Технология DLP. Цифровая светодиодная проекция (DLP)
Цикл статей по DLP-принтерам. Логичнее было бы начать с общих принципов работы, но статья про проектор кажется мне наиболее актуальной, т.к. по ним постоянно возникают вопросы. К тому же это самая важная и дорогая часть DLP-принтера.
Итак, проектор для DLP-принтера должен быть, неожиданно, технологии DLP. Это связано с тем, что спектр излучения, на которое реагируют фотоинициаторы полимера и спектр излучения проектора имеют очень небольшую область пересечения. КПД получается очень низким. В DLP-проекторах в спектре присутствует некоторое количество мягкого УФ-излучения, который в купе с фиолетовым (длины волн примерно 390-410 нанометров) худо-бедно полимеры отверждает.
В альтернативной технологии 3LCD свет лампы проходит через lcd-матрицы и блок массивных стеклянных призм, которые урезают и без того узкий полезный для нас спектр.
Следующий критически важный параметр - яркость
. Яркость проекторов измеряется в ANSI люминах (ANSI-методика измерения этих самых люменов, у китайцев может быть своя - китайская, так что с ними аккуратнее).
Считается, что проектор для принтера должен иметь яркость не менее 2700 люмен. Граница несколько условная, но в общем я рекомендую ее придерживаться. А вообще лучше смотреть на мощность лампы. От 190 Вт и выше - наш вариант. Видим, что светодиодные проекторы - сразу мимо.
Небольшое углубление в дебри
По идее чем больше люменов, тем быстрее должен отверждаться полимер.
Однако есть мнение, что при одинаковой мощности лампы разницы между проектором 2700 люменов и 3100 люменов нет, либо она ничтожна. Производители гонятся за люменами и прибегают к различным ухищрениям, чтобы раздуть эти цифры. То, что удалось увеличить общую яркость белого цвета, вовсе не гарантирует что повысится мощность интересующей нас области спектра.
Контрастность. Казалось бы, тут все просто, это отношение максимальной яркости проектора к минимальной. Максимальная яркость достигается при отображении белого цвета, а минимальная - при отображении чёрного цвета. По методике ANSI измерения должны проводится на одном кадре. Однако, в погоне за цифрами производители измеряют по-другому. В современных проекторах есть система динамической контрастности, которая уменьшает яркость в темных сценах, делая черный максимально глубоким, и увеличивает яркость в ярких сценах. Производители считают отношение максимальной яркости в яркой сцене к минимальной яркости в темной сцене, получая космические значения контрастности в десятки тысяч. Для нас это мертвые цифры. Поскольку реальное значение контрастности в одном кадре без специального оборудования узнать невозможно, остается только придерживаться правила чем больше, тем лучше. А лучше вообще не заморачиваться с этим параметром.
Разрешение.
Важно различать разрешение проектора и разрешение принтера по XY. Разрешение проектора дается ему однократно при рождении. Стандартные значения 800х600, 1024х768, 1280х800, 1920х1080 пикселей. Смотреть надо на собственное разрешение, а не на максимально поддерживаемое!
Разрешение принтера по XY зависит от разрешения проектора и размера рабочей области. Т.е. разрешение 50 микрон (размер пикселя) может дать и проектор 1024х768 и проектор 1920х1080, только в первом случае рабочая область будет всего 40х30 мм, а во втором 96х54 мм.
Вычислить размеры области печати и соответствующие разрешения для конкретного проектора поможет DPI Calculator
Безусловно, чем выше собственное разрешение проектора, тем круче будет принтер. Я рекомендую использовать проекторы с разрешением не менее 1024х768.
Разъемы.
С точки зрения принтеростроения, абсолютно не важно, через какой интерфейс подключается проектор. Можно смело подключать по VGA, для вывода отдельных кадров этого более чем достаточно.
Есть еще один разъем, который может быть нам полезен. Это RS232. Популярный слайсер для DLP Creation Workshop позволяет управлять проектором через этот интерфейс. Например, можно настроить автоматическое отключение проектора по завершению печати. Если планируется его использовать нужно убедится, что на проекторе есть стандартный разъем RS232 DB9. На моем боевом Acer P1273 какой-то гнусный извращенец впендюрил вот такую подлянку:
Не то что кабель, штекер найти целый квест. Так что будьте бдительны. К счастью на большинстве проекторов используются обычные DB9.
