什么是树脂3D打印?

树脂3D打印,是增材制造技术中的一类,通过固化液体光敏树脂一层层制造物品。树脂打印不是这一类的专业名称,但这些机器使用树脂材料,这样更容易描述。

因此,首先,我们必须承认现在有许多可以处理液体树脂的3D打印技术。它们的共同点是:

  • 它们使用光敏树脂的工作原理制造物品。

  • 它们根据代码工作(或机器直接从上传的电子模型中生成代码)

  • 它们使用树脂(光敏树脂)作为材料

  • 材料储存于缸(浴锅/树脂罐

光聚合反应即在遇到光(紫外线、激光等)的特殊液体发生化学反应和特性变化。这些液体的科学术语是光敏树脂或光活性树脂,并在3D打印中,它们被称为树脂。

有不同类型和影响的光聚合反应,但在3D打印里,在光源下液体树脂的固化反应是必须的。光源有许多种——激光、投影、LCD屏,所有都可以影响技术类型。

一般来说,树脂3D打印机包括一个光源、制造物件的构建平台(或生成板)一集一个树脂罐。根据技术有其他工具和特性。

根据零件位置和构建平台是落下还是升起,树脂3D打印机可以普通地或颠倒地构建物品。上下颠倒方位在台式设备更普遍因为这样更容易无损质量地操作和质量。上下颠倒的树脂打印机的关键要素打印黏着性和支撑结构,防止零件因为地心引力掉落。

 

树脂3D打印怎样工作?

  • 在打印开始前,树脂罐需要手动或自动填满材料。如果专家手动添加树脂,需要小心防止皮肤接触,因为有些树脂具有毒性。

  • 然后设备落下构建平台(或抬起)制造一个接触构建平台的树脂薄层。然后,光源在树脂中画出图案,让它固化。

  • 平台移动到未硬化(未固化)树脂区并在平台上制成新薄层。如果部件有滚轮,它会通过构建区域保证树脂被完美放置。(CLIP 打印机无此步骤)

重复这些步骤直到整个物件被制成。一单过程被完成,物件将从设备中移除以备后期制作。

树脂打印片需要怎样的后期处理?

相比于其他3D打印方法,树脂打印是需要最少后期处理的技术。完成物件的主要步骤是:

清洗——需要从打印品上移除未固化树脂。因为材料是液体,它会在打印平台和物件上流动,因此打印片要放入酒精、水或至少放在纸上干燥。

紫外线固化——这一步是物件需放置在太阳光或紫外线灯下更好加强固化。在打印时,每层只被照射几秒钟,所以建议后期再加固。

移除支撑——这包括物件上所有支撑结构。树脂打印需要支撑结构撑起物件,让它能黏在构建平台上,并防止它在打印是掉入树脂罐中。通常,有多个支撑撑起零件,尽管他们容易被一出,它仍需要花费时间,并需要小心处理以防从物件本身切下过多部分。

除了之前提到的后期处理技术,树脂打印还可能经过以下后期处理:

磨砂——移除支撑结构触到物件的点并使表面光滑。它可以使用干磨工具或水磨。后者是在普通砂纸上添加特殊液体、抛光剂或只是添加水。干磨只能使打印品表面光滑。

修补出气口——为减少光敏树脂成本,模型可被设计为有出气口/通气口。这些洞在打印封闭中空物件时帮助树脂流出。但是,有许多洞的零件十分不美观。因此,可以进行后期处理,手工添加树脂或其他材料关闭出气口,以增强结构和外观。

上浆——使用特殊成分或应用涂层加强零件或隐藏缺陷。这可以替代涂底漆,它们几乎在做同一件事,为表面加一层漆。对于一些树脂,这个步骤可以有效防止材料固化或随时间变脆。

涂画——可因特殊需要使用大量颜色和成分

抛光——可使用多种混合物使表面更清洁和光滑,特别是在磨砂后重新变透明。

所有上文提到的方法都需要手动处理或需要特殊工具和装置。清洗、雕刻和磨砂设备有从桌面半自动部件到整套工业设备。

可以打印哪些材料?

前文说到过,树脂3D打印机固化液体光敏树脂(树脂)。这些树脂可以通过不同制造方法达到最重固化产品的无数特性和原型需要。让我们来看3D打印机可以处理的树脂类型。

标准树脂——一般称“树脂”。它是可用于大多数设备的普通光敏树脂。使用标准树脂打印的物品一般都坚固坚硬并具有一些弹性组织。最容易处理的是透明树脂——它是橘色的,因为橘色对紫外线最敏感。

