Digital Light Processing (DLP) 3D-printen:hoe het werkt en waarom het ertoe doet

Hoe werkt digitaal lichtproces 3D-printen?

Het digitale lichtproces werkt doorgaans door een bouwplatform te laten zakken in een transparante harstank gevuld met vloeibaar fotopolymeer. Een projector met hoge resolutie schijnt vervolgens UV-licht op het bouwplatform in dezelfde vorm als de dwarsdoorsnede van de onderdeellaag. De dwarsdoorsnedeprojectie wordt gemaakt met een reeks microscopische spiegels, DMD genaamd, die alleen licht richten waar dat nodig is. De dichtheid van de array bepaalt de afdrukresolutie. Deze stijl van DLP-printer bouwt het object ondersteboven.

In zeldzamere gevallen waarbij het onderdeel met de goede kant naar boven wordt gebouwd, wordt een dunne laag hars op het bouwplatform gesmeerd. De DMD kan dan het licht van bovenaf naar beneden richten om die eerste laag te vormen. 

Het enige fotopolymeer dat uithardt, is datgene dat zowel verlicht is als fysiek in contact staat met een vast oppervlak (het bouwplatform of een voorgaande laag). De meeste omgekeerde DLP-printers voeren na elke laag een afpelactie over de bodem van het reservoir uit om eventuele hars te verwijderen die op de bodem van de tank is uitgehard. Zodra een laag voltooid is, beweegt het bouwplatform met de dikte van één laag omhoog en wordt het proces herhaald totdat het onderdeel voltooid is. Bij DLP-printers met de rechterkant naar boven beweegt het bouwplatform, nadat één laag is voltooid, één laag naar beneden en wordt er nog een laag hars over de bovenkant van de vorige laag uitgesmeerd.

Een afgewerkt DLP-onderdeel is feitelijk opgebouwd uit duizenden kleine kubieke volumes; de dwarsdoorsnede van de kubus is gelijk aan de geprojecteerde spiegelgrootte en de kubushoogte is gelijk aan de laaghoogte. Elk van deze kubieke volumes wordt een voxel genoemd.

Tabel 1:Voor- en nadelen van DLP

Pluspunten

Hoge snelheid: Omdat er een hele laag tegelijk wordt afgedrukt, is DLP 3D-printen een van de snellere 3D-printtechnologieën. Sommige SLA-type printers kunnen met vergelijkbare snelheden afdrukken, maar DLP overtreft ruimschoots de snelheid van andere technologieën zoals FDM.

Nadelen

Dure grondstof: Fotopolymeerhars is een gespecialiseerd materiaal en als zodanig aanzienlijk duurder dan andere printmaterialen zoals plastic filament.

Pluspunten

Hoge details: DLP-printers kunnen onderdelen maken met een zeer hoog detailniveau. Hoe groter de resolutie van het digitale spiegelapparaat, hoe gedetailleerder het onderdeel

Nadelen

Broze delen: Stijve fotopolymeerhars heeft doorgaans geen goede mechanische eigenschappen. Een van de belangrijkste problemen is dat DLP-onderdelen erg bros zijn en gemakkelijker kunnen barsten dan andere veel voorkomende materialen zoals ABS of nylon. Veerkrachtigere, elastomere DLP-harsen zijn duurder dan stijvere.

Pluspunten

Rubberachtige prints: DLP kan printen in elastomere materialen met een Shore A-hardheid van ongeveer 90. Dit betekent dat functionele rubberachtige onderdelen met hoge details en complexe interne roosterstructuren kunnen worden geprint. 

Nadelen

Rommelige nabewerking: DLP-onderdelen zijn niet direct na de printer klaar voor gebruik. Ze moeten eerst worden ontdaan van eventuele overtollige hars met behulp van een oplosmiddel en vervolgens worden uitgehard onder UV-licht om de volledige sterkte te bereiken.

Wat zijn de DLP-afdrukmaterialen?

