광중합 3D 프린팅에 사용되는 기술은 무엇이며, 그 장점과 단점은 무엇입니까?

3D 프린팅에는 다양한 기술이 있지만 그 중에서도 광중합형 3D 프린팅은 가장 오래되고 성숙한 기술이다. 수년간의 개발 끝에 SLA, DLP, LCD, CLIP, MJP, 2광자 3D 프린팅, 홀로그램 3D 프린팅 등 광중합 3D 프린터를 기반으로 한 많은 신기술이 등장했습니다. 오늘 Zongwei Cube Fang은 5가지 광중합 3D 프린팅 기술을 소개합니다.

1. SLA 광중합 3D 프린팅.

SLA 기술은 최초의 3D 프린팅 기술이자 업계에서 널리 사용되는 가장 성숙한 3D 프린팅 기술입니다. 이 기술은 1986년 3D 프린팅 업계의 선두주자인 3D Systems, Inc.의 공동 창업자인 Charles Hull에 의해 특허를 받았습니다. 현재 대규모 산업용 광경화 3D 프린터는 주로 SLA 기술을 기반으로 합니다.

SLA 기계에 일반적으로 사용되는 램프 파장은 355nm 레이저 빔입니다. 레이저 빔은 레진 탱크에 있고 노출 방향은 상단에 있으며 레이저 빔을 스캔하면서 액체 레진이 경화됩니다. 플랫폼을 낮추어 손익분기점에 도달합니다. 따라서 플랫폼 표면은 수지 표면 아래의 두께입니다. 그런 다음 레이저 빔은 경계를 추적하여 모델의 2차원 단면을 채웁니다. 수지가 한 층씩 경화된 후 플랫폼은 레이저 빔의 움직임에 따라 층을 하나씩 형성한 후 견고한 3차원 물체를 만듭니다. 이론적으로 레이저 빔은 넓은 공간을 가로질러 이동할 수 있습니다. 따라서 SLA 인쇄 기술은 대형 모델을 인쇄할 수 있습니다.

장점과 단점: SLA는 높은 완성도, 안정적인 인쇄 프로세스 및 많은 기계 공급업체를 갖춘 최초의 쾌속 프로토타이핑 기술입니다. 현재까지 SLA는 대형 모델을 프린팅할 수 있는 유일한 광조형 3D 프린터 기술입니다. 또한, 양이온성 광중합성 수지에도 제한이 있습니다. 레이저의 크기가 다르기 때문에 SLA의 해상도는 다른 광경화 기술보다 낮습니다. 그럼에도 불구하고 SLA 기술은 복잡한 구조와 작은 크기의 물체를 인쇄할 수 있을 만큼 정확합니다. 지금까지 SLA는 치과, 장난감, 금형, 자동차, 항공우주 등 다양한 분야에서 여전히 활용 가능한 중요한 프린팅 기술입니다.

2. DLP 광중합 3D 프린팅.

DLP 3D 프린팅의 핵심 기술은 이미지 형성과 프린팅 정확도를 결정하는 DLP 기술이다. DLP 기술이 나온 지 20년이 되었습니다. DLP 기술의 핵심은 1977년 래리 혼백(Larry Hornback) 박사가 발명하고 1996년 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)가 상용화한 광반도체 또는 디지털 현미경 장치 또는 DLP 칩이다. DLP 칩은 200만 개의 상호 회전축으로 구성된 소형 현미경을 포함해 오늘날 세계에서 가장 진보된 광 스위칭 장치라고 할 수 있다. 각 현미경은 대략 인간 머리카락의 1/5 크기입니다. 따라서 DLP 3D 프린팅은 인쇄 해상도가 더 높으며 인쇄 가능한 최소 크기는 50m입니다.

장점과 단점: 정확성은 DLP 3D 프린팅의 가장 큰 장점입니다. 그러나 높은 정확도를 보장하기 위해 투사 크기가 제한됩니다. 따라서 DLP 3D 프린팅은 작은 크기의 물체만 인쇄할 수 있습니다. DLP 3D 프린팅 기술은 정밀도가 높고 크기가 작은 모델만 프린팅할 수 있어 주로 보석 주조 및 치과 분야에서 사용됩니다.

3. LCD 광중합 3D 프린팅

레이저 스캐닝 SLA부터 디지털 프로젝션 DLP, 최신 LCD 프린팅 기술까지 모든 광중합 3D 프린터 기술, 조명, 이미징을 살펴보세요. 시스템 큰 차이가 있지만 제어 및 스테퍼 시스템에는 거의 차이가 없습니다. DLP와 LCD 3D 프린팅 기술의 가장 큰 차이점은 이미징 시스템이다. 액정에 전기장을 가하면 분자 배열이 바뀌어 빛이 통과하지 못하게 됩니다. 고급 LCD 화면 디스플레이 기술로 인해 LCD 화면의 해상도가 매우 높습니다. 그러나 전기장 변환 과정에서 소수의 LCD 분자가 재배열되지 못하고 빛이 약해집니다.