Resin part by Harp Concepts

树脂零件来自 Harp Concepts

强化玻璃树脂——这种聚合物有一些玻璃添加剂以增强刚度。打印品刚度和硬度更强且能够避免变形和磨损。

耐用树脂——适用于暴露在机械压力和磨损下且需要一些柔性的零件。

柔型树脂——因其优越的延展性和柔韧性可以定性为“橡胶”。大量适用于需要弯曲性能的零件,能够在变形后恢复形状的零件。

硬性树脂——因增强了硬度也称“类ABS”树脂。用于制作坚固零件和原型,在受到压力时没有变形。打印品没有普通树脂的延展性,但它们能很好保持结构。

Tough Resin

硬性树脂来自 Harp Concepts

牙科树脂——一些光敏树脂是生物相容性并可以用于医学工业中,制作终端产品和例如保持器的设备。它们防磨损并在构建物件时具有高清晰度。

高温树脂——用于需要承受高温深知直接火烤的原型和零件。根据制造商,打印片可以承受达华氏536度(280摄氏度)的高温。

可铸造树脂——适用于制造模具和珠宝。除了制造精确结构,这些树脂可以用作熔模铸造的母模,没有灰烬并清洁燃尽。

壳型铸造树脂——可以用于壳型铸造制作柔软零件的树脂类型。打印品就是模具本身,可以减少时间和成本。

陶瓷树脂——添加了陶瓷添加剂的光敏树脂以模仿陶瓷性状。如果使用这种树脂,物件的感觉、视觉都和陶瓷很像,保持了所有树脂打印品的几何可能性。

闪光树脂——因为设计需要,市面上出现了闪光光敏树脂。只是将闪光粉加入了树脂成分中,使其制成闪光物件。

清晰树脂——可能不是光敏树脂的独特类型,但需要单独拿出来讲,因为它确实十分...清晰。在适当的抛光后,清晰打印片可以达到光学透明,而其他树脂或所谓的“透明”色很难达到。

高细节树脂——这些树脂因制造方不同而具有不同名字。但是,主要特性是改进的配方和颜色帮助达到更好的清晰度,使光敏树脂在光照下有更好的反应。通常这些树脂使黑——类似深黑,但可能因更高的精度会牺牲一些,但是值得的。

可能打印哪些颜色?一些树脂可混合颜料,所以可以达到任何期待的颜色。生产商也定制颜色或出售可以混合而成所需颜色的颜料和光敏树脂。

树脂3D打印的优势和劣势?

树脂3D打印方法各异,因此每种技术都有各自的优势和劣势。也取决于内置光源的功率、光敏树脂的特性和其他3D打印机的部件。一般来说,树脂3D打印是很好的,因为:

  • 高质量和细节。即使树脂设备的分辨率(最低层高度)和其他打印机(例如FDM)相当或更低,结果仍然会更精密。在液体光敏树脂装到打印机之后,它们比熔化的塑料更容易塑造复杂几何形状。

  • 表面平滑度。使用树脂打印仍会留下一些层线,然而,它们十分小并在一些树脂颜色下几乎隐形。聚合反应以坚固结构制造更吸引人的打印品。

  • 广泛的可用材料。即便树脂的种类不是很多,但还能包含所有基本应用和需求,且列表还在添加种。每种光敏树脂包含工作组件所需的反应和添加剂例如染料、视觉和功能补充。不同的树脂组合可以制成具有特别功能的成品。

  • 一些几何形状需要更少支撑。树脂打印永远需要支撑结构,如果打印很简单那就是毁灭性的。但是,一些复杂几何型相比粘结剂喷射或FDM技术具有更少支撑结构。那是因为装满树脂的树脂罐在整个区域,因此如果有轻质的悬挂结构,就能在固化时接触主体结构。

  • 高速。相比较原型方法,树脂打印更快,且现代设备可以极其快速。根据尺寸,树脂打印机可以在几个小时或一天内无损质量地制作高细节零件。

  • 一些应用的低成本。如果使用树脂打印机打印一系列终端使用产品,可能十分昂贵。但是,对于一些应用,例如原型、定制牙科设备和模具母模,树脂打印可以节省预算。

  • 防水打印。对比塑料或粉末材料,光敏树脂更坚固防水,它们不从空气中吸收水分,大部分可以用于水密应用。

  • 对于想要购买和拥有树脂打印机的人,额外的优势有:

  • 在构建平台上制作多个物件。软件制作的支撑让零件“飞起来”,因此连接几个模型一体打印更简单也更高效,无负面影响。

  • 对树脂打印日渐高涨的热情。制造方、爱好者、科学家和其他聪明人在发展技术的极限,带来新材料、方法和进步和光敏树脂处理方法进步。这带来了更多方面和市面上一系列产品并减少成本(主要是廉价桌面树脂打印机)。这个技术获得更多投资,因此现在,更容易找到基础知识、软禁啊、树脂和其他需要专业树脂打印的东西。

  • 过程安全。桌面设备和其他现代设备部件,不保持热度或制造烟雾。这表明树脂打印比其他更安全,因此有人会在室内使用打印机或安全地独自放置。

  • 更容易3D设计。不能说树脂打印对数字设计完全没有要求。但建议和几何限制比其他打印方法少,因此可以制作更有创造性和细节的物品。

3D打印树脂  

主要劣势和限制有:

