)(激光掃描成像,光纖陣列等等)。


它和上面LCDMasking的技術(shù)區(qū)別有兩個:

1.使用普通LCD屏幕,無需改背光

2.可以使用投影或其他顯示設(shè)備做光源

上面第一點擴展來,就是手機平板的屏幕

上面第二點擴展開來,如果使用投影,就是類似DLP技術(shù),但不用德州儀器的DLP芯片。



Olo是第一個使用手機屏幕實現(xiàn)光固化的消費級打印機,是眾籌網(wǎng)kickstarter里邊智能硬件的明星項目。OLO很好的體現(xiàn)了VLC技術(shù)對光源的不同要求,所以普通智能手機的大屏幕都能成為打印機的光源。還有一個好處就是手機自己集成主板硬件和打印軟件,那打印機就不必再裝這些了。簡單來說,這個光固化打印機,貴的那一半已經(jīng)在你手機里(控制主板,光源,軟件),便宜的那半個在那個黑盒子里(z軸平臺,樹脂槽,遮光罩)。我總覺得這個和google的cardboard box的VR盒子簡直異曲同工!


OLO打印機對用戶的意義,在于3d打印機進入大眾消費,成為智能硬件??梢灶A(yù)料到,基于VLC樹脂的3D打印機也會越來越多,核心特點就是利用各類消費級大眾化的顯示設(shè)備,比如平板電腦的屏幕,家用投影儀,或者手機電腦的投影儀。所以也不奇怪,平板電腦變?yōu)榇蛴C的項目已經(jīng)在國外眾籌了。


最后介紹一下潘多拉。全球范圍內(nèi),用可見光技術(shù)的廠家,photocentric是第一個,潘多拉是第二個,目前OLO暫且算第三個。潘多拉目前已經(jīng)有量產(chǎn)機型。最新的是一款性價比高的10寸屏幕機器,在約200寬幅里面實現(xiàn)約2千個像素,精度達到100微米。目前針對創(chuàng)客提供了整機方案和DIY套件方案。


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二、LCD光固化3D打印機回顧和展望

3D打印技術(shù)里,相對于發(fā)展十多年的FDM成熟技術(shù)和中高端應(yīng)用優(yōu)勢明顯的SLA和DLP技術(shù),LCD技術(shù)才剛剛開始。算上2013年第一個DIY設(shè)備或者2014年第一個商業(yè)產(chǎn)品,才幾年時間,所以成熟度遠沒有其他技術(shù)成熟,設(shè)備類型也屈指可數(shù)。考慮到本身LCD顯示技術(shù)發(fā)展也才是近十多年來突飛猛進的,以其為核心的這個3D打印技術(shù)才剛剛起步也不足為怪。


為什么當(dāng)年光固化從SLA激光掃描開始?因為當(dāng)時最好的光源只有激光,強度高,聚焦細,還能被振鏡控制掃描。同時SLA技術(shù)依賴大范圍投入的高端工業(yè)激光技術(shù)。一旦激光技術(shù)成熟了,我們得到了光驅(qū)技術(shù),激光測距技術(shù),激光切割和雕刻,還有激光(紙張)打印機,激光筆演示,當(dāng)然還有我們討論的激光SLA打印。所以說激光成熟和大眾化,給我們帶來了不同行業(yè)的突破性發(fā)展。不過這個突破在20年前就發(fā)生了。


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SLA工藝原理

激光SLA發(fā)展十多年年后才有DLP投影技術(shù),因此目前光固化打印的很多突破都在DLP的3D打印上。DLP技術(shù)突出特點,一個是連續(xù)曝光,一個是面成型。這里包括carbon3D的連續(xù)固化CLIP技術(shù),速度達到百倍。 CLIP必須采用連續(xù)曝光,只有DLP能做到,所以這是很重要的前提條件。同時DLP的面成型促成了很多有特色的機器,例如很多珠寶級的機器只能用DLP的原理,才能達到100微米以下的精度。


SLA固有光源亮斑太大,或者小亮斑掃描時間太長,不適合超高精度打印,同時這點也制約SLS技術(shù)(都要激光嘛);那FDM之類的精度就更加無能為力。反過來,DLP限制了大尺寸打印的可能性。為什么呢?因為幾乎所有DLP都是用德州儀器的DMD芯片。只要德州儀器不愿意(或者不爭氣),那么我們的DLP光源就一直停留在1280分辨率左右。于是很多DLP機器就犯了那個不可逃避的毛?。阂创蛴〈蠖植?,要么小而精細,總是魚和熊掌不能兼得。因為x軸上那區(qū)區(qū)1000個像素,拉大了就顆粒粗,精細了就范圍??;y軸同理。z軸不討論,放10微米的精度都沒問題。所以說DLP就卡在德州儀器的尿性上。當(dāng)然在德州儀器99%的壟斷之外,我們還有其他DLP選手,我所知道的有國內(nèi)的聞亭泰。希望能成為一匹黑馬,至少打破壟斷。


LCD固化技術(shù)稍晚于DLP技術(shù)。因為大家知道我們大眾的顯示技術(shù)包括面板和投影兩大類,都是十多年前發(fā)展的。DLP恰好偷了個空,能夠承受和處理405nm的光波,于是有了3d打印的DLP技術(shù)。同理,少數(shù)LCD面板也偷了個空,能忍受405nm紫外,于是有了LCDmasking這個技術(shù)。本人沒偷這個空,只是把這個窗口放大了,讓400-600nm所有的光信號都來實現(xiàn)光固化3D打印。不管是否是405nm還是可見光,LCD技術(shù)終究會打破DLP的那個魔咒(大而粗/小而精)因為現(xiàn)在已經(jīng)有很多價格便宜量又足的LCD機器直接采用2K屏幕的。


這里不得不提到LCD技術(shù)的一個硬傷:光效率沒有DLP高。但凡通過加大405nm燈的亮度來達到更多光通量,或者普通光通量的可見光LCD配合高敏感樹脂,得到的固化速度不能和DLP的成型速度相比的。有個實際參考值,同樣100微米厚固化,DLP是零點幾秒到幾秒,405nm紫外LCD或者可見光LCD需要十幾秒到幾十秒來固化。這里引出一個新的解決方案,用DLP以外的投影加上可見光技術(shù)達到一秒以內(nèi)的高速度,投影可以同時達到高速度,大尺寸,高精度,還有低成本。簡直完美,但目前還沒有商業(yè)化。



綜上所述,SLA賽跑起步較早,但發(fā)展受核心器件和專利制約。DLP起步較晚,但越來越體現(xiàn)出其強大優(yōu)勢,唯一的問題是這架馬車只有德州儀器一人駕馭。LCD起步更晚,只是萌芽,還觸及不到主流設(shè)備的門檻,相關(guān)技術(shù)成熟度高,未來將奮起直追。當(dāng)然,光固化技術(shù),核心問題光源之外,還有軟件,自動化,應(yīng)用和工業(yè)很多配套問題。另一個核心問題,光固化樹脂,也是一個核心技術(shù)。

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