По основным параметрам вроде всё.
Фокусировка проектора.
Большинство проекторов из коробки не может сфокусироваться на нужной нам области. Исключение составляют короткофокусные проекторы. Но у них есть ряд недостатков. Они дороже обычного проектора с аналогичными характеристиками. Гораздо труднее найти б/у. И самое главное, не понятно, какое же конкретно разрешение по XY можно получить на данной модели короткофокусного проектора.
Обычные же проекторы требуют доработок.
Самый простой вариант - использовать дополнительную линзу. Увы, даже хорошо подобранная линза вносит неизбежные искажения, так что это совсем любительский вариант. Хотя для простых задачь сгодится.
Вариант посложнее - выкрутить стопорящий винт (или удалить ламельку на некоторых моделях) объектива. Это позволит выкрутить объектив на лишних полоборота. Иногда этого бывает достаточно. Если нет, то придется изготавливать "удлинитель".
Об этом я уже подробно .
К сожалению, существует другой вариант объектива, нарастить резьбу на котором гораздо сложнее (линза находится в нижней части резьбы и вставить переходник просто некуда). "Легкие" объективы я встречал на Acer и Benq. "Сложные" на ViewSonic и Infocus. Как без вскрытия узнать, какой объектив в конкретной модели, я пока, к сожалению, не знаю.
Еще один момент. Под переделку объектива лучше брать модели, у которых крутилка фокуса находится на объективе (как на Acer P1273) и разнесена с рычажком зума:
В моделях, где фокус и зум совмещены, после установки удлинителя крутилки перестают нормально стыковаться и приходится их как-то модифицировать:
Другие модификации
(которые я не одобряю). Есть несколько способов увеличения эффективной яркости проектора.
Удаление УФ-фильтра. Этот фильтр представляет собой стеклышко, отсекающее некоторое количество полезного нам излучения. В некоторых инструкциях его рекомендуют удалять. Проблема в том, что это стеклышко является частью системы охлаждения (возможно, в каких-то моделях это не так). Т.е. если его просто удалить, в воздуховоде будет дыра и потоки воздуха изменятся. Как это отразится на продолжительности жизни DLP-чипа, можно только догадываться. Заменить фильтр обычным оконным стеклом не получается - оно не выдерживает и трескается. Т.е. чтобы по умному избавится от этого фильтра нужно его заменить на какое-то жаростойкое УФ-прозрачное стекло. Современные полимеры позволяют с этим не заморачиваться.
Ломание цветового колеса. Именно необратимое ломание, т.к. если его просто отключить, проектор не пройдет селфтест при запуске и не включится. На мой взгляд, бессмысленный акт вандализма.
По всей видимости корни этой "модификации" стоит искать во временах, когда DLP-проекторы имели трехсегментное цветовое колесо, на котором терялось до 60% яркости при выводе белого цвета и избавление от него имело смысл. Сейчас давно уже используется 6-тисегментное цветовое колесо с прозрачным сектором для получения 100% яркости. Поэтому я сомневаюсь, что такая операция будет иметь заметный эффект. Хотя я сам не пробовал. Если у кого есть личный опыт, отпишитесь в комментариях.
Вообще я бы не рекомендовал связываться с моделями до 2013 года (условная граница). Конечно, есть соблазн купить на ебее "динозавра" за 10 баксов, но лучше поберечь нервы. У старых моделей более выражены детские болезни технологии типа недостаточной глубины черного или неравномерности яркости.
Вроде с основными моментами всё. Если что забыл, спрашивайте в комментариях.
По вопросам приобретения полимера 3DLab Basic пишите в личку. По другим вопросам тоже можно.
Удачи!
Технология DLP – высокий уровень печати
Для начала немного о самой
технологии DLP. Расшифровывает-
ся она как Digital Light Processing
(цифровая обработка света) и была
изобретена в далеком 1987 году, а
если точнее, то был изобретен чип,
сделавший это возможным. И даже
сейчас компания Texas Instruments
и изобретатель технологии Доктор
Лари Хорнбек (Dr. Larry Hornbeck)
владеют огромным количеством па-
тентов на технологию.