  • 不能一次性打印一些大尺寸物件,或会十分昂贵。因为树脂打印用于打印更小的精细模型,普通打印机并不大。也是因为打印高打印品大量昂贵的光敏树脂填满整个罐——工业设备可能需要数吨。

  • 一些设计限制和需要。树脂打印仍然有许多需要纳入产品准备中的项目。例如,雕刻细节应至少宽和长0.4mm。零件方向和网格质量也影响打印,因此为完美完成需要一些知识和经验。

  • 很多支撑结构。为达到最佳质量,专家建议以不触碰平台,45度角的方式放置物品。这意味着会有许多支撑结构。它们可以移除,但需要在打印后额外操作。另外,在固化后,支撑坚固且无用——它们不能被循环利用到新树脂里。

  • 需要后期处理。我们已经提到至少3项需要在完全成品之前做的工序,如果忽略了则会使成品更脆弱且可能损坏零件。

  • 在打印完成后反应会持续。光聚合是很复杂的——在树脂成为物件后,零件内部的一些反应还在继续(这也是为什么后期制作很重要)。根据零件和材料,可能导致收缩、裂缝和畸形。

  • 价格。我们说树脂打印机现在已经很便宜不是开玩笑的。但是一般来说便宜的桌面树脂打印机价格在$3,500-4,000,且每升树脂售价$100-200。而工业等级的设备几个在$80,000-250,000。

  • 复杂的分辨率参数。关于树脂打印的有趣事实在于分辨率参数(精度/质量)受到几种因素影响,意味着为活的高细节打印品需要全面注意。另外,为了设备拥有者,如果3D打印机足够强大到能达到50微米的分辨率,使用的树脂类型可能让它达到100微米。

树脂3D打印应用

光固化成型在许多产业和任务中的使用材料范围和适用技术方面十分灵活。一般来说,树脂打印适用于:

为珠宝和模具制作母模. 快速制成精确、顺滑和美观的模型。适用可铸造树脂,这些模型可以被直接送到铸造服务最终制作称金属成品。在首饰产业种,树脂打印是主要方式之一。

定制牙科设备 制造牙桥、牙冠,直线对准器,保持器,各种印模托盘,手术钻,夹板。在牙科中,树脂打印帮助制作辅助模型和终端设备。在医疗领域,每个矫正设备必须按个人定制。在CAD设计软件和牙科树脂的帮助下,专家可以直接从CT扫描中快速简便制作模型(对3D模型有小改进)。更多信息在牙科树脂打印。

制作模型、道具、动画。 数字模式现在普遍用于视觉图形、电影和卡通。但是也需要道具和真实运动模型。设计师、动画师、电影制作者和玩具制作者为更好的质量使用它们,改进它们的数字设计或直接用于制作电影。尽管成品是黑白的,但人像是活动的。

原型和产品改进。对于具有简单形状的大尺寸物件,树脂打印可能不是最佳选择。但是,打印具有复杂形式和纹理的产品能更精美。原型和示范模型可以非常精美和功能性。

工业 vs 桌面树脂打印机

树脂3D打印很难分出好坏,因为技术本身就是高度主观的。只要用于制作小零件,桌面3D打印机不能被称为不专业。仍然,一些树脂3D打印机类型比其他的差一些模,现在我们来分析一下。

树脂3D打印机的第一个主要区别在于价格——个人低成本器械可能在$300-400 (或 一些极端案例中$100)到$3,500-4,000,而专业设备需要更高的投入。

但有比上千美元更重要的吗?当然。

构建体积—— 在3D打印中,在设备中制作物件有系数上的限制。但是一般构建区域不能被轻易超过。Wanhao Duplicator 7的构建体积只有120x68x200 mm,大型制作的设备构建区域在 500x500x600 mm甚至更大。

分辨率—— 零件质量。分辨率代表着最低可能性的细节尺寸,或更准确地说,打印平台运动的最低可能性。设备最高分辨率和最低层高度相合。树脂打印可以达到10-25微米。

光源电源——  光聚合反应中的光源应该精确并强大到快速顺利工作。光源的质量(投影、激光、LED, LCD)是打印准确性的重要因素之一。同样,打印速度、材料和设备耐久性都是影响因素之一。

光源类型——有许多使用不同光源的树脂打印技术。有些技术能制造更好的零件。例如,激光vs投影通常能赢,因为激光束更平滑且比激光单元像素更小。

不同树脂的兼容性——. 一些设备被用于只制造一种树脂或几种光敏树脂。这是某种光源的结果之一——因其光源,只能使用个别类型液体。

最后的也可能是最重要的区别树脂打印机和其他打印机的因素是谁操作它。先进的3D打印机可以自动处理但需要投入人力例如准备模型、选择设置和角度、建议材料和后期处理对成功的3D打印很重要。

封面图来自Creative Tools