



3D列印教師技巧
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FDM技術 3D列印 真實熱塑性工程材料
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3D印表機:UltiMaker S5
材質:UltiMaker PLA黑色
軟體: UltiMaker Cura + Fuzzy skin setting
應用: Texture model
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Sintratec的鐳射光斑尺寸是實現卓越列印解析度的關鍵
Sintratec的高精度鐳射具有更小的光斑尺寸,可在SLS 3D列印中實現卓越的列印解析度和更精細的細節。
選擇性鐳射燒結(SLS)3D列印被認為是增材製造中最可靠和最具生產力的形式之一。[1]最近,硬體方面的進步進一步改善了SLS印刷,實現了更好的表面加工品質和可達到的精細細節水準。
在辛特拉泰克作為專業SLS系統的瑞士制造商,這些進步是以高精度鐳射的形式出現的,其光斑尺寸明顯小於其他入門級SLS系統。這使得Sintratec在其SLS平臺上實現了無與倫比的列印解析度和特徵尺寸。在本文中,我們將瞭解什麼是鐳射光斑尺寸,它如何影響列印解析度,以及Sintratec的技術如何為SLS用戶帶來新的機遇。
鐳射光斑尺寸的科學
選擇性鐳射燒結是一種增材製造技術,通過使用鐳射燒結粉末材料來製造零件。該過程從在構建平臺上沉積一薄層聚合物粉末開始。然後,高能鐳射選擇性地掃描表面,根據正在製造的零件的橫截面幾何形狀熔化和熔合粉末。完成一個列印層後,構建平臺逐漸下降,新的粉末層在表面上鋪開,重複燒結過程。這種一層一層的方法一直持續到零件完成。[2]
雖然在SLS過程中可以使用不同類型的雷射器,但最常用的一種是光纖雷射器。這些雷射器通過二極體產生光,將能量注入摻有稀土元素(如鐿)的光纜。產生的光通常具有約1,060 nm的波長,這在金屬和某些聚合物中提供了高吸收率。這一特性使得光纖雷射器對於聚合物和金屬粉末的精確熔化非常有效。SLS中光纖雷射器的優勢包括其出色的光束品質、能效和最低維護要求。[3]
在SLS印刷中評估鐳射性能時,鐳射光斑尺寸是最重要的規格之一。簡而言之,鐳射光斑尺寸(也稱為雷射光束直徑)被定義為鐳射可以通過透鏡聚焦到的最小直徑。鐳射光斑尺寸如此重要的一個主要原因是它直接影響鐳射能量密度,而鐳射能量密度通過影響熔池尺寸、穿透粉末層的深度和最終產品的整體解析度來決定燒結零件的精度和品質。鐳射能量密度定義為[4]
其中:
Eₛ是鐳射能量密度(J/cm^2)
P是入射鐳射功率(瓦特)
v是鐳射掃描速度(釐米/秒)
δ 雷射光束光斑尺寸(釐米)
鐳射光斑尺寸本身可以用幾種不同的方法定義和計算,但是在SLS印表機中,光斑尺寸通常由半峰全寬(FWHM)定義。從本質上講,FWHM通過測量強度曲線(光強與位置的關係圖)上強度下降到峰值一半的兩點之間的距離來量化光束的擴散或發散。[5]
影響雷射光束光斑大小的變數有很多。假設一個理想的高斯光束,它的束寬隨著它沿軸的傳播而變化。因此,焦距處的光斑尺寸由焦距本身、高斯光束的最小半徑(即束腰)和光束的波長決定。基於此,光斑尺寸在數學上定義為[6]
其中:
f就是焦距。
濾水器(Water Filter)是光束半徑焦距(即光斑尺寸)
λ是鐳射波長
w₀是梁腰
圖1:鐳射沿其軸線的傳播。