Собственно, что это за зверь
такой? DLP - просто один из самых
распространенных видов проекторов. С проекторами мы сталкиваемся множество раз в течение
жизни, начиная с похода в кино, заканчивая школьной презентацией. Но мы же не можем не экс-
перементировать, когда речь заходит о такой волшебной области, как 3D печать. Поэтому, хоть он
изначально и не был приспособлен для такой роли, он стал активно использоваться для отвержения
фотополимера и сейчас его можно встретить даже в принтерах компании 3D Systems, что подтвержда-
ет профессиональность его использования при всей неочевидности конструкции.
Что выделяет проекторную стереолитографию? Часто в качестве довода «в плюс» приводится ско-
рость печати: так как засветка слоя происходит целиком, то зачастую процесс несколько ускоряется.
Однако правило работает не всегда: скорость печати зависит от огромного количества факторов, так
что лучше ориентироваться на информацию, которую оставил производитель.
SLA
Метод стереолитографии (SLA) – это один из самых распространенных методов аддитивного производства 3D моделей. Принцип данного метода заключается в ультрафиолетовом излучении, которое, попадая на слой фотополимерной смолы, делает ее твердой. Данная технология нашла широкое применение среди профессионалов. Но до недавнего времени такие технологии мог себе позволить далеко не каждый, так как это довольно дорогостоящее удовольствие. Самое дорогое – это лазерные излучатели. Сейчас такой принтер можно купить по цене 170 000 рублей.
DLP как лучшая альтернатива SLA
Метод DLP – это альтернатива SLA. Вместо лазерных установок используются световые проекторы, которые стоят гораздо меньше, и, соответственно, снижается стоимость самого 3D принтера. В технологии SLA сканирование происходит с помощью одной или нескольких головок, принтеры 3D DLP в Челябинске проецирует изображение целого слоя до его полного затвердения. После того как слой затвердел, наносится следующий слой и так до самого конца, пока не будет готов объект. 3D принтеры в Челябинске, работающие по технологии DLP показывают высокие результаты точности и качества и ничуть не уступают оригинальной технологии стереолитографии.
Более того, принтеры DLP составляют большую конкуренцию принтерам SLA. Широко применение технологий DLP в стоматологии, машиностроении, ювелирной промышленности, дизайне и производстве сувениров.
Плюсы и минусы технологии DLP
3D принтеры по технологии DLP имеют ряд своих достоинств и недостатков. Какие плюсы DLP принтеров ?
- Высокое качество;
- Точность;
- Фотополимер – материал построения, имеет широкий диапазон механических характеристик, и может быть как твердым, так и мягким;
Минусы технологии :
- Высокая стоимость фотополимерной смолы;
- Более высокая точность может быть достигнута только за счет снижения скорости печати. Иными словами, чем точнее нужен объект, тем медленнее он будет воспроизводиться.
Тем не менее, несмотря на некоторые недоставки, такая технология очень хорошо заявила о себе и нашла широкое применение в среде профессионалов и 3 D прототипирования . Благодаря ей, можно воссоздавать самые сложные конструкции, самые мелкие детали. А смола, которая является основой, экологически чистая и достаточно прочная. Поэтому готовые изделия прослужат долгое время и будут максимально реалистичными.
В середине 2014 года в Санкт-Петербурге закончилась разработка линейки высокоточных профессиональных 3d-принтеров Starlight 3D и Russian DLP.
Starlight 3D является профессиональным решением для ювелирного дела, стоматологии и других сфер, где требуется высочайшая точность моделей, которую он вполне может обеспечить, а Russian DLP ориентирован на обучение, хобби и энтузиастов 3D-печати.
Заявленные характеристики очень амбициозны: толщины слоя от 20 микрон достаточно для печати мастер-моделей ювелирных изделий, стоматологических моделей, инженерных прототипов с высочайшей точностью. Максимальное разрешение по осям X и Y обладает солидным показателем в 45 микрон.
Мы протестировали 3D-принтер Russian DLP и взяли интервью у его создателя.
Комплектация и технические характеристики Russian DLP
Из представленных технических характеристик немного не впечатляет лишь область печати, составляющая 96х54х180мм. Опционально её можно увеличить до 144х81х180мм с помощью установки дополнительной поверхности для наращивания детали (субстрата).