장점과 단점: LCD 기기는 가격이 저렴하고 해상도도 좋습니다. 그러나 LCD 화면은 수명이 짧기 때문에 정기적으로 교체해야 합니다. LCD 3D 프린팅의 밝기는 매우 약하여 빛의 10%만이 LCD를 통과하고 빛의 90%가 LCD에 흡수됩니다. 또한, 위에서 언급한 바와 같이 부분적인 누수로 인해 바닥의 감광수지가 노출될 수 있으므로 싱크대를 정기적으로 청소해야 합니다. 현재 LCD 광중합형 3D 프린터는 치과, 보석, 장난감 및 기타 분야에서 사용되고 있습니다.

4. 클립온 광조형 3D 프린팅

2015년 3월 20일 Carbon3DCorp가 개발한 CLIP 기술이 사이언스 표지에 등장했습니다.

이 기술의 핵심은 산소투과도를 연속적으로 인쇄하는 것을 용이하게 하여 자유라디칼 중합을 억제하는 산소투과막의 발명이다. CLIP 기술은 DLP의 최첨단 기술입니다. CLIP 기술의 기본 원리는 복잡하지 않습니다. 하단의 UV 돌출부는 감광성 수지를 경화시키고, 탱크 하단의 액상 수지는 산소 차단으로 안정된 표면값을 유지하여 경화의 연속성을 보장합니다. 아래의 특수 창문을 통해 빛과 산소가 통과할 수 있습니다. 이 기술의 가장 중요한 장점은 DLP 광중합 3D 프린터보다 25~100배 빠르게 물체를 파괴적으로 생산할 수 있다는 것입니다. 이론적인 잠재적 인쇄 속도는 DLP 기술의 1,000배에 달할 수 있으며 레이어링은 무한히 향상될 수 있습니다. 현재 3D 프린팅을 위해서는 3D 모델을 슬라이드 오버레이와 유사하게 여러 레이어로 잘라야 하므로 거칠기가 제거되지 않습니다. 슬라이드쇼가 오버레이 비디오로 발전하는 것처럼 CLIP 기술의 이미지 투영은 지속적으로 바뀔 수 있습니다. 이는 DLP 프로젝션 기술의 주요 개선 사항입니다.

장점과 단점: CLIP 기술은 진정한 3D 프린팅입니다. 이는 현재 3D 프린팅 기술에 있어서 획기적인 기술입니다. CLIP 기술의 가장 큰 장점은 빠른 인쇄라는 점에는 의심의 여지가 없습니다. 그럼에도 불구하고 해결해야 할 몇 가지 기술적인 문제가 있습니다. 지금까지 CLIP 기술에서는 빠른 프린팅을 위해 저점도 레진과 블랭크 모델이 필요했습니다. 처음 두 가지 방법은 인쇄 영역에 수지를 빠르게 보충할 수 있고 후자는 각 레이어의 양을 줄일 수 있습니다. 따라서 CLIP 프로세스는 고점도 수지 및 솔리드 모델에는 잘 작동하지 않습니다.

5. MJP 광중합 3D 프린팅

MJP 기술은 2000년에 이스라엘 회사인 오브젯(Objet)이 특허를 출원했습니다. MJP 3D 프린팅은 여러 노즐 세트가 함께 작동하여 모델을 효율적으로 프린팅할 수 있습니다. 모델 슬라이스 데이터에 따르면 작동 중에 수백 개의 노즐이 플랫폼에 액체 감광성 수지를 층으로 분사하고 인쇄 노즐이 XY 평면을 따라 이동합니다. 감광성 수지를 작업대에 분사한 후 롤러는 분사된 수지의 표면을 매끄럽게 하고 UVD 램프는 감광성 수지를 경화시킵니다. 한 레이어의 인쇄 및 경화가 완료된 후 장비에 내장된 작업대는 매우 정확하게 레이어의 두께를 줄이고, 노즐은 감광성 수지를 계속 분사하여 다음 레이어를 인쇄 및 경화시킵니다. 전체 공작물이 인쇄될 때까지 이 작업을 반복합니다.

장점과 단점: MJP 3D 프린팅의 경우 다양한 소재를 분사할 수 있는 노즐이 많다. 이를 통해 재료, 색상, 강성 등의 요구 사항을 충족하기 위해 여러 재료, 여러 색상을 동시에 인쇄할 수 있습니다. 현재까지 MJP 3D 프린팅은 멀티 컬러 모델을 프린팅할 수 있는 유일한 기술입니다. MJP 3D 프린팅은 처리 정밀도가 매우 높으며 레이어 두께를 16미크론까지 인쇄할 수 있습니다. 서포트 재료는 쉽게 녹거나 용해되므로 서포트 제거 과정이 비파괴적이고 쉽습니다. 따라서 프린팅된 모델의 표면이 매끄러워집니다. 마지막으로 인쇄 크기는 이론적으로 무제한입니다. 하지만 MJP 프린터 기계는 가격이 비쌉니다. 이러한 재료는 가격도 더 비싸고 점도도 낮습니다. MJP 기술은 높은 가공 정밀도가 요구되는 분야에 적용 가능합니다. 이제는 보석 주조, 정밀 의학 등에 자주 사용됩니다.