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DLP-SLA混合光固化3D打印技術(shù)

光固化
2022
10/07
19:54
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本帖最后由 warrior熊 于 2022-10-8 22:06 編輯

2022年10月7日,南極熊獲悉,阿姆斯特丹大學(xué)(UVA)已同意將其專利混合立體光刻(SLA)技術(shù)授權(quán)給數(shù)字光處理(DLP)3D打印機制造商atum3D。

這種混合SLA工藝由UVA大學(xué)的Van 't Hoff分子科學(xué)研究所開發(fā),它結(jié)合了面曝光DLP和點曝光SLA技術(shù),能夠大規(guī)模地生產(chǎn)具有高分辨率特征的部件。阿姆斯特丹大學(xué)表示,該技術(shù)一旦商業(yè)化,可用于解決醫(yī)療研發(fā)需求,如創(chuàng)建組織支架或具有臨床研究用途的微流體裝置。

阿姆斯特丹大學(xué)校園。圖片來自UVA

atum3D的DLP 3D打印組合

atum3D總部位于荷蘭的高達(dá)市,專門從事DLP技術(shù)的開發(fā),旨在解決系列制造應(yīng)用。該公司的主要產(chǎn)品圍繞著DLP Station5-405、DLP Station 5-365 EXZ和DLPStation 5-405 EXZ,這些3D打印機的構(gòu)建量最大為192 x 108 x 450毫米。

由于其強大的405納米LED光引擎和100微米x、y分辨率的光學(xué)器件,atum3D表示這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) "速度、精度和一致性的新水平"。這些平臺也是開放材料,因此用戶可以選擇最適合他們需求的第三方樹脂,而atum3D的固化站旨在幫助用戶實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化。

利用atum3D的技術(shù),用戶已經(jīng)能夠制造出從汽車到醫(yī)療的部件,像Spentsys公司就開發(fā)了病人專用的骨科設(shè)備。為了促進(jìn)其產(chǎn)品在盡可能多的垂直領(lǐng)域的部署,該公司還發(fā)布了專門的 "升級包",其中包括新手需要的一切。

△通過混合立體光刻技術(shù)3D打印晶格結(jié)構(gòu)。圖片來自UVA。

一種混合SLA和DLP的光刻技術(shù)

據(jù)混合SLA方法背后的UVA團(tuán)隊稱,目前基于樹脂的3D打印技術(shù)通常能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率或高速生產(chǎn),但很少有人能夠同時提供這兩種技術(shù)。為了改變這種情況,研究人員開發(fā)了一種新的工藝,在DLP投影儀上使用復(fù)合成像來實現(xiàn)低分辨率圖案。



混合立體光刻利用復(fù)合成像,其中使用DLP(數(shù)字光處理)投影儀實現(xiàn)大規(guī)模,低分辨率的圖案。為了創(chuàng)建微觀特征,用戶可以在這些層中安裝預(yù)定義的光掩模圖案。更重要的是,在層之間切換光掩模圖案可以創(chuàng)建三維重復(fù)的微特征。該方法可以在傳統(tǒng)的DLP 3D打印機中實施,只需稍作修改。材料包括目前使用的立體光刻,但也包括復(fù)合材料,例如陶瓷或含金屬的光聚合物。該方法已通過原理驗證設(shè)置并進(jìn)行了演示,從而制造出特征尺寸小于10μm的打印部件。然而,研究人員表示其理論分辨率限制要低得多。

△范特霍夫(Van 't Hoff)分子科學(xué)研究所

為了評估這項工藝的潛在醫(yī)療應(yīng)用,研究人員還利用它創(chuàng)建了一個血管連接處的細(xì)胞支架和一個微流控設(shè)備。雖然前者已被證明有足夠長的時間來促進(jìn)細(xì)胞生長,并包含有50微米的孔隙,但后者包括200微米的通道和20微米的限制,旨在促進(jìn)臨床研發(fā)期間的流體操作。atum3D的首席技術(shù)官兼創(chuàng)始人特里斯特拉姆·布德爾(Tristram Budel)則期望在這些初步成果基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。他設(shè)想打印一個全尺寸的心臟支架,具有受控的多孔結(jié)構(gòu),只需不到一天的時間即可生產(chǎn)出來。腎臟只需要四分之一的時間。根據(jù)Budel的說法:由于該技術(shù)的可擴(kuò)展性,建立一個能夠可靠和可控地生產(chǎn)器官支架的生產(chǎn)設(shè)施成為一種真正的可能性。打印的器官支架還不是一個活的器官,在生產(chǎn)出真正的植入式器官之前,還需要更多的工作和研究,但我認(rèn)為這絕對是一個值得重新審視3D打印技術(shù)的契機!

在獲得UvA光刻工藝的授權(quán)后,atum3D現(xiàn)在計劃將其與自己的DLP工藝相結(jié)合,以解決醫(yī)療以及超材料和半導(dǎo)體開發(fā)領(lǐng)域的問題。該公司的工業(yè)級光固化技術(shù)將強大的紫外線及其輻射熱集成在真空室中,以實現(xiàn)卓越的性能。在沒有氧氣的環(huán)境中進(jìn)行后固化的能力大大提高了速度,并有助于優(yōu)化精度和最終材料性能?傮w而言,atum3D的光固化技術(shù)及設(shè)備具有以下特點:

  • 后固化效果更佳,速度提高 10 倍:固化站提供所有三個關(guān)鍵后固化因素中最好的:紫外線、熱和氧氣。關(guān)鍵的實際優(yōu)勢是雙重的:速度和準(zhǔn)確性。在沒有固化抑制氧的情況下,樹脂后固化過程顯著加速。輻射熱增加了聚合物樹脂的遷移率,進(jìn)一步提高了后固化反應(yīng)的速度和完整性。
  • 精度高,失真少,細(xì)節(jié)清晰:高強度紫外線與真空環(huán)境中的熱量相結(jié)合,使固化站能夠比其他后固化解決方案更徹底地對印刷部件進(jìn)行后固化。所有三個關(guān)鍵變量都可以由用戶在單個自動固化預(yù)設(shè)中獨立控制,這使得固化站成為一種非常通用的設(shè)備。
  • 強大的紫外線照明:固化站產(chǎn)生45瓦廣譜紫外光的總輻射功率。28個紫外線燈均勻分布在零件周圍的360度,從各個角度產(chǎn)生均勻的曝光。強大的燈光還對腔室內(nèi)的部件具有輻射熱固化效果。缺氧會產(chǎn)生比大氣壓更完整的反應(yīng)。
  • 一鍵式預(yù)設(shè)的完全控制:觸摸屏界面允許用戶完全自定義自動固化預(yù)設(shè)。真空、壓力、紫外線劑量、脫氣時間和冷卻時間可以在每個工藝步驟中單獨控制。通過在預(yù)設(shè)中結(jié)合一系列后續(xù)步驟,固化站允許根據(jù)樹脂特性和應(yīng)用要求創(chuàng)建任何可以想象的固化過程。
  • 大容量:憑借其 282 x 395 x 275 mm 的容量,固化站甚至可以對較大的零件進(jìn)行后固化。易于拆卸的硼硅酸鹽板允許為作業(yè)選擇最佳設(shè)置。您是否希望使用多層設(shè)置在單次運行中對許多較小的零件進(jìn)行后固化,或者通過移除頂板并利用整個內(nèi)部高度來修復(fù)多個較大的物體?
  • DLP 設(shè)備整體解決方案:后固化在任何整體3D打印應(yīng)用解決方案中都起著重要作用,F(xiàn)在,可以使用操作臺軟件方便地創(chuàng)建打印作業(yè),使用 DLP 站快速準(zhǔn)確地打印任何樹脂中的零件,徹底清潔我們一個清潔站中的結(jié)果,并在我們最先進(jìn)的固化站中將零件后固化到其最終規(guī)格。

△atum3D的DLP解決方案

因此,atum3D公司表示,UvA的混合光刻技術(shù)可以應(yīng)用于常規(guī)的DLP系統(tǒng),只需稍作修改,而且該公司已經(jīng)在與UvA的初始客戶合作,為其開發(fā)實際的使用案例。Tristram Budel說:"我們認(rèn)為,將我們目前的DLP技術(shù)與這項新技術(shù)結(jié)合起來,會產(chǎn)生一個改變游戲規(guī)則的平臺。它帶來了市場上從未見過的可能性:將大尺寸的分米級打印技術(shù)與微米級的特征結(jié)合起來,而且所有這些都只需幾個小時。"

其他混合光刻技術(shù)

盡管混合DLP-SLA 3D打印機遠(yuǎn)非行業(yè)規(guī)范,但這兩種技術(shù)的結(jié)合已有先例。AXTRA3D在去年年底發(fā)布了混合型PhotoSynthesis 3D打印技術(shù),其目的是在同一臺機器上利用SLA、DLP和LCD的優(yōu)勢,以實現(xiàn)完全各向異性的部件生產(chǎn)。

△AXTRA3D發(fā)布的混合型PhotoSynthesis 3D打印技術(shù)

在其他地方,In-Vision等公司繼續(xù)致力于快速DLP技術(shù)的研究,其分辨率比前代產(chǎn)品有所提高。今年早些時候,In-Vision的 "阿凡達(dá) "光引擎被推出,具有原生4K能力,允許用戶固化更大的材料區(qū)域,并以高光學(xué)性能進(jìn)行移動曝光。

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