Russian DLP поставляется в жестком деревянном ящике больших размеров. Упакован и закреплен надежно, так что никаких проблем и повреждений при транспортировке возникнуть не должно.
Комплектация включает в себя: сам принтер, кабели для подключения принтера и проектора, диск с программным обеспечением, руководством пользователя и прочими полезными мелочами, ванна для полимера и сам фотополимер в объеме 1 литр.
Принтер комплектуется DLP-проектором Vivitek с разрешением FullHD и увеличенным ресурсом лампы, что является очень важной деталью для 3D-принтера – экспозиция моделей может занимать очень длительное время, а высокий ресурс лампы поможет сократить затраты на обслуживание принтера до минимума.
В общем, сухая техническая информация это, конечно, здорово, но куда интереснее как поведет себя принтер в работе: насколько он удобен в использовании, надежен, стабилен, а главное, какое качество у получаемых деталей.
Внешний вид
Конструкция принтера максимально проста - открытый каркас, в нижней части которого на подвижной раме закреплен проектор, в верхней – рабочая камера, закрываемая красным прозрачным корпусом. В красном цвете выполнены винт субстрата и подсветка логотипа. Все вместе смотрится стильно и улучшает впечатление от незамысловатого дизайна всего принтера.
Направляющие, шаговый двигатель, подъемный стол находятся на виду и открыты для обслуживания и сервиса.
За рабочей камерой находится управляющая электроника, скрытая в сплошном корпусе.
Пожалуй, один элемент, который требует крайне аккуратного обращения – это ванна для фотополимера. Пленка, которая находится на его стекле, довольно тонкая, а её повреждение и попадание туда смолы поставит на вашей печати крест. Так что при очистке ванны нужно быть очень осторожным.
Элементов управления на самом принтере совсем немного – кнопки включения/выключения, сброса и регулировки высоты платформы. Все остальное управление осуществляется с помощью подключенного к принтеру компьютера. Конечно, остаются еще элементы управления на проекторе, но о них, после первоначальной настройки, можно забыть.
Программное обеспечение
На диске находятся все необходимые для печати файлы и программы: драйвер принтера, секвенции (набор изображений для каждого слоя) для очистки, файлы различных поддержек, руководство пользователя и две самых важных программы: Creation Workshop и RussianDLP Print Manager.
Creation Workshop – это программа-слайсер для SLA и FDM принтеров. Отличается удобной ручной расстановкой различных поддержек, настройкой их формы. На выходе экспортирует модель в виде секвенции изображений, которая передается в RussianDLP Print Manager. Здесь выставляются все настройки, передаваемые принтеру – время экспозиции, толщина слоя, скорость подъема и другие.
Обзор процессов и качества печати
Сразу отметим, что из коробки принтер требует некоторой настройки и калибровки. Большинство этих настроек не требуется проводить в дальнейшем, и запуск печати будет проходить намного быстрее.
Если используется тот же фотополимер и принтер не подвергался транспортировке, то перед печатью не потребуется дополнительных манипуляций, кроме слайсинга.
Каждый новый вид фотополимера требует своих настроек толщины слоя, времени экспозиции, времени засветки первых слоев. Зато обилие настроек подразумевает и большое количество применяемых смол собственной разработки:
Полностью выжигаемый ювелирный фотополимер
Технический фотополимер
Керамический фотополимер
Кстати, отличительной особенностью этих материалов является то, что их стоимость не зависит от валютных колебаний и производятся они все в РФ.
Мы решили протестировать его для работы в ювелирном деле как в области, наиболее требовательной к точности моделей. Проверим его печатью двух экземпляров довольно сложных по геометрии колец. Модель содержит множество отверстий размером около 0,5 мм. При этом использовалась идущая в комплекте смола собственного производства Starlight красного цвета.
Для печати мы использовали следующие настройки программы Russian DLP Print Manager:
Соединяемся с принтером и начинаем печать. Первая печать прошла без каких-либо проблем: модель отлично прикреплена к субстрату, напечаталась успешно. Маленькие отверстия заполнены смолой, но это решается опрыскиванием модели спиртом из пульверизатора. Отверстия прочищены, отправляем модели на окончательную полимеризацию в ультрафиолетовую камеру, и оцениваем результат.
