光固化成型技術(shù)是增材制造領(lǐng)域最受歡迎和最普遍的技術(shù)之一，光固化3D打印機(jī)打印出來的模型精度比較高，所以，光固化3D打印機(jī)成為了許多用戶的首選。而打印精度可以說是LCD光固化3D打印機(jī)的核心。

然而由于光固化3D打印技術(shù)的特性， 透過屏幕的光均勻度一直是行業(yè)痛點(diǎn)，光不均勻直接導(dǎo)致打印失敗，或者打印件的一致性無法保證，直接影響光固化打印機(jī)的效能和普及。

突破光源技術(shù)瓶頸是實(shí)現(xiàn)光固化3D打印機(jī)均勻穩(wěn)定打印效果的重要因素。我們今天就來聊聊市場(chǎng)上現(xiàn)有的幾個(gè)光源技術(shù)，特別是針對(duì)目前市面上使用最多的陣列光源和積分光源，我們也做了一些光源測(cè)試實(shí)驗(yàn)，我們一起來看一看。

一、扇形單光源

扇形單光源是由多顆UV LED燈、大凸透鏡和鏡面反光杯組成，采用特殊透鏡技術(shù)讓分散的光向上聚集。在2019年之前，大多數(shù)早期的SLA/LCD 3D打印機(jī)都采用了這種UV LED系統(tǒng) 。扇形單光源是從一個(gè)點(diǎn)源輻射光線，分散到各個(gè)方向的光源技術(shù)。

扇形單光源形態(tài)圖

但扇形單光源的光線垂直匯聚在一點(diǎn)上，也就意味著散射光的面積大，發(fā)生光散射的概率很大。發(fā)生光散射會(huì)讓光線投射非常不均勻，從而影響到模型的精度。我們可以從下面的光源圖可以看到整個(gè)屏幕的均勻度并不那么表現(xiàn)的很完美。

扇形單燈源光源圖

二、陣列平行光源

陣列平行光源，采用分布式區(qū)域曝光拼接技術(shù)，由許多紫外燈珠整列均勻排布，對(duì)紫外光源的功率、均勻度、準(zhǔn)直度都有更高的保障。目前市面上絕大多數(shù)光固化機(jī)器采用的都是陣列平行光源的光源解決方案。

陣列平行光源原理圖

相比扇形單光源，因?yàn)橛休^少的光散射，它可以提供更清晰的對(duì)比度并且減少漫反射，生成精致和光滑的表面。陣列同時(shí)保證光源均勻地分布在整個(gè)成型平臺(tái)區(qū)域。

但相鄰四顆燈珠之間仍存在著交叉處光強(qiáng)不穩(wěn)定、光源分散不均等問題，使得打印模型容易出現(xiàn)局部打印精度高的區(qū)域誤差。像下面的一些廠商均采用這一解決方案，我們從圖中明顯可以看到交叉處存在光源不均勻的情況。

三、積分光源

積分光源，它通過光的折射和反射的原理，光均勻地投射在打印屏上，在傳統(tǒng)光源基礎(chǔ)上提升了均勻度和光源壽命，這種光源在遇到個(gè)別燈珠損壞的情況下，對(duì)打印效果沒有影響。從投射光線來看，積分光源相比矩陣光源的投射面明顯更為均勻。

積分光源成型原理圖

采用多顆燈珠陣列封裝，保證燈珠成型面積照度均勻及光源強(qiáng)度、發(fā)出光線的角度一致性。遮光罩可以有效阻擋光源側(cè)向多余光源對(duì)打印過程中的影響，屏蔽了燈珠之間的相互干擾問題。紫外光再通過前鍍膜反射鏡折射到打印屏。積分式光源能保證光線的均勻性及強(qiáng)度。

實(shí)際上，我們對(duì)陣列平行光源和積分光源也做過一系列的測(cè)試對(duì)比，包含輻照度測(cè)試、拉拔力測(cè)試、龍柱模型、老化測(cè)試、暗屏測(cè)試、多余固化測(cè)試等，下面我們就以其中的與精度相關(guān)一兩個(gè)測(cè)試來看看這兩個(gè)光源技術(shù)到底有著什么樣的差別。

測(cè)試一： 微柱孔 T1模型

我們?cè)谶M(jìn)行微柱孔模型測(cè)試輻照均勻度測(cè)試時(shí)， 我們分別使用陣列平行光源/積分光源的機(jī)器打印微柱孔柱（尺寸Φ0.3mm-Φ0.7mm）模型

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使用陣列平行光源的機(jī)器，75%的微柱Φ0.4mm微孔微柱均能打出。微孔顯示為70%，微柱顯示為78%。而使用積分光源打印出的模型有95%的Φ0.4mm微孔微柱均能打出。微孔顯示為70%， 微柱顯示為80%，微柱顯示為98%。

相比使用積分光源的機(jī)器，使用陣列平行光源的機(jī)器在打印相關(guān)模型時(shí)，微孔微柱顯示不完全，輻照度更加不均勻。

積分光源打印模型圖

測(cè)試二：t0模型精度測(cè)試

?

我們使用陣列平行光源/積分光源的機(jī)器分別打印如下的t0模型，模型設(shè)計(jì)尺寸：60x60mm。

我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用陣列平行光源的3D打印機(jī)打印的實(shí)際模型尺寸為59.78x59.78mm（下圖左），積分光源打印的實(shí)際模型為59.91x59.93mm

（下圖右），我們可以發(fā)現(xiàn)，積分光源的實(shí)際打印模型的尺寸誤差要明顯小于陣列平行光源。配備積分光源的機(jī)器打印出模型的精度要比陣列平行光源高的多。

測(cè)試三 拉拔力測(cè)試

我們使用陣列平行光源/積分光源的機(jī)器分別打印如下的t3模型，每層厚度差為1.00mm , 誤差允許范圍為1.00±0.10mm。

我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用陣列平行光源的3D打印機(jī)打印的實(shí)際厚度差在0.3-0.4mm左右，積分光源的實(shí)際打印模型的尺寸誤差在0.01-0.03mm左右，配備積分光源的機(jī)器打印出模型的層厚差要比陣列平行光源誤差小的多。

積分光源拉拔力測(cè)試

整體測(cè)試結(jié)果

實(shí)際上，我們對(duì)陣列平行光源和積分光源的機(jī)器做過一系列的測(cè)試對(duì)比，除了輻照度測(cè)試、拉拔力測(cè)試外，我們還進(jìn)行了龍柱模型、老化測(cè)試、暗屏測(cè)試、多余固化測(cè)試等全方位的測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)積分光源的機(jī)器明顯在輻照均勻度、拉拔力、暗屏測(cè)試等各個(gè)方面要好于陣列平行光源。

測(cè)試對(duì)比結(jié)果表

行業(yè)解決方案

配備了積分光源的機(jī)器，在行業(yè)應(yīng)用中熠熠生輝，廣泛使用于珠寶、游戲動(dòng)漫、手辦等各個(gè)應(yīng)用行業(yè)，極大地提升了3D打印的賦能價(jià)值，滿足行業(yè)對(duì)3D打印機(jī)精細(xì)化的要求。

max 6000uw/cm2的光強(qiáng)能量，>92%輻照均勻度，能極大提升打印精度、速度，確保極細(xì)的智能支撐打印質(zhì)量，真實(shí)還原0.1-0.3-0.7mm區(qū)間的人物表情、肌膚、服飾等細(xì)節(jié)。