Alleen fotopolymeermaterialen werken in DLP-printers. Een fotopolymeer bestaat uit monomeren, oligomeren en foto-initiatoren. Bij blootstelling aan UV-licht valt de foto-initiator uiteen in reactieve vrije radicalen die het polymerisatieproces initiëren. De nieuwe polymeerketens kunnen vervolgens onderling verknopen en uiteindelijk uitharden om het onderdeel te vormen. De meeste fotopolymeren zijn ontworpen om eigenschappen te vertonen die vergelijkbaar zijn met die van andere gebruikelijke technische thermoplasten. Ze kunnen echter zelden al deze mechanische eigenschappen tegelijk reproduceren. Gebruikers moeten kiezen welke eigenschap het meest kritisch is. Hieronder vindt u enkele veelvoorkomende categorieën DLP-materiaal:

1. Polycarbonaat-achtig: Uitstekende sterkte en thermische weerstand met een doorschijnend of helder uiterlijk.
2. ABS-achtig: Uitstekende taaiheid en stijfheid, plus minimale krimp
3. Polypropyleen-achtig: Duurzaam slagvast materiaal. Toepasbaar voor klikverbindingen en levende scharnieren. 
4. Foto-elastomeren: Hoge rek bij breuk en uitstekende slagvastheid.
5. Ingevuld: Deze harsen omvatten keramische of glasdeeltjes die in de vloeistof zijn gesuspendeerd. Ze vertonen een goede kruipweerstand en hoge warmteafbuigtemperaturen. 

Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een DLP 3D-printer?

DLP-printers hebben zeer weinig bewegende delen. De meest kritische componenten zijn ongetwijfeld hun projector en digitale microspiegelapparaten. Hieronder vindt u alle basisonderdelen waaruit een DLP 3D-printer bestaat. 

1. Digitaal lichtprojectorscherm

De digitale lichtprojector is de lichtbron voor het fotopolymerisatieproces. Deze lichtbron kan een scherm of een lamp zijn. De lichtbron moet UV-licht uitstralen, omdat deze golflengte energetisch genoeg is om het digitale lichtproces op gang te brengen dat het fotopolymeer polymeriseert. 

2. DMD (digitaal microspiegelapparaat)

Een digitaal microspiegelapparaat is in wezen een chip met honderdduizenden microscopisch kleine spiegels. Elke bepaalde spiegel kan worden geroteerd door er een elektrisch potentiaalverschil overheen aan te leggen. Het licht wordt dus in een koellichaam of in de lens gericht die het op de bouwplaat richt. Datgene wat door de lens gaat, zal de hars die het raakt polymeriseren. Elke spiegel kan een doorsnede van slechts 10 micron hebben.

3. BTW (harstank)

De harstank bevat het vloeibare fotopolymeer. De bodem van de harstank is helder om UV-licht door te laten. DLP-harstanks zijn doorgaans vrij ondiep in vergelijking met SLA-printertanks. Een alternatief voor het gebruik van een harstank is het proces waarbij hars laag voor laag op de bouwplaat wordt uitgesmeerd, net zoals bij SLS 3D-printen. 

4. Bouwplaat

Een bedplaat of bouwplaat is het oppervlak waarop de print wordt bevestigd tijdens het digitale lichtproces. Bij de meeste DLP-printers staat het printbed ondersteboven en beweegt het langzaam laag voor laag omhoog terwijl het onderdeel wordt afgedrukt.

5. Lift voor de bouwplaat

De bouwplaat beweegt omhoog langs de z-as via een lineaire actuator. Het meest voorkomende type lineaire actuator voor dit doel is een kogelomloopspindel. In plaats van traditionele schroefdraad heeft een kogelomloopspindel kanalen voor kleine metalen kogellagers. Deze metalen kogels zijn in de kogelmoer geplaatst om een ​​soepele beweging met lage wrijving te creëren. Wanneer de as door een stappenmotor wordt rondgedraaid, beweegt de kogelmoer omhoog of omlaag. Kogelomloopspindels zorgen voor een soepele, nauwkeurige beweging. 

Wat is de beste DLP 3D-printhars?