Кольца получились просто идеально. Самые маленькие детали проработаны, рисунок на них тоже очень детализирован, слоев не ощущается совсем, ни на ощупь, ни визуально. Все свои заявленные характеристики принтер оправдал полностью. Смола довольно гибкая, поверхность глянцевая. К слову, себестоимость каждого кольца по полимеру составила около восьми рублей.
Для сравнения мы напечатали такое же кольцо на принтере той же ценовой категории Formlabs The Form 1+ и сравнили результат.
Здесь Russian DLP выиграл в качестве печати: тонкая сетка получилась намного лучше в отличие от Form 1+. Еще одно преимущество - количество поддержек: слайсер Form 1+ сгенерировал их в огромном количестве, что доставит проблемы при постобработке. В CreationWorkshop, который использует Russian DLP, поддержки можно выставлять вручную, и нужно их намного меньше. И еще один плюс к Russian DLP - благодаря субстрату особой формы необходимая толщина подложки намного меньше, что существенно экономит фотополимер и снижает стоимость печати.
Во время подготовки этой статьи, производитель успел распечатал кольцо на выпущенном всего несколько дней назад выжигаемом фотополимере Starlight и показал качество его выжига.
Результат литья просто отличный, детализация модели высочайшая и тлитое из металла кольцо выглядит замечательно. Подводя итог, можно сказать, что даже младшая модель в линейке уверенно обеспечивает качественное исполнение моделей для ювелирного дела.
Вывод
Принтер однозначно заслуживает внимания. Являясь одной из самых дешевых моделей в своем классе, он обеспечивает не уступающее конкурентам качество печати.
Конечно, нужна предварительная подготовка, готовность к экспериментам и знания методов 3D-печати, но результат вы получите соответствующий. При этом, принтер надежен, все элементы, подверженные износу, сделаны добротно и при необходимости легко обслуживаются.
Мы не могли не воспользоваться подвернувшимся случаем и взяли небольшое интервью у создателя отечественных 3D-принтеров Starlight 3D и Russian DLP о его разработках и планах на будещее:
Печать трехмерных моделей пока еще является новинкой, и многим еще непонятно, что это, как работает и для чего нужно. 3D-печать – полезная технология, облегчающая работу специалистам многих отраслей.
Понятие о 3D-печати и DLP
Трехмерная печать появилась как способ прототипирования. Прототипирование – это создание модели в материальном виде. Вначале создается 3D-модель. Затем она должна быть изготовлена в материале. Это необходимо для наглядности идеи будущего продукта, для проведения тестов. Прототипирование было достаточно сложной задачей, пока не появилась технология Rapid Prototyping – быстрое прототипирование.
До появления быстрого прототипирования макет приходилось изготавливать вручную. Лепка, вытачивание на станке и так далее – все это достаточно длительный процесс, который отнимает время. Соответственно, теряется и эффективность всего производства. Устройства, которые стали называть 3D-принтерами решили эту проблему. Макет создается быстро и является качественной моделью.
3D-принтер – это устройство для послойного создания реального объекта на основе трехмерной модели, созданной на компьютере соответствующими программными средствами. Существует несколько технологий. Одними из самых эффективных являются устройства с DLP-проектором.
Digital Light Processing (DLP) – технология цифрового проецирования, основанная на применении микроскопических зеркал. Имеет широкое использование во многих сферах, например, в медицине.
Светодиодное проецирование в трехмерной печати является основным конкурентом SLA – лазерной стереолитографии. SLA широко распространена, но имеет высокую стоимость, из-за использования лазера. Эти методы называются аддитивными.
Принцип работы DLP
DLP-устройства основаны на применении зеркал. Микроэлектромеханическая система создает изображение, управляя зеркалами, которые расположены на полупроводниковом чипе. Принцип работы зеркал схож с цифровым кодом, состоящим из нулей и единиц. В этом случае единицей служит отраженные свет, когда он падает на зеркало, а нулем – поглощенный свет, когда он падает на радиатор. Зеркала быстро позиционируются, что позволяет управлять интенсивностью света и добавлять в изображение оттенки.
В соответствии с программой, заданной трехмерной моделью, свет направляется на участки печатного материала. Под воздействием света субстанция отвердевает. Один за другим формируются слои изделия. Другими словами, принтер «выращивает» объект.
