Hoe sculpteert laser 3D-printen modellen zo precies?

Wanneer 3D-printen wordt genoemd, denkt u misschien eerst aan het stapelen van plastic filament. Maar er bestaat een laser 3D-printtechnologie — stereolithografie (SLA) op basis van scanning met een high-speed galvanometer — die delicaat uitziende modellen kan creëren alsof ze "gebeeldhouwd met licht", terwijl het het "kopeinde"-defect wordt vermeden. Hoe wordt een balans gevonden tussen hoge precisie en efficiëntie?

In tegenstelling tot gewone fused deposition modeling (FDM), waarbij objecten worden gemaakt door gesmolten plastic filamenten op elkaar te stapelen, gebruikt SLA vloeibare lichtgevoelige hars. Een ultraviolette laser hardt de hars uit waar deze die raakt, en een galvanometer – die fungeert als een "lichtpen" – stuurt de laser aan om de omtrek van elke laag te tekenen, die vervolgens wordt opgestapeld tot het model. De hoogwaardige galvanometer en het intelligente controlesysteem zijn de sleutel tot het snel en nauwkeurig 'tekenen' van de laser.

De galvanometer is de "precisienavigator" van de laser 3D-printer. Bestaande uit spiegels en scansmotoren, zorgt hij ervoor dat de laser snel in de X- en Y-richting scant – sneller en stabiel dan de vroegere XY-as bewegende platformen. Echter, bij hoge snelheden kan de galvanometer vertraging vertonen, zoals het 'afronden' van hoeken, en kunnen snelheidsveranderingen leiden tot ongelijkmatige uitharding van de hars, wat het "luciferkop"-effect veroorzaakt.

De oplossing is om een intelligent regelsysteem aan de galvanometer toe te voegen:

• Gebruik een snelheidsplanningsalgoritme om de maximale snelheid voor verschillende bochten te berekenen (ongeveer 750 mm/s voor 180° bochten, tot 2500 mm/s voor 20° bochten), waardoor nauwkeurige bochtstraversering mogelijk is.
• Pas de laserintensiteit in real-time aan op basis van de snelheid om een uniforme hardsmeltingsenergie van het hars te garanderen en abnormale stolling te voorkomen.
• Efficiënt lezen van 3D-modelbestanden is ook cruciaal. Bestanden zoals Gcode en SLC kunnen honderden megabytes groot zijn, wat direct lezen traag maakt en het bekijken van specifieke lagen moeilijk. Onderzoekers gebruiken gesegmenteerde multi-channel caching — het bestand splitsen, parallel parseren en binaire zoekopdrachten gebruiken om snel doellaagjes te vinden — wat de efficiëntie sterk verbetert.
• Nadat de contouren zijn geparseerd, wordt het ray casting-algoritme gebruikt om binnen- en buitencontouren te onderscheiden (oneven snijpunten betekenen binnencontour, even snijpunten betekenen buitencontour). De volgorde wordt aangepast volgens regels en er wordt een "contourboom" gemaakt om te voorkomen dat de laser "verkeerde grenzen tekent."

Tegenwoordig kan SLA-technologie zeer gedetailleerde modellen afdrukken, van kleine tandmodellen tot grote industriële onderdelen, en wordt deze gebruikt in de sieradenindustrie, industriële prototyping en medische restauratie. Het gaat niet alleen om "materialen stapelen", maar om "details vormgeven met licht en algoritmen", wat belooft dat er in de toekomst meer hoogwaardige, gepersonaliseerde producten zullen komen.