更快速率的大面積立體光刻，新型金屬偏振片技術(shù)有望革新傳統(tǒng)光固化3D打印

導(dǎo)讀：自發(fā)明以來(lái)，由于硬件的進(jìn)步，SLA 3D打印已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。立體光刻技術(shù)的突破關(guān)鍵在于光源器件，可以說(shuō)，每一次關(guān)乎光學(xué)硬件的革新升級(jí)，都會(huì)為光固化3D打印技術(shù)帶來(lái)新的可能。

2022年2月9日，南極熊獲悉，來(lái)自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和勞倫斯-利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在開發(fā)一種光固化3D打印機(jī)中所使用到的金屬有線網(wǎng)格偏振過(guò)濾器。

這種有線網(wǎng)格偏振器旨在取代單色LCD屏幕中使用的傳統(tǒng)PVA薄膜偏振器，該部件可產(chǎn)生用于打印單個(gè)層的圖案。早期的測(cè)試表明，與同類薄膜相比，新的有線網(wǎng)格偏振器的透光效率明顯提高。

在LCD 3D打印的背景下，傳輸效率的提高會(huì)導(dǎo)致更高的UV光強(qiáng)度、更短的打印時(shí)間、更大的UV穿透深度（更厚的層）和更寬的固化表面。

△金屬網(wǎng)狀偏光板的SEM成像。圖片來(lái)自Inha大學(xué)。

PVA薄膜偏振器與有線網(wǎng)格偏振器的比較

在投影式微立體光刻技術(shù)（PμSL）中，空間調(diào)制器是用來(lái)將紫外光投射到整個(gè)構(gòu)建板的區(qū)域，使基于PμSL的3D打印機(jī)能夠一次固化整個(gè)層�？臻g調(diào)制器可以采取LCD、硅上液晶（LCoS）或數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）的形式。

雖然PμSL通常比基于點(diǎn)陣激光的SLA快，但它確實(shí)有其局限性。例如，從一個(gè)小規(guī)模的空間調(diào)制器芯片投射紫外光需要一個(gè)高的放大系數(shù)，隨著表面積的增加，光的強(qiáng)度會(huì)降低。

此外，傳統(tǒng)的LCD具有兩個(gè)正交的薄膜偏振器，允許紫外光在某些區(qū)域通過(guò)。這里的工作機(jī)制是基于吸收原理的，即薄膜中的電場(chǎng)吸收平行于它們的光，但傳輸垂直于它們的光。這種傳統(tǒng)方法是有效的，但也降低了光源的有效強(qiáng)度。

為了解決與薄膜偏振器有關(guān)的問(wèn)題，使用有線網(wǎng)格偏振器成為了一種有可能的替代方法。與薄膜很相似，有線網(wǎng)格偏振器吸收平行光，但傳輸垂直光，只是它們的工作機(jī)制是散射而不是吸收。除了導(dǎo)致更高的傳輸效率外，金屬線網(wǎng)還可以承受更高的光強(qiáng)度而不受到損害。

△偏光濾光片被設(shè)計(jì)為只在一個(gè)軸上傳輸光線。圖片來(lái)自Codixx。

爭(zhēng)取更高的傳輸效率

為了測(cè)試有線網(wǎng)格偏振器的有效性，研究人員將其與帶有拉伸PVA偏振器的彩色和單色LCD進(jìn)行了比較。每種設(shè)備都被用來(lái)在各種紫外線波長(zhǎng)和光強(qiáng)度下3D打印硅樹脂部件。

研究小組發(fā)現(xiàn)，PVA薄膜偏振器的傳輸效率在較短的波長(zhǎng)下明顯下降，而線柵偏振器在每個(gè)波長(zhǎng)下傳輸更多的紫外光。薄膜和線柵的性能差異在波長(zhǎng)低于400納米時(shí)最為明顯。

從數(shù)字上看，對(duì)于365、385、405和450納米的波長(zhǎng)，薄膜偏振器提供的傳輸效率為0.0%、1.1%、22.9%和34.8%。對(duì)于相同的波長(zhǎng)，線柵偏振器提供34.4%、39.3%、39.1%和42.5%。

最終，研究結(jié)果表明，使用線柵偏振器可以獲得更高的輸出強(qiáng)度、更高的損傷閾值、更大的樹脂兼容性以及整體的打印性能的改善，證明了它們?cè)赨V LCD 3D打印機(jī)中的可行性。

該研究的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可在題為 "Use of wire gridpolarizers with liquid crystal display for large-volume stereolithography"的論文中找到。

相關(guān)論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2214860422000471

就在去年，位于奧地利的高精度光學(xué)設(shè)備開發(fā)商In-Vision公司推出了其首個(gè)4K紫外光投影儀，用于樹脂基3D打印機(jī)。這款命名為Phoenix的高性能光源是專門為需要高光強(qiáng)度和快速固化時(shí)間的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。

材料科學(xué)的進(jìn)步也是值得一提的，因?yàn)樾碌暮透倪M(jìn)后的3D打印樹脂正在不斷解鎖以前不可能的應(yīng)用。最近，3D打印機(jī)制造商B9Creations推出了一個(gè)新的樹脂系列，據(jù)說(shuō)可用于創(chuàng)建注塑成型質(zhì)量的塑料模具。在這一系列以"堅(jiān)固"聞名的產(chǎn)品中包括一種ABS和聚碳酸酯（PC）材料，它具有高熱變形溫度（HDT），使其成為生產(chǎn)光滑、耐沖擊模具的理想材料。