Минимальная толщина слоя при использовании DLP очень мала – 10 мкм. Это наилучший показатель точности среди 3D-принтеров. Скорость печати также более высока, чем у таких технологий, как FDM, SLA, SLS.
Материалы для 3D-печати по технологии цифровой светодиодной проекции
Для трехмерной печати могут использоваться самые разные материалы, от металла и бетона до шоколада. С развитием трехмерной печати увеличивается и число материалов, пригодных для этого. Благодаря этому открываются широчайшие возможности в производстве.
Для аддитивных методов печати используются только фотополимерные смолы. Это жидкие полимеры, чувствительные к ультрафиолетовому излучению. Ограниченность материалов связана с тем, что субстанция должна затвердевать под воздействием лучей. Понятно, что металл или шоколад для этого не подойдет.
Тем не менее, светодиодная печать эффективно используется. Это один из видов принтеров, которые вполне пригодны для домашнего использования. Изделия из фотополимера отличаются высокой прочностью. Единственным недостатком является стоимость расходных материалов – найти дешевые фотополимерные смолы сложно. Сами принтеры уже имеют приемлемые цены.
Конструкция DLP 3D-принтера
Устройство таких принтеров не слишком сложно. Обычно они состоят из платформы, DLP-проектора и емкости с жидкостью. Вначале платформа находится возле поверхности жидкости. Проецируется первый слой, после чего платформа поднимается. Процедура повторяется, пока изделие не будут готово.
Имеющиеся в продаже принтеры могут отличаться своим устройством. Некоторые из них имеют платформу не поднимающуюся, а опускающуюся. Создаются решения с различными объемами емкостей для фотополимера и размерами платформ.
Применение и перспективы
Самым очевидным применением трехмерной печати является быстрое прототипирование. Преимущество этого метода перед субтрактивным (удаление лишнего) обеспечило 3D-принтерам популярность среди дизайнеров и инженеров.
Развитие технологий позволило применять трехмерную печать для несложного массового производства. Таким образом можно существенно упростить и снизить стоимость многих отраслей. Аддитивные технологии в этом плане довольно перспективны. Одной из проблем является недостаточная для массового производства скорость печати.
Ведутся разработки по использованию технологий трехмерной печати в медицине. Развитие в использовании органических материалов могут принести существенные плоды. Например, некоторые результаты по печати биоимплантов уже есть.
Перспективным направлением является печать электронных устройств. Несомненно, это технология более сложная, чем послойное «выращивание», но и о возможностях 3D-принтеров в недавнем времени сложно было подумать.
Наибольшее распространение 3D DPL-принтеры получили среди любителей. С помощью этих устройств можно создавать удивительные вещи, красивые подарки и сувениры.
Достоинства и недостатки DPL-принтеров
К достоинствам DPL-принтеров можно отнести высокую точность и скорость печати. Технология цифрового проецирования в целом очень полезна, о чем говорит ее применение во многих сферах. Всегда важно обращать внимание на перспективность, а 3D-печать еще не раскрыла всех своих возможностей. Еще один плюс этих устройств с DLP – более низкая стоимость, чем у других принтеров.
К недостаткам можно отнести используемый материал. Вопросом является безопасность используемых материалов. Существуют достаточно токсичные полимерные смолы. А еще они достаточно дороги. Но результаты вполне окупают эти недостатки.
Всем привет! Хочу рассказать вам о своем хобби - строительстве DLP 3Д принтеров. В первые услышал о технологии стереолитографии в момент выхода принтера B9Creator на KickStarter, с тех пор увлекся и начал изучать эту тему. Сама технология на первый взгляд довольно проста, всего лишь одна ось с платформой, на которой с помощью проектора или лазера послойно отверждается светочувствительный материал - фотополимер, но сложности, как оказалось, в деталях. Основных проблем стереолитографии две - это отделение слоя ото дна ванны с полимером и точная фокусировка светового потока.
