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

Hoe werkt Digital Light Process 3D-printing?

Het digitale lichtproces werkt typisch door een build-platform in een transparante harsbak gevuld met vloeibaar fotopolymer te laten zakken. Een hoog-resolutie projector schijnt dan een UV-licht op het build-platform in dezelfde vorm als de doorsnede van de deellaag. De doorsnedeprojectie wordt gecreëerd met een array van microscopische spiegels genaamd een DMD die licht alleen daar richten waar nodig. De dichtheid van de array bepaalt de printresolutie. Deze stijl van DLP-printer bouwt het object omgekeerd op.

In zeldzame gevallen waar het deel rechtsom opgebouwd wordt, wordt een dunne laag hars op het build-platform gesmeerd. De DMD kan dan licht van bovenaf richten om die eerste laag te vormen.

Alleen het fotopolymer dat zowel geïllumineerd is als fysiek in contact is met een vast oppervlak (het build-platform of een vorige laag) wordt gecureerd. De meeste omgekeerde DLP-printers voeren een peel-actie over de bodem van het reservoir na elke laag uit om eventuele hars die aan de bodem van de tank gecureerd is te verwijderen. Eenmaal een laag voltooid, beweegt het build-platform omhoog met de dikte van één laag, en het proces wordt herhaald totdat het deel voltooid is. Voor rechtsom-op DLP-printers, na een laag voltooid, zal het build-platform omlaag bewegen met één laag, en een andere laag hars over de top van de vorige laag gesmeerd worden.

Een voltooid DLP-deel is effectief samengesteld uit duizenden kleine kubieke volumes; de kubus' doorsnede is gelijk aan de geprojecteerde spiegelsgrootte en de kubushoogte is gelijk aan de laaghogte. Elk van deze kubieke volumes heet een voxel.

Tabel 1: Voor- en nadelen van DLP

Voordelen

Hoge snelheid: Omdat het een volledige laag tegelijk print, is DLP 3D-printing een van de snellere 3D-printtechnologieën. Sommige SLA-type printers kunnen vergelijkbare snelheden printen, maar DLP overtreft de snelheid van andere technologieën zoals FDM by ver.

Nadelen

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

Voordelen

Hoog detail: DLP-printers kunnen onderdelen maken met zeer hoge detailniveaus. Hoe hoger de resolutie van het digitale spiegeltje-apparaat, hoe gedetailleerder het deel.

Nadelen

Bros delen: Stijve fotopolymerhars heeft doorgaans geen goede mechanische eigenschappen. Een van de hoofdkwesties is dat DLP-onderdelen zeer bros zijn en makkelijker kunnen barsten dan andere gangbare materialen zoals ABS of Nylon. Meer veerkrachtige, elastomere DLP-harsen zijn duurder dan stijve.

Voordelen

Rubber-achtige prints: DLP kan printen in elastomere materialen die een shore A-hardheid van ongeveer 90 hebben. Dit betekent dat functionele rubber-achtige onderdelen met hoog detail en complexe interne roosterstructuren geprint kunnen worden.

Nadelen

Rommlige post-verwerking: DLP-onderdelen zijn niet direct bruikbaar vanaf de printer. Ze moeten eerst gereinigd worden van eventueel overblijvende hars met een oplosmiddel en daarna post-gecurd onder UV-licht om volledige kracht te bereiken.

Wat zijn de DLP-printmaterialen?