最終,鐳射光斑尺寸是影響列印組件解析度以及密度、強度和最小特徵尺寸等屬性的重要因素。從本質上講,SLS 3D印表機可以實現的細節程度由鐳射光斑尺寸決定,最小特徵尺寸通常對應於鐳射光斑尺寸。
鐳射光斑尺寸對打印品質的影響
當我們專門討論3D列印的解析度時,需要考慮兩種解析度:Z解析度和XY解析度。z解析度是垂直解析度,取決於列印的層厚(即重新塗覆器可以將每個新的粉末材料層塗得多細)。XY解析度是指列印的水準解析度,受鐳射光斑大小和鐳射移動精度的影響。[7]
因此,較小的鐳射光斑尺寸直接對應於較高的XY列印解析度,並使用戶能夠將非常精細的細節和複雜的特徵集成到他們的3D列印中。具有較小鐳射光斑的SLS 3D印表機也更適合列印具有優異表面光潔度的零件。較小的鐳射光斑尺寸已被證明可降低層線高度,從而使印刷物體的層線更不明顯、表面更光滑、細節更精細。[8]
研究發現,較小的鐳射光斑尺寸顯著提高了印刷軌跡的幾何精度。[9]其中一個原因是,小光斑尺寸可以精確控制熔體軌跡的尺寸,包括其寬度、高度和深度。作為這一過程的一部分,較小的光斑尺寸使熔體軌跡周圍的熱影響區最小化,從而減少了可能損害最終產品機械完整性的熱變形和殘餘應力。
調整鐳射功率和掃描速度可以顯著影響這些參數,從而創建更平滑的表面和更清晰的軌跡邊緣。精確的參數控制有助於保持穩定的熔池動態,這對於最大限度地減少降低印刷品質的缺陷(如孔隙和孔眼形成)至關重要。
Sintratec的獨特銷售主張(USP)
Sintratec非常重視SLS印表機的鐳射光斑尺寸。該公司的機器擁有當今SLS 3D列印市場上最精細的鐳射光斑直徑和解析度。該公司為其全材料平臺Sintratec S3開發的最新聚變模組配備了30瓦光纖雷射器,聚焦光斑尺寸僅為145 μm .配備10瓦光纖雷射器的S2具有相同的鐳射光斑尺寸。
Sintratec的鐳射光斑直徑遠小於市場上許多其他SLS平臺。這為其技術在航空航太和電子等行業的應用開闢了道路,這些行業不僅需要高產量和工藝一致性,還需要高解析度和零件精度。您可以在下面找到一些領先的SLS系統的比較:
SLS 3D印表機
鐳射光斑尺寸(微米)
S3和S2
微米145號[10]
Prodways Promaker P1000
微米450號[11]
辛特裏特·麗莎十世
微米650號[12]
Formlabs保險絲1
200微米[13]
現實世界的應用和優勢
各行業的採用者已經從Sintratec的高解析度SLS解決方案中獲益。在全球範圍內,產品開發人員、工程師和研究人員利用其瑞士制造的系統來創建精確的功能原型,這些原型不僅與最終零件的精確尺寸和形狀非常匹配,而且還與它們的機械性能非常匹配。該應用程式大大加快了設計驗證和原型測試的速度,使用戶能夠快速自信地進入批量生產。
孔塔克-西蒙公司作為一家主要的電氣安裝設備製造商,自2022年以來一直在使用Sintratec S2為電氣行業製造複雜的高精度原型。在這種應用中,Sintratec光纖鐳射系統的精度至關重要,因為列印零件用於在進入全面生產之前驗證幾何形狀和組件。Sintratec印刷的高質量表面光潔度以及生產具有精細細節的複雜形狀的能力對Kontakt-Simon來說非常重要,因為電氣外殼和組件不僅必須適合其內不同幾何形狀的電氣組件,而且還必須完美地適合更大的組件。當被問及S2的主要優勢時,Kontakt-Simon技術部門負責人托馬斯·維爾克列出了“複雜的幾何形狀、薄的壁、高美觀性和準確性、強大的強度以及零件各軸的同質性。”
瑞士窗戶製造商埃什巴爾還集成了Sintratec S2,用於多種最終用途,包括原型製作、模具和小批量生產零件。與Kontakt-Simon一樣,該公司重視該技術列印與注塑零件特性緊密匹配的零件的能力。“對於SLS工藝,高達0.1毫米的公差和表面品質給我們留下了特別深刻的印象,”Eschbal技術部成員Michael Ebnö ther評論道。對於工具和最終使用的零件,機械性能至關重要。例如,Eschbal通過SLS 3D列印優化了一個連接器組件,使最終零件的重量減輕了33%。
案例研究僅代表了Sintratec高解析度3D印表機使用方式的一小部分。你可以找到更多客戶故事給你。
結論
總的來說,鐳射光斑尺寸是SLS難題的重要組成部分,會影響解析度等列印屬性。通過專注於鐳射光斑尺寸的精度,Sintratec在更廣泛的SLS市場中為自己開闢了一個位置,以滿足要求高列印精度和精細細節的應用。結合SLS出色的吞吐量和一致性,實現更小功能並最終獲得更高質量列印的能力將該技術提升到了另一個水準。
參考
1.Awad A、Fina F、Goyanes A、Gaisford S、Basit AW。3D列印:選擇性鐳射燒結的原理和藥物應用。國際制藥。2020年8月30日;586:119594.doi:10.1016/j . ijp harm . 2020.119594 . Epub 2020年7月2日。PMID: 32622811。
2.David L. Bourell、Trevor J. Watt、David K. Leigh、Ben Fulcher,聚合物鐳射燒結的性能限制,物理學進展,第56卷,2014年,第147-156頁,國際刊號1875-3892,https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.157.
3.遼、海、樂、山、龍、DV。“用試驗設計方法優化雙金屬粉末的選擇性光纖鐳射燒結。“ASME/ISCIE 2012柔性自動化國際研討會會議錄。ASME/ISCIE 2012柔性自動化國際研討會。美國密蘇裏州聖路易斯。2012年6月18日至20日。第475-482頁。ASME。https://doi.org/10.1115/ISFA2012-7232
4.呂麗蓮、傅俊輝、黃友生(2001)。選擇性鐳射燒結。鐳射誘導快速成型材料和工藝。馬薩諸塞州波士頓斯普林格。https://doi.org/10.1007/978-1-4615-1469-5_5
5.J. Chalupsk、J. Krzywinski、L. Juha、V. Hájková、J. Cihelka、T. Burian、l . Vyín、J. Gaudin、A. Gleeson、M. Jurek、A. Khorsand、D. Klinger、H. Wabnitz、R. Sobierajski、m . strmer、K. Tiedtke和S. Toleikis,“聚焦非高斯X射線雷射光束的光斑尺寸表徵”,Opt .快遞18,27836-27845 (2010)。
6.Oz Livneh,Gadi Afek和Nir Davidson,“用二元軸棱錐產生有效的、准直的薄環形光束”,應用光學。57, 3205-3208 (2018)
7.安凱塔·詹德爾、伊克希塔·查圖維迪、伊希卡·瓦齊爾、安庫什·劉冰、米爾·伊爾凡·烏爾·哈克,《3D列印——工業4.0中的工藝、材料和應用回顧》,《可持續運營和電腦》,第3卷,2022年,第33-42頁,ISSN 2666 4127。https://doi.org/10.1016/j.susoc.2021.09.004.
8.M. Launhardt,a . wrz,A. Loderer,T. Laumer,D. Drummer,T. Hausotte,M. Schmidt,用各種測量技術檢測SLS零件的表面粗糙度,https://www . science direct . com/science/article/ABS/pii/s 0142941816302057
9.Vaglio E,De Monte T,Lanzutti A,Totis G,Sortino M,Fedrizzi L .用小鐳射光斑直徑選擇性鐳射熔化Ti6Al4V獲得的單徑跡數據。數據簡介。2020年10月22日;33:106443.doi:10.1016/j . DIB . 2020.106443 . PMID:33195769;PMCID: PMC7642809。
10. https://sintratec.com/sls-3d-printer/amp/sintratec-s2/
11. https://www . prodways . com/WP-content/uploads/2021/09/ProMaker-p 1000-Series-EN-v 19 . 08 . 2021 . pdf
12.https://www . 3D-printer . com/3D _ Pr
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超快 3D 列印 – LSPc 列印設計指南
XiP和NXE系列3D印表機
導言
瞭解2023年最新的超快3D列印材料,哪種材料能夠承受在氣泡成型機中製造15,000個鏡頭所需的高溫和壓力?哪些樹脂用於必須承受紫外線、溫度變化和其他基本外部條件的生產部件?這種新的陶瓷材料是最快的3D列印材料,但它也可以承受最高的溫度。
想知道幾分鐘內可以列印哪些其他類型的材料嗎?看看指南。
本指南涉及:
2023年更新的材料
材料的特性和使用可能性
每種材料的認證測試規格
材料使用案例研究
LSPc® 技術
Nexa3D方法
Nexa3D專有的LSPc技術將光聚合物流式焦油與紫外線(UV)光一起轉化為結構塑膠。先進的膜技術與可擴展的4K LCD圖像掩蔽相結合,為用戶提供了高生產率的製造系統,使他們能夠快速迭代產品概念,然後立即投入生產。
NexaX 智能軟體優化了每一層,以實現最短的列印時間和始終如一的品質。在XiP和NXE系列3D印表機上列印的零件具有出色的表面光潔度,全密度和各向同性特性,這是其他增材製造平臺無法實現的。
Nexa3D技術增強了世界各地的行業,包括定制消費品,牙科,工具製造,骨科,汽車製造,科學研究,電子,休閒,娛樂等。專業人士利用增材製造的眾所周知的優勢,結合NXE 400平臺的功能材料和生產力,開發出能夠徹底改變行業的產品。
超高速 Nexa3D
3D列印在從桌面到生產的創紀錄時間內
數量
約4.8L
195 x 115 x 210mm (7.7 x 4.5 x 8.3 in)
技術
LSPC
Pixel 尺寸
52 μm (0.0020 in)
最大解析度
4K (3840 x 2160)
27 部分列印時間*
43分鐘
印表機指紋(XYZ)
420 x 350 x 530mm (16.5 x 14 x 21 in)
材料包裝
1kg 鋁制墨水匣
* 適用於具有 200 微米層高和 x45 原型材質的 3 路連接檔。
後處理
適用於 XiP 和 NXE 系列 3D 印表機的自動清洗和固化
我們的3D列印後處理解決方案可確保使用商用3D印表機製造的零件的機械性能和可預測的性能一致。
關於XIP
XiP Wash + Cure 是一款 2 合 1 後處理站,可在緊湊的封裝中提供最佳的自動後處理。只需使用IPA或xCLEAN將零件放入洗衣槽中,然後開始洗衣迴圈。然後取出洗衣槽並將其部分放在旋轉臺上,將LED手臂折疊下來,並將反射蓋放在其上以進一步固化。
一般考慮
Thermal
在設計LSPc工藝時,請考慮整個工藝流程和物理限制。我們的許多設計準則類似於注塑,因為樹脂經歷了1-2%的相變和收縮,類似於熱塑性塑膠凝固成形狀。然而,收縮是分層進行的,因此自由橫截面的突然變化可能導致變形。我們將告訴您如何避免此問題。
厚截面的硬化也導致過熱熱量的增加,並且在XY平面上有一定的硬化。NexaX 2.0 軟體可優化列印速度以控制溫度。添加液體樹脂的流動性有助於在構建過程中避免組件中的熱梯度,並允許更高的速度。
籌備建設
構造的前幾層是故意過硬的,以確保對構造板的應力,並且在XY方向上略微過大。這不應該是一個問題,因為通常只有支柱受到影響。如果您在沒有支撐的情況下構建,請在基礎表面的邊緣添加1-2毫米長的相位。這使得擠出的特徵保持可測量性,並且更容易從建築板上移除。每一層都比前一層高出一定的百分比,因此如果水準孔沒有被0.04毫米的平衡,則水準孔會略微偏斜。
後處理
從該部件中清除多餘的樹脂可能很難在糞便,空腔或微流體通道中使用,並且需要先進的清潔技術。此外,加熱或燃燒會導致平板變形。在硬化過程中添加肋骨或限制部分。
後處理
光學強化與硬化
光聚合工藝(如LSPc)中使用的樹脂並非完全不透明,因此光線穿透材料的薄區域並導致過硬化和/或硬化。在大多數情況下,這些效果不是問題,除非零件非常小,或者您嘗試使用設計實現非常窄的公差。如果您瞭解這兩種現象,您可以在設計和製造時輕鬆考慮它們。
覆蓋率(XY水準)
當紫外光源的光線擴散到遮罩邊緣之外並使遮罩邊界附近的材料硬化時,會發生過硬化,導致額外硬化0.01-0.05mm超出遮罩邊界。散射主要是由樹脂中的染料和填料引起的,因此校正因數因材質而異。過硬化度隨著曝光時間的增加而增加,在基層中通常大於0.05毫米。
硬化(Z軸)
硬化是光機的紫外線穿透現有材料層並產生額外硬化的效果。這是實現逐層責任所必需的。硬化導致材料在Z軸上的過硬化。硬化深度取決於材料,高解析度材料的硬化範圍為0.02-0.05mm,一些透明材料的硬化程度高達1.0mm。
Voxylation
印刷模型表示為體素
XY 解析度 = 面具的像素大小
Z 解析度 = 層高
默認情況下,反鋸齒應用於 XY 邊緣
設計諮詢
設計以建築物為導向
使用表面紋理和有機形狀
特徵目標大小 > 5 體素。
處理
與笛卡爾 Csys 正交對齊,或以大於 10° 的角度與任何軸對齊
降低層高以最大限度地減少層的形成或在Z中實現更高的解析度。
設計指導方針
與注塑成型或其他3D列印方法類似,重要的是要注意產品的可製造性。這些設計指南可幫助您生產出最佳零件,並利用 XiP 和 NXE 系列的超快性能和 LSPc® 技術。
內容目錄
1 牆體強度
2 懸掛和橋樑
3 彎曲的邊緣
4 洞
5 貝殼和殼形幾何
6 螺紋、插頭和固定裝置
7 文本,雕刻和雕刻的整合
1、牆體強度
牆面
介於1-5毫米之間的牆壁可靠地形成,並能承受隔膜和支柱移除的力。厚度為0.3毫米的牆壁可以具有有限的跨度和垂直方向。
小於0.8毫米的牆壁在清洗時可能會被淹沒,因此清洗時間有限。使用支撐觸點時,壁厚應<0.5mm。
較厚的牆壁可能會阻止完全再固化,並可能在列印過程中變得過熱,從而影響零件的品質。厚度大於 25 毫米的部件或牆壁可以以較低的速度列印,以控制溫度和收
可能
牆壁自由
0.5毫米
MIN 牆體與邊緣加強
0.3毫米
Rippen
為了在固化過程中保持形狀,應在大面積的情況下實現25:1的縱橫比。換句話說,一個1毫米厚的牆應該有所有25毫米的防水溝。肋的高度增加了有效壁厚,因此在50毫米的跨度上使用1毫米高的肋,在100毫米的跨度上使用3毫米高的肋。
建議
牆面
1-5 毫米,均勻,寬高比 8:1
肋骨距離
~25:1 縱橫比(即 1mm 牆面)
建議每25毫米使用一根肋骨)
二、懸架與橋樑
橫向超越
水準懸垂是模型中與建築平臺平行的任何部分。這些特徵很常見,不建議在沒有支撐的情況下列印。水準懸架大於2毫米應支撐。如果不支撐這些懸架,很可能會發生變形。
橋樑
在牆壁或支柱之間交叉的等距表面可以跨越雙倍的距離,如懸掛。這也適用於支柱的衝擊半徑(對於水準表面,使用1.5毫米的衝擊半徑為0.1毫米)。高達20毫米的跨度是可列印的,同時失去可測量性。
角落過度
傾斜的懸架是指向與建築平臺平行的不同方向延伸的懸架。對於這些懸架,需要至少30°的角度,以便它們可以自由構建。如果角度小於30°,則必須使用支柱,以確保設計按預期列印。否則,這些低角度存在去層/溶解的危險。
建議
可能
橫向懸掛
<2 mm
高達 4 mm
橫向擴展
<5 mm
<20 mm
橫向擴展
>30 Deg
>5 deg
3. 皺眉的邊緣
圓形邊緣,也稱為測量邊緣,是向下回收至零的特徵。
折疊的邊緣應縮小到0.3毫米或更大,否則有可能在後處理過程中損壞和彎曲。振動拋光時,需要進一步消光。
建議
可能
僵化
>0.3 毫米
>0.15 毫米
振動極限應用的穩定性
>1.5 毫米
>1.0 毫米
第四洞
最小孔徑
直徑小於1.0毫米的孔在列印過程中可能會因硬化而關閉。更大的孔可能需要清晰的樹脂。較小的孔是可能的,如果他們垂直對齊。清理洞可能是一個挑戰。避免粗孔和具有大縱橫比的孔。為了從這些孔中去除未固化的樹脂,可能需要使用壓力噴嘴進行清潔。
盲孔
在直徑小於3毫米的孔中,尿布的深度受到限制,因為表面張力可以防止樹脂流出。用壓力噴射器清洗,z。B. 使用注射器, 允許更深的孔. 只要有可能, 添加排氣孔在地面上的鵝口瘡.
建議
可以用特殊洗衣機
垂直洞的大小
>0.8 毫米
>0.3 毫米
非垂直孔尺寸
>1 mm(不透明樹脂)
>2 毫米(透明樹脂)
>0.6 毫米
麻袋的深度
<3x Durchmesser
<8x Durchmesser
通道的長度
<8x Durchmesser
<25x Durchmesser
第五章 高和被壓碎的幾何學
封閉體積
排空孔是必需的,如果一個封閉的體積,如。B. 存在磨損的部分. 排水孔用於從模型的封閉腔中沖洗樹脂。如果沒有排氣孔,未固化的樹脂將被鎖定在零件中,並可能導致零件損壞。使用至少兩個直徑為3毫米的孔,以允許清潔零件,或至少5毫米的直徑,如果只有一個孔是可能的。最好將孔放置在角落附近,樹脂和溶劑會自然流動。
創作
當一個殼形特徵被列印出來時,當Z軸升高以分離時,樹脂通過真空被拉向上,當軸返回到平臺時,樹脂被置於壓力之下。為了避免缺陷,您應該在功能的底部安裝排氣孔。NexaX允許添加凹孔和適當的止損,以便在列印後修補孔。孔的大小應與封閉體積的大小相匹配 - 體積切片直徑的10%通常就足夠了
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3D列印│3D掃描專家 普立得科技
「普立得科技將在2025年之內,達到影響台灣半數工程師體驗過工業等級3D列印材料在工廠實際應用落地的目標。因為我們相信每多一次3D列印就能推動台灣製造產業著「數位智造工業4.0」起飛,如同平凡但執著的萊特兄弟相信人類可以飛行的夢想一樣」堅持不懈。
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