Отделение слоя
Для начала хочу поподробнее остановиться на первой проблеме. После отверждения фотополимер очень сильно липнет ко всем поверхностям. Дополнительно при отдирании модели ото дна ванны присутствует эффект присоски(из -за вакуума и вязкости полимера), поэтому помимо анти адгезионного покрытия в системе реализации слоя должно присутствовать что-то, что минимизирует данный эффект. Я бы выделил следующие основные подходы к отделению слоя:
1. Сдвиг с переходом уровня. Ванна представляет собой двухуровневый контейнер, модель сдвигается с одного уровня на другой(более низкий). Может быть как слайдер так и вращательное движение. Используется в принтерах B9Creator, Autodesk Ember
2. Тильт(наклон) дна ванны. Этот вид тоже можно разделить на 2 подвида:
- так называемый passive tilt. Подход при котором наклон ванны вызывается самой моделью, т.е. модель тянется вверх и тянет за собой дно ванны, которое находится либо на оси вращения, либо на пружинах, либо просто деформируется, в конце концов происходит отлипание. Частный случай этого подхода гибкая(Flex) ванна. Используется во многих принтерах ввиду простоты реализации, из известных могу назвать Kudo Titan 1.
- наклон(tilt), который создается дополнительным мотором. Используется в принтерах Form 1, Envisiontec и многих других.
3. Две оси Z, в начале поднимается одна сторона платформы, затем другая. Из известных принтеров могу назвать Solidator.
Начал я свое строительство с первого подхода,по образу и подобию опенсорсного B9Creator. Результатом явился мой первый 3D принтер, вот такой гаражный зверь:
Печатал он довольно хорошо, и я долгое время не искал альтернативных подходов, но позже выделил для себя следующие недостатки:
1. Плоскость движения слайдера должна быть идеально параллельна плоскости слоя, иначе при сдвиге дно ванны будет цеплять модель и будут возникать смещения, артефакты и т.д.
2. Даже при идеальной параллельности при сдвиге идет боковая нагрузка за счет трения о дно и за счет вязкости полимера, в результате тонкие элементы(особенно если полимер не достаточно крепок и сильно вязок) будут обломлены или сдвинуты, что приведет к "грязной" поверхности или не пропечаткам.
3. Затруднено использование каких либо других антиадгезионных веществ кроме кремнеорганического силикона(PDMS). Сам по себе кременорганический силикон в качестве разделительного покрытия хорош, но он быстро мутнеет, в результате требуется его частая замена, что неудобно. Силикон также сильно рассеивает свет(особенно толстые слои) в результате падает детализация.
Я решил попробовать второй подход, passive tilt с использованием тефлона на дне ванны в ввиду простоты реализации. Но напрягала одна вещь, что нагрузка при отрыве все равно очень большая, потому как модель тянет собой весь вес ванны. При таком подходе модели часто срывает с платформы, нужны более толстые поддержки. Поэтому, чтобы вес ванны ложился не на модель, я сделал стальную рамку на магнитах. До ограничителя рамка тянулась магнитами и тянула за собой ванну вверх, после ограничителя ванна была наклонена, а модель с продолжала движение вверх. Выглядело это вот так(второй гаражный зверь):Позже этот принтер много модифицировал, ставил новую более мощную раму, рельсовые линейные направляющие, нормальную ось вращения ванны, но чистоты поверхности добиться не удавалось. Пока наконец не понял весь основной просчет passive tilt подхода, постараюсь объяснить на картинках.
Т.е. дно ванны при вращении в сторону движения платформы, создает дополнительную боковую нагрузку, в результате грязная поверхность модели. В сравнение наклон ванны в сторону от модели где данной проблемы не возникает:
В целом эта проблема решается, если дно ванны будет как можно более гибким(сильно гибче чем отвержденный полимер). На зарубежном тематическом форуме как раз начали появляться так называемые Flex Vat, ванны с тефлоновым(фторопластовым) гибким дном. И я решил создать свой вариант. Первое с чем я столкнулся, что фторопластовая пленка имеет порог натяжения, после определенного усилия она растягивается. Соответственно чем толще будет пленка тем сильнее ее можно будет натянуть, но главное, чтобы это было не в ущерб прозрачности и амортизирующему эффекту. Как оказалось, если ванна большой площади то даже при максимальном растяжении пленки она все равно будет прогибаться под весом полимера и давления платформы сверху в результате искажения геометрии и не пропечатки. Пробовал сделать поддерживающее дно на которое натягивается пленка, при этом пленка может прогибаться вверх, а снизу ей это не дает прогнуться дно из оргстекла. Но такой поход перестает работать после первого мытья ванны и попадания влаги между пленкой и оргстеклом, пленка прилипает к нему за счет вакуумных сил и весь амортизирующий эффект устраняется. Поэтому я решил сделать 2 ванны, одна для детализированных моделей с высоким разрешением и тоненькими элементами, в области печати только 0.1мм фторопластовая пленка, остальная площадь поддерживается фланцем из оргстекла. Вторая ванна для объемных моделей и более низких разрешений, дно ванны полностью из 0.5мм пэт, поверх которого натянута фторопластовая пленка, компромисс между амортизирующим эффектом и способностью прогибаться по весом полимера и давления платформы. Выглядит ванна вот так:
Но так как для больших поверхностей амортизирующий эффект на второй ванне - минимальный, решил добавить в свой принтер также активный наклон ванны, да и использование гибкой ванны и наклона одновременно создает еще более "нежный" отрыв модели ото дна ванны. Ну и всегда можно выбравть один из способов релиза или задействовать сразу оба, плюс при достаточно амплитудном движении тильта, возможно откинуть возвратно-поступательные движения по оси Z и тянуть модель из ванны "внатяг". На этот раз решил сделать все "правильно" и сел за разработку чертежей в SolidWorks. Изготовление планировал путем лазерной резки и гибки 3 мм алюминия, над дизайном особо не думал, главное это была простота конструкции и сборки. Сделал логотип и придумал "оригинальное" название:). Итогом разработки явился вот такой пепелац:
Ну а через некоторое время собрал итоговый вариант(ноутбук 15 дюймов для масштаба):
Далее хочу поговорить о второй проблеме, это фокусировка проектора в пятно света с пикселем нужного размера. Т.к. я планировал догнать и обогнать Envisiontec:))), то и сфокусировать проектор хотелось в пятно света с пикселем 25-30 микрон(разрешение по XY). Естественно ни один серийный проектор со штатной оптической системой так не сфокусируется, поэтому требуется ее модификация. Универсального рецепта тут скорее всего нет, но у каждого проектора есть колесо масштабирования, которое передвигает масштабирующую линзу, тут наша задача линзу от колеса "отвязать" и передвинуть на нужное нам место, что я и сделал для своего проектора. На четкость, как уже писал, влияет многое, замутненность дна, его толщина, материал из которого оно сделано, по своему опыту скажу, что наилучшая детализация у меня получалась на голой растянутой фторопластовой пленке. Далее важен сам процесс фокусировки, рекомендую делать это в темных очках(гораздо четче видно линии) и что нибудь(обычно бумажный шаблон для калибровки) нужно положить на поверхность ванны, потому как часто глаз видит преломленный свет на нижней поверхности дна ванны, а нужно сфокусировать на верхней поверхности.
Софт
За основу мной был взят исходник софта B9Creator 1.6, распространяемый под лицензией GPL v3, благо в С++ немного разбираюсь. Модуль расстановки поддержек и нарезки на слои остался практически без изменений, управление принтером адаптировал под свою прошивку, добавил поддержку выравнивающей маски, а также для возможности расстановки поддержек и нарезки на слои в Creation Workshop, добавил конвертер CWS файлов. Как того требует GPL выкладываю и скомпилированную win32 версию
Итог
Все описанное выше только мой личный опыт, на истину сильно не претендую.
В итоге принтер получился со следующими характеристиками:
Разрешение засветки по XY: 25-50 микрон
Разрешение позиционирования по Z: 10 микрон(без микрошага, соответственно 5, 2.5 .... и т.д. микрон с включением режима дробления шага)
Размеры области печати XY: 48 х 27 мм(при точке XY 25 микрон), 96 х 54 мм (при точке XY 50 микрон).
Высота построения: до 200мм.
Ну и фото распечаток
На электронный микроскоп, модель M4, распечатанная на EnvisionTEC Perfactory Aureus(принтер ценой 2.8 млн. р.), полимер RCP30(40-50 тыс р. за кг.) и рядом мой вариант(30микрон XY, 20микрон слой) полимер MaikerJuice(3-4 тыс. р. за кг).