Alleen fotopolymermaterialen werken in DLP-printers. Een fotopolymer bestaat uit monomeren, oligomeren en foto-initiatoren. Wanneer blootgesteld aan UV-licht, breekt de foto-initiator af in reactieve vrije radicalen die het polymerisatieproces initiëren. De nieuwe polymere ketens kunnen dan kruisverbindingen onderling aangaan, en uitharden om het deel te vormen. De meeste fotopolymers zijn ontworpen om eigenschappen te vertonen vergelijkbaar met die van andere gangbare engineering thermoplastics. Echter, ze kunnen zelden al dergelijke mechanische eigenschappen tegelijkertijd repliceren. Gebruikers moeten kiezen welke eigenschap het meest kritiek is. Hieronder staan enkele gangbare categorieën van DLP-materialen:

1. Polycarbonaat-achtig: Uitstekende kracht en thermische weerstand met een doorschijnende of heldere uitstraling.
2. ABS-achtig: Uitstekende zwaarte en stijfheid, plus minimale krimp.
3. Polypropyleen-achtig: Duurzame impactweerstandsmateriaal. Kan gebruikt worden voor snap fits en levende scharnieren.
4. Foto-elastomeren: Hoge rek bij breuk en uitstekende impactweerstand.
5. Gevuld: Deze harsen bevatten keramische of glasdeeltjes in het vloeibare opgeschort. Ze vertonen goede Kriekwiderstand en hoge hitteafbuigingstemperaturen.

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

DLP-printers hebben zeer weinig bewegende delen. Discussieerlijk de meest kritieke componenten zijn hun projector en digitale micromirror-apparaten. Hieronder staan alle basisonderdelen die een DLP 3D-printer vormen.

1. Digitale Lichtprojector Scherm

De digitale lichtprojector is de lichtbron voor het fotopolymerisatieproces. Deze lichtbron kan een scherm of een lamp zijn. De lichtbron moet UV-licht uitstralen, aangezien deze golflengte energierijk genoeg is om het digitale lichtproces te initiëren dat het fotopolymer polymeriseert.

2. DMD (Digital Micromirror Device)

Een digital micromirror device is essentieel een chip met honderdduizenden microscopische spiegels. Elke gegeven spiegel kan geroteerd worden door een elektrisch potentiaalverschil eroverheen toe te passen. Het licht wordt dus gericht in een warmte-sink of in de lens die het op de build-plaat focust. Dat wat door de lens gaat, zal de hars die het raakt polymeriseren. Elke spiegel kan zo klein zijn als 10 micron.

3. Vat (Harsbak)

De harsbak houdt het vloeibare fotopolymer. De bodem van de harsbak is helder om UV-licht door te laten. DLP-harsbakken zijn doorgaans tamelijk ondiep vergeleken met SLA-printerbakken. Een alternatief voor het gebruik van een harsbak is het proces dat hars op de build-plaat laag voor laag smeert, veel zoals SLS 3D-printing.

4. Build-plaat

Een bed-plaat of build-plaat is het oppervlak waaraan de print bevestigd is tijdens het digitale lichtproces. Bij de meeste DLP-printers is het printbed omgekeerd, en het zal langzaam één laag omhoog bewegen naarmate het deel geprint wordt.

5. Lift voor de Build-plaat

De build-plaat beweegt op langs de z-as via een lineaire actuator. De meest gangbare type lineaire actuator voor dit doel is een balspindel. In plaats van traditionele draadgangen heeft een balspindel kanalen voor kleine metalen bal-kogels. Deze metalen ballen zijn gehuisvest in de balmoer om soepele, lage-wrijving beweeging te creëren. Wanneer de as gedraaid wordt door een stappenmotor, beweegt de balmoer omhoog of omlaag. Balspindels bieden soepele, precieze beweging.

Wat is de beste DLP 3D-printhars?

De beste 3D-printhars hangt af van de toepassing. Echter, polypropyleen-achtige harsen bieden doorgaans het breedste bereik aan toepassingen. Deze materialen kunnen zelfs gebruikt worden om onderdelen met snap-fit-kenmerken en levende scharnieren te creëren.

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

DLP 3D-printing wordt uitgebreid gebruikt in de medische industrie - met name in tandheelkunde. Nauwkeurige tandmodellen, anatomische modellen, chirurgische hulpmiddelen en custom-fit prothesen zijn allemaal geweldige fits voor deze printtechnologie.

Hoe wordt DLP 3D-printing gebruikt in de juwelierindustrie?

DLP-printers worden gebruikt om juwelierpatronen voor gietdoeleinden te maken. DLP-printers kunnen onderdelen produceren met uitzonderlijke kwaliteit en resolutie, wat ze ideaal maakt voor ingewikkelde juwelierstukken. Juwelen worden ontworpen op CAD-software en 3D-geprint op een DLP-printer. Het deel wordt dan gebruikt om een gips- of silicone-mold te maken. Sommige mold-make harsen zullen volledig ontbinden in een oven, zonder restanten na te laten. De mold wordt dan gevuld met gesmolten metaal, dat de vorm van het 3D-geprinte deel aanneemt. Dit stelt juweliers in staat om complexe ontwerpen relatief gemakkelijk te creëren en veel minder rauw metaal te gebruiken vergeleken met meer handmatige technieken.

Hoe wordt DLP 3D-printing gebruikt in middenzoolfabricatie?

Rubber-achtige materialen kunnen DLP 3D-geprint worden in de vorm van schoenmiddenzolen met complexe interne roosterstructuren. Deze structuren blijven flexibel als traditionele middenzoolmaterialen maar beperken de totale massa. DLP is hiervoor goed geschikt omdat het zo nauwkeurig complexe holle structuren kan printen met elastomere materialen.

Veelgestelde vragen over DLP 3D-printing

Hoe is DLP goedkoper dan andere 3D-printmethoden?

DLP is niet de goedkoopste 3D-printmethode, maar het kan economischer zijn dan velen puur door zijn precisie. Met DLP kunnen complexe roosterstructuren geprint worden die de kracht van dikker structuren nabootsen zonder zoveel materiaal te gebruiken. De prints vereisen zelfs minder grondstof dan SLA-printers die hetzelfde type hars gebruiken. Bovendien werken DLP-printers erg snel, wat een hogere productiesnelheid toestaat en de algehele productiekosten verlaagt.

Kunnen DLP-printers massieve, gedetailleerde stukken produceren?

Nee, DLP is niet goed geschikt voor het creëren van massieve gedetailleerde onderdelen. Vanwege de resolutielimieten inherent in lichtprojectie, is DLP een kleine-schaaltechnologie die niet geschaald kan worden voor zeer grote onderdelen. Dit is waarom het voornamelijk toepassing vindt in medische, juwelier- en andere kleine-schaalindustrieën. Massieve onderdelen zijn beter overgelaten aan technologieën zoals SLS (Selective laser sintering). DLP-printers hebben relatief kleine printvolumes en worden verder beperkt door de hoeveelheid hars die veilig in een harsbak bewaard kan worden.

Wat is het verschil tussen DLP en SLA?

Het hoofdverschil tussen DLP en SLA is de fotopolymerisatiemethode; SLA-machines traceren de doorsnede van het deel met een UV-laser. DLP projecteert een volledige doorsnede-afbeelding, het polymeriseren van de hele laag tegelijk. Als zodanig is DLP typisch sneller dan SLA omdat er niet gewacht hoeft te worden tot de laser de hele laagvorm heeft afgelegd.

Hoe Xometry kan helpen

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, inclusief online 3D-printservices en andere meerwaardediensten voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of om een gratis, niet-binderende offerte aan te vragen.

Disclaimer

De inhoud op deze webpagina is uitsluitend bedoeld voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele representatie of garantie van welke aard dan ook, uitdrukkelijk of impliciet, wat betreft de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en typen materialen of processen mogen niet worden geïmpliceerd als vertegenwoordigend voor wat door derden leveranciers of fabrikanten via Xometry's netwerk geleverd zal worden. Kopers die offertes voor onderdelen aanvragen, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke eisen voor die onderdelen. Raadpleeg onze voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is een B.Eng Honors-afgestudeerde in Werktuigbouwkunde met meer dan twee decennia ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele loopbaan omvat significante rollen bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep begrip ontwikkelde van engineeringprocessen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements