Application and process of ultraviolet laser in 3D printing (SLA)

This article will guide you to understand and master the process research and application of UV lasers in 3D printing.

1. Laser and laser processing technology

(1) Laser is one of the important inventions in the 1960s. It has the advantages of good monochromaticity, directionality, strong coherence and high power density. With the development of the industry, there are more and more types of lasers. According to its wavelength, it can be divided into three categories: infrared laser, green laser, and ultraviolet laser. The application and process of ultraviolet laser are mainly introduced here.

(2) Ultraviolet laser

Die Wellenlänge des UV-Lasers beträgt 355 nm, was zur Kaltlichtquelle gehört, die vom Material besser absorbiert werden kann, und die Beschädigung des Materials ist auch am geringsten. Die Wellenlänge des ultravioletten Lasers ist kurz. Am Beispiel des inländischen Belling 3W-Ultraviolettlasers beträgt die Impulsbreite 10 ns bis 15 ns und die Einwirkungszeit auf das Material ist kurz, wodurch die Zeit der thermischen Wirkung minimiert und das Material geschützt werden kann. Der Spot ist 0,5 mm groß (die obigen Daten sind für Laser verschiedener Hersteller unterschiedlich), je kleiner der Spot, desto konzentrierter die Energie. Verglichen mit der hohen thermischen Wirkung von Faserlasern und dem großen Punkt von CO2-Lasern haben UV-Laser einzigartige Vorteile bei der Bearbeitung einiger Spezialmaterialien.

Forschung und Anwendung der UV-Laser-3D-Drucktechnologie

UV-Laser

Zweitens die Anwendung und der Prozess des UV-Lasers im 3D-Druck (SLA)

(1) Prinzip und Mechanismus des UV-Laser-3D-Drucks

Der ultraviolette Laser bestrahlt das flüssige lichtempfindliche Harz durch die gepulste ultraviolette Welle (UV), und dann scannt das Scangalvanometer die XY-Ebene Schicht für Schicht von unten nach oben und verfestigt und formt schließlich mit hoher Formgenauigkeit (±0,1 mm). ), mit einem hohen Grad an analoger Reduzierbarkeit.

(2) Die Hauptparameter des UV-Lasers im 3D-Druck

Da der Absorptionskoeffizient von ultraviolettem Licht durch das flüssige lichtempfindliche Harz am größten ist, kann das Harz mit einer geringeren Lichtenergiedichte gehärtet werden, aber die Absorption von ultraviolettem Licht durch das lichtempfindliche Harz folgt dem Beer-Lambert-Gesetz, d. h. der Energie Die Dichte des ultravioletten Lichts nimmt mit der Transmission zu. Die Tiefenzunahme klingt exponentiell ab. Theorie und Experimente zeigen, dass nur dann, wenn die vom flüssigen lichtempfindlichen Harz empfangene ultraviolette Energiedichte einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, Gel erzeugt wird (der Gelzustand ist ein kritischer Zustand zwischen Flüssigkeit und Feststoff), so dass es notwendig ist, währenddessen kontinuierlich mehr als 200 mW auszugeben der Aushärtungsprozess. Das kontinuierliche UV-Licht kann es aushärten, aber wie können wir eine bessere Aushärtungsqualität erreichen?

Die Härtungsqualität des Harzes wird hauptsächlich durch die Abtastgeschwindigkeit des UV-Lasers auf der Flüssigkeitsoberfläche, die Punktgröße der Laserformung und die kontinuierliche Ausgangsleistung des Lasers bestimmt. Die Abtastgeschwindigkeit des Galvanometers beeinflußt direkt die Impulszahl des Lasers und die Kontaktzeit des UV-Lasers auf der Oberfläche des flüssigen lichtempfindlichen Harzes. Wenn die Scangeschwindigkeit zu schnell ist, kann dies direkt zu einer unzureichenden Anzahl von Laserimpulsen oder der durch die kurze Kontaktzeit verursachten endgültigen Aushärtungshärte führen. Eine Reihe von Problemen, wie z. B. niedrige oder Aushärtungsfehler. Die Größe des endgültigen UV-Punkts auf der Oberfläche des flüssigen lichtempfindlichen Harzes beeinflusst die Dicke des Trägers und die Dicke des fertigen Produkts, und wenn der Laserpunkt nicht rund ist, kann dies zu einer ungleichmäßigen Energieverteilung auf dem Harz führen. was zu einer Abnahme der endgültigen Formqualität oder der Breite der Härtungslinie führt. Ausnahme usw. Das letzte ist die Laserleistung. Im Allgemeinen ist die kontinuierliche und stabile Ausgangsleistung zwischen 350 mW und 500 mW am besten. Wenn die Leistung zu hoch ist, kann das Harz schwarz oder gelb werden. Wenn die Leistung zu niedrig ist, kann das Harz weiß werden oder an Härte verlieren. Kann Probleme wie Anomalien der Aushärtungslinie und der Aushärtungstiefe verursachen. Zusammenfassend müssen wir die folgenden Bedingungen erfüllen, damit der Laser eine bessere Härtungsqualität erzielt: 1. Kontinuierliche und stabile Ausgangsleistung und über 350 mW; 2. 2. Kontinuierlicher und stabiler Laserausgangsimpuls; Bessere Laserpunktqualität. Wenn die Leistung zu hoch ist, kann das Harz schwarz oder gelb werden. Wenn die Leistung zu niedrig ist, kann das Harz weiß werden oder an Härte verlieren. Kann Probleme wie Anomalien der Aushärtungslinie und der Aushärtungstiefe verursachen. Zusammenfassend müssen wir die folgenden Bedingungen erfüllen, damit der Laser eine bessere Härtungsqualität erzielt: 1. Kontinuierliche und stabile Ausgangsleistung und über 350 mW; 2. 2. Kontinuierlicher und stabiler Laserausgangsimpuls; Bessere Laserpunktqualität. Wenn die Leistung zu hoch ist, kann das Harz schwarz oder gelb werden. Wenn die Leistung zu niedrig ist, kann das Harz weiß werden oder an Härte verlieren. Kann Probleme wie Anomalien der Aushärtungslinie und der Aushärtungstiefe verursachen. Zusammenfassend müssen wir die folgenden Bedingungen erfüllen, damit der Laser eine bessere Härtungsqualität erzielt: 1. Kontinuierliche und stabile Ausgangsleistung und über 350 mW; 2. 2. Kontinuierlicher und stabiler Laserausgangsimpuls; Bessere Laserpunktqualität.

Der 0,5-3 W luftgekühlte UV-Laser wird speziell für 3D-Druck- und additive Fertigungsanwendungen auf den Markt gebracht. Die Einzelpulsenergie dieses Lasers beträgt > 5 μJ bei 100 kHz, die Wiederholungsrate beträgt 30-100 kHz, die Pulsbreite beträgt < 70 ns bei 100 kHz und die Strahlqualität ist hoch (M2 < 1,3), Punktrundheit > 90 %, diese Strenge Parameteranforderungen können eine Reihe von Problemen wie unzureichende Härte und Farbunterschiede während des Aushärtungsprozesses perfekt lösen, und die luftgekühlte Kühlmethode macht den Laser kleiner und lässt sich leichter in den gesamten Lichtweg des 3D-Drucks integrieren