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

The wavelength of ultraviolet laser is 355nm, which belongs to the cold light source, which can be better absorbed by the material, and the damage to the material is also the smallest. The wavelength of the ultraviolet laser is short. Taking the domestic Belling 3W ultraviolet laser as an example, the pulse width is 10ns-15ns, and the action time on the material is short, which can minimize the time of thermal effect and protect the material. The spot is 0.5mm (The above data will be different for lasers of different manufacturers), the smaller the spot, the more concentrated the energy. Compared with the high thermal effect of fiber lasers and the large spot of CO2 lasers, ultraviolet lasers have unique advantages in processing some special materials.

Research and Application of Ultraviolet Laser 3D Printing Technology

UV laser

Во-вторых, применение и процесс ультрафиолетового лазера в 3D-печати (SLA).

(1) Принцип и механизм УФ-лазерной 3D-печати

Ультрафиолетовый лазер облучает жидкую светочувствительную смолу импульсной ультрафиолетовой волной (УФ), а затем сканирующий гальванометр сканирует плоскость XY слой за слоем снизу вверх и, наконец, затвердевает и формуется с высокой точностью формования (± 0,1 мм). ), с высокой степенью аналоговой сводимости.

(2) Основные параметры УФ-лазера в 3D-печати.

Поскольку коэффициент поглощения ультрафиолетового света жидкой светочувствительной смолой является самым большим, смола может быть отверждена при более низкой плотности световой энергии, но поглощение ультрафиолетового света светочувствительной смолой подчиняется закону Бера-Ламберта, то есть энергия плотность ультрафиолетового света увеличивается с пропусканием. Увеличение глубины затухает экспоненциально. Теория и эксперименты показывают, что только когда плотность ультрафиолетовой энергии, полученной жидкой фоточувствительной смолой, превышает определенный порог, будет образовываться гель (состояние геля является критическим состоянием между жидкостью и твердым телом), поэтому необходимо непрерывно выдавать более 200 мВт в течение процесс отверждения. Непрерывный ультрафиолетовый свет может вылечить его, но как мы можем добиться лучшего качества отверждения?

Качество отверждения смолы в основном определяется скоростью сканирования ультрафиолетовым лазером поверхности жидкости, размером пятна формирования лазера и непрерывной выходной мощностью лазера. Скорость сканирования гальванометра напрямую влияет на количество импульсов лазера и время контакта ультрафиолетового лазера с поверхностью жидкой светочувствительной смолы. Если скорость сканирования слишком высока, это может напрямую привести к недостаточному количеству лазерных импульсов или окончательной твердости отверждения, вызванной коротким временем контакта. Ряд проблем, таких как низкий уровень или устранение сбоя. Размер конечного УФ-пятна на поверхности жидкой светочувствительной смолы влияет на толщину подложки и толщину готового изделия, и если лазерное пятно не круглое, это может привести к неравномерному распределению энергии на смоле. что приводит к снижению конечного качества формования или ширины линии отверждения. исключение и т. д. Последнее — мощность лазера. Как правило, непрерывная и стабильная выходная мощность от 350 мВт до 500 мВт является лучшей. Если мощность слишком высокая, смола может стать черной или желтой. Если мощность слишком низкая, смола может побелеть или снизиться твердость. Может вызвать такие проблемы, как аномалии линии отверждения и глубины отверждения. Таким образом, нам необходимо выполнить следующие условия для лазера, чтобы получить лучшее качество отверждения: 1. Непрерывная и стабильная выходная мощность и выше 350 мВт; 2. 2. Непрерывный и стабильный выходной импульс лазера; Лучшее качество лазерного пятна. Если мощность слишком высокая, смола может стать черной или желтой. Если мощность слишком низкая, смола может побелеть или снизиться твердость. Может вызвать такие проблемы, как аномалии линии отверждения и глубины отверждения. Таким образом, нам необходимо выполнить следующие условия для лазера, чтобы получить лучшее качество отверждения: 1. Непрерывная и стабильная выходная мощность и выше 350 мВт; 2. 2. Непрерывный и стабильный выходной импульс лазера; Лучшее качество лазерного пятна. Если мощность слишком высокая, смола может стать черной или желтой. Если мощность слишком низкая, смола может побелеть или снизиться твердость. Может вызвать такие проблемы, как аномалии линии отверждения и глубины отверждения. Таким образом, нам необходимо выполнить следующие условия для лазера, чтобы получить лучшее качество отверждения: 1. Непрерывная и стабильная выходная мощность и выше 350 мВт; 2. 2. Непрерывный и стабильный выходной импульс лазера; Лучшее качество лазерного пятна.

УФ-лазер мощностью 0,5–3 Вт с воздушным охлаждением специально выпущен для приложений 3D-печати и аддитивного производства. Энергия одного импульса этого лазера составляет> 5 мкДж при 100 кГц, частота повторения составляет 30-100 кГц, ширина импульса <70 нс при 100 кГц, качество луча высокое (M2 < 1,3), округлость пятна> 90%, эти строгие требования к параметрам могут идеально решить ряд проблем, таких как недостаточная твердость и разница в цвете во время процесса отверждения, а метод охлаждения с воздушным охлаждением делает лазер меньше и упрощает интеграцию 3D-печати в общий световой путь