De beste 3D-printhars is afhankelijk van de toepassing. Polypropyleenachtige harsen bieden echter doorgaans het breedste scala aan toepassingen. Deze materialen kunnen zelfs worden gebruikt om onderdelen te maken met kliksluitingen en levende scharnieren. 

Hoe wordt DLP 3D-printen gebruikt in de medische industrie?

DLP 3D-printen wordt veelvuldig gebruikt in de medische industrie, vooral in de tandheelkunde. Nauwkeurige tandheelkundige modellen, anatomische modellen, chirurgische hulpmiddelen en op maat gemaakte protheses zijn allemaal uitstekend geschikt voor deze printtechnologie.

Hoe wordt DLP 3D-printen gebruikt in de sieradenindustrie?

DLP-printers worden gebruikt om sieradenpatronen te maken voor gietdoeleinden. DLP-printers kunnen onderdelen produceren met een uitzonderlijke kwaliteit en resolutie, waardoor ze ideaal zijn voor ingewikkelde sieraden. Sieraden zijn ontworpen met CAD-software en 3D-geprint op een DLP-printer. Het onderdeel wordt vervolgens gebruikt om een ​​gips- of siliconenmal te maken. Sommige harsen voor het maken van mallen zullen volledig ontleden in een oven en laten geen residu achter. Vervolgens wordt de mal gevuld met gesmolten metaal, dat de vorm aanneemt van het 3D-geprinte onderdeel. Hierdoor kunnen juweliers relatief eenvoudig complexe ontwerpen maken en veel minder ruw metaal gebruiken in vergelijking met meer handmatige technieken. 

Hoe wordt DLP 3D-printen gebruikt bij de productie van tussenzolen?

Rubberachtige materialen kunnen via DLP 3D worden geprint in de vorm van schoentussenzolen met complexe interne roosterstructuren. Deze structuren blijven flexibel, net als traditionele tussenzoolmaterialen, maar beperken de totale massa. DLP is hiervoor zeer geschikt omdat het complexe holle structuren zo nauwkeurig kan printen met behulp van elastomere materialen.

Veelgestelde vragen over DLP 3D-printen

Hoe is DLP minder duur dan andere 3D-printmethoden?

DLP is niet de goedkoopste 3D-printmethode, maar kan vanwege de precisie wel economischer zijn dan veel andere. Met DLP kunnen complexe roosterstructuren worden geprint die de sterkte van dikkere structuren nabootsen zonder zoveel materiaal te gebruiken. De prints vereisen zelfs minder grondstoffen dan SLA-printers die hetzelfde type hars gebruiken. Bovendien werken DLP-printers zeer snel, waardoor een hogere productiesnelheid mogelijk is en de totale productiekosten worden verlaagd.

Kunnen DLP-printers enorme, gedetailleerde stukken produceren?

Nee, DLP is niet erg geschikt voor het maken van enorm gedetailleerde onderdelen. Vanwege de resolutielimieten die inherent zijn aan lichtprojectie, is DLP een kleinschalige technologie die niet voor zeer grote delen kan worden geschaald. Dit is de reden waarom het vooral wordt gebruikt in de medische sector, de sieradenindustrie en andere kleinschalige industrieën. Grote onderdelen kunnen beter worden overgelaten aan technologieën als SLS (Selective Laser Sintering). DLP-printers hebben relatief kleine printvolumes en worden verder beperkt door de hoeveelheid hars die veilig in een harstank kan worden bewaard.

Wat is het verschil tussen DLP en SLA?

Het belangrijkste verschil tussen DLP en SLA is de fotopolymerisatiemethode; SLA-machines traceren de dwarsdoorsnede van het onderdeel met een UV-laser. DLP projecteert een volledig dwarsdoorsnedebeeld, waarbij de hele laag in één keer wordt gepolymeriseerd. Als zodanig is DLP doorgaans sneller dan SLA, omdat u niet hoeft te wachten tot de laser de vorm van de hele laag heeft doorkruist.

Hoe Xometrie kan helpen

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder online 3D-printdiensten en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements