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行业动态

影响SLA打印精度的10件事

创建时间: 01/11/2019

精度是您期望3D打印机的核心特征之一,特别是SLA打印机,它们以其高精度而闻名。如果SLA打印机无法以足够的精度再现模型,那么它的主要任务就会失败。然而,实现非常高的准确度并不容易,并且有许多因素可以共同产生一个远离原始模型的部件。

A steering wheel printed by the ProtoFab SLA600
由ProtoFab SLA600印刷的方向盘

准确度与分辨率

在我们开始之前,让我们快速准确地清楚我们的准确性,并将其与相关的分辨率概念区分开来。在3D打印中,精度描述了零件与其预期形状的差异程度。这可以是整个部分的总差异的平均值,也可以是差异最大的点。例如,可以扫描印刷部件并且发现其具有0.050mm的平均尺寸偏差(与原始模型的物理差异),并且最大偏差为0.15mm。这与分辨率不同,分辨率描述了打印机理论上可以根据其规格生成的细节级别。高分辨率并不总能转化为高精度,而数字往往会产生误导。高分辨率机器生产高度不准确的零件并不罕见。这就是为什么有经验的制造商重视精度远远超过分辨率的原因,特别是在细节至关重让我们仔细看看SLA 3D打印中导致不准确的十大原因。

1.机械控制

也许最准确的决定因素是打印机的机械控制水平。这指的是各种机构的运动精度,包括镜子,电流计和构建平台。如果其中任何一项与软件需要的方式完全不一致,则会产生差异。从用户的角度来看,没有太多可以做到的事情,运动的精确度来自零件的质量和它们组装的好坏。桌面打印机在这方面的表现非常糟糕,因为没有像高端工业打印机那样的质量。低成本的工业打印机通常也可以通过使用更便宜的组件来节省成本。低档部件并不仅仅意味着机械控制从一开始就受到影响,但随着部件磨损,它也会随着时间的推移而减少。

the inaccuracies in printed parts
打印机组件或组件中的任何不准确都会传递给打印部件

不准确性的具体性质取决于哪个部分存在问题。例如,zaxis上的错误源于xy轴上的错误。 xy轴上的错误通常是由于扫描镜的问题(将光束引导到图层上的特定点)。这部分对于准确性至关重要,运动中的最轻微错误可能会导致严重的差异。 z轴的精度主要取决于构建平台逐层下降(或在桌面模型中上升)时的移动。构建平台的移动由长螺钉控制,该螺钉必须转动适当的量以使平台移动精确的层高度,通常约0.1mm。该螺钉的构造质量的微小问题将被传递到印刷部件,通常以表面粗糙度的形式。构建平台始终保持完全并行也很关键。任何轻微的倾斜都会导致不准确,有时会在整个零件中产生倾斜效应。

2.材料变形

由于SLA使用树脂而不是熔融的热塑性塑料,因此材料收缩和翘曲的影响远不如基于长丝的印刷技术那么严重。但是,这并不意味着SLA并非没有自身的变形问题。基于树脂的3D打印通常会受到一定程度的下垂。尽管树脂通过暴露于激光而固化,但在短暂的瞬间它不会完全固化。一旦在后处理期间将材料放入UV固化炉中,该材料将仅达到完全强度。这并不是说在后处理之前材料很脆弱或未固化,它只是达不到其最大承载状态。对于零件的良好支撑区域,这不是问题,但如果存在长,薄或缺少支撑的部分,则可能发生一些下垂。这种下垂通常是微观的,但由于它一次发生一层,因此效果可以累积,导致明显的尺寸差异。这种效果受所用树脂的影响。一些较强的材料根本不会受此影响,但柔性材料特别容易出现问题。这就是为什么支持材料在SLA中非常重要的原因,如果软件没有以最佳方式放置支撑,精度将受到严重影响。

Orientation affects both printing accuracy and speed
支撑件通常与零件成45°角

3.计算机建模

即使打印机的机械控制是完美的并且完美的材料,仍然不能100%准确地生产零件。这是因为CAD建模的实用性对零件的详细程度有一些限制。 STL建模使用有限数量的三角形来构建零件的形状。这种方法在重建平面时几乎没有问题,但任何类型的曲线在物理上都不可能完美地表现出来。使用非常大量的尖三角来尽可能地近似曲线,但是在微观水平上它根本不是光滑的。使用的三角形越多,细节越多,但在文件大小和处理时间方面,这可能会出现问题。现代技术和软件比过去更好地应对这个问题,在早期的SLA计算能力是一个非常严重的限制。

STL modeling
STL文件中使用的三角形越多,可以重新创建更好的曲面

4.定位

正如在这种用于工业打印机的类似桌面打印机中所讨论的那样,打印方向非常重要。在大多数桌面SLA机器中,零件是颠倒打印的,这意味着在构建过程中大部分零件都是悬挂的。这可以通过额外的支撑材料在一定程度上抵消,但是由于重力仍然会使材料下垂。然而,不仅仅是印刷部件的方向是重要的,构件室内部件的方向也是要考虑的因素。首先,存在过度曝光问题。这是来自激光的光照射通过当前层并且还部分地固化后面的一些树脂。当使用透明或半透明材料时,这种效果明显更差。同样,某些颜色比其他颜色更好地吸收紫外线,因此使用蓝色,绿色或黄色材料的部件将遭受更少的损失,而其他颜色(如红色或灰色)将遭受更多损失。这个问题可以在某种程度上通过将部件战略性地放置在构建室中相对于激光器来解决,使得光束不会经常照射到其他未固化的材料上。除了光照射通过之外,还有一个问题。在打印时,零件周围会发生轻微弯曲的问题。这也可能导致紫外线到达不应该的区域并导致过度曝光。计算如何最好地定位零件以最小化这种效果是非常复杂的,但如果需要最大精度,它是不可忽视的。

Orientation affects both printing accuracy and speed
方向会影响打印精度和速度

5.层厚度

通常,认为层厚度越薄越好,因为薄层提供更高的分辨率。然而,超出某一点并不一定是这种情况。一些研究表明,对于小于0.1mm的层尺寸,较薄的层会导致较低的精度。这是由于许多因素造成的。对于大多数零件,低于0.1mm在细节方面没有真正的优势,只是增加了层数。更多的层意味着更多的机械运动,因此任何运动差异都会被放大。更薄的层也更容易翘曲,并且更长的构建时间意味着在部件可以完全固化UV烤箱之前更长。这些因素引起的不准确性微乎其微,但它们可以解释为什么使用0.05 mm的层尺寸有时会产生比使用0.1 mm层更不精确的部分。也就是说,使用明显大于0.1毫米的层尺寸肯定会导致零件精度降低,并导致可见的楼梯。

6.光束直径

正如您所料,光束越窄,细节水平越高。宽光束将导致更快的打印时间,但代价是细节和精度。在过去,权衡这么简单,但现在有SLA打印机(包括ProtoFab提供的那些)在同一版本中支持多个光束尺寸。可以配置两种光斑尺寸,一种尺寸,一种尺寸。较大的光斑尺寸用于细节不重要的区域,因此加快了过程,小光斑用于角落或曲面等区域。通过这种方式,至少可以在某种程度上获得两全其美。没有这种功能,将不可避免地牺牲一些准确性。无论设备是否支持可变光束尺寸,为每个构建选择合适的光束直径极为重要。根据零件的要求判断最佳梁尺寸需要经验和对技术的透彻理解。错误地获取此参数无疑会导致准确性降低。

10 Things That Affect SLA Printing Accuracy
在图像中不使用半径补偿,而在图像B中则使用半径补偿

7.温度和环境

在工业3D打印中,保持受控环境至关重要。如上所述,翘曲和下垂是SLA印刷中的一个问题,并且这会因热和湿度而加剧。打印过程中这些波动的任何波动都会影响零件的出现方式。树脂对温度非常敏感,为了3D打印的目的,粘度尽可能低是很重要的。温度越高,树脂粘度越低,因此保持树脂温暖(并保持恒温)非常重要。但是,它不能太温暖,否则会导致部件过于柔软和不稳定。最佳位置通常约为38度,任何偏差都会影响零件的形状。而且,树脂表面必须始终保持完全平整。如果有任何振动或甚至设备精度的轻微移动都会受到严重影响。

 surface of the resin
树脂表面必须始终保持完全平整

8.扫描音高

扫描间距是指每个激光光斑中心之间的距离。光束不会以恒定的运动方式移动,而是以特定的间隔沿着路线照射特定的点。这些斑点中的每一个之间通常存在一定程度的重叠,否则每个固化区域之间将存在大的间隙。扫描间距决定了重叠程度,这对精度和速度都有深远的影响。如果扫描间距小,那么沿着边缘的未固化树脂将会更少,并且表面将更加平滑。这当然会导致更长的打印时间,因为每次扫描需要更长的时间。另一方面,具有宽扫描间距将是快速的但将导致需要大量打磨的粗糙边缘。

3d-scanning-model
改变扫描间距会影响精度,强度和构建效率

9.扫描速度

扫描速度是影响精度的另一个核心参数。您可能认为,更快的扫描速度会导致精度降低,但打印时间会缩短。然而,当使用非常快的扫描速度时,对精度的影响通常变得很严重。也不一定是较慢的扫描速度总是导致更好的准确性。当扫描速度设置得太慢时,可能会发生过度固化,因为光束在每个点处都会持续太长时间。需要经验和复杂计算的混合来为每个构建设置适当的扫描速度。

10.后处理

3d product post-processing
后处理通常需要大量的经验和技巧

在打印部件之后,存在许多必要的后处理程序,包括用酒精洗涤,去除支撑材料和打磨。这些任务通常是手动执行的,因此可能导致人为错误。由于SLA印刷的性质,新印刷的部件通常会沿边缘具有一定程度的起皱(见第6和第8点)。因此,有必要对SLA印刷部件进行打磨和抛光,有时打磨的水平非常粗糙。在一个行业中,差异以微米为单位测量,人们用粗砂纸刮擦零件不可避免地带来一定程度的不可预测性和精度损失。使用的确切力量很难标准化,时间长度也是如此。卡钳用于测量要打磨的区域,但它仍然是一个相当不精确的过程,当然与打印机本身的高度控制的运动相比。

pash washing
最好使用技术人员进行洗涤

可能对精度产生影响的后处理的另一个方面是去除支撑材料。这需要使用工具手动捕捉或撬开,并且通常留下痕迹。这些可以打磨,但如上所述,这本身就会影响准确性。最好在此阶段使用技术人员,因为使用锋利的工具很容易划伤或损坏零件,或留下大于必要的标记。为了降低这些风险,理想情况下应使用极少量的支撑材料,同时确保零件稳定。

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