微尺度3D打印設(shè)備是一種能夠在微米甚至納米級(jí)別進(jìn)行精確打印的先進(jìn)設(shè)備,,它的出現(xiàn)為科學(xué)研究和精密制造提供了新的可能性,。其工作原理主要基于光固化原理,特別是面投影微立體光刻(PμSL)技術(shù),。該技術(shù)使用高精密紫外光刻投影系統(tǒng),,將需打印圖案投影到樹脂槽液面,在液面固化樹脂并快速微立體成型,,從數(shù)字模型直接加工三維復(fù)雜的模型和樣件,。通過(guò)層層疊加的方式,最終構(gòu)建出所需的三維結(jié)構(gòu),。
微尺度3D打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要包括以下部分:
1,、光學(xué)系統(tǒng)
光源:常見(jiàn)的有紫外光LED、激光等,。如摩方精密的nanoArch S130系統(tǒng)采用UV-LED(405nm)作為光源,,為光固化樹脂的固化提供能量。
數(shù)字微鏡器件(DMD):在面投影微立體光刻技術(shù)中起關(guān)鍵作用,,可將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)掩模,,控制光源光線的投射形狀和位置,從而在樹脂表面生成特定圖案的光斑,。
2,、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)
Z軸移動(dòng)臺(tái):用于精確控制打印平臺(tái)在垂直方向上的移動(dòng),確保每層樹脂涂層的厚度均勻一致,,以及在打印過(guò)程中實(shí)現(xiàn)層與層之間的精確堆疊,。
X,、Y軸移動(dòng)臺(tái)或振鏡系統(tǒng):在一些設(shè)備中,通過(guò)X,、Y軸移動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)打印平臺(tái)或光源在水平面上移動(dòng),,實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)掃描或整面曝光;而在另一些設(shè)備中則采用振鏡系統(tǒng)來(lái)快速改變光束的方向,,提高打印效率,。
3、供料系統(tǒng)
樹脂槽或供料容器:儲(chǔ)存光敏樹脂材料,,為打印提供原料,。其設(shè)計(jì)通常要考慮樹脂的流動(dòng)性和液位控制,以確保在打印過(guò)程中能夠穩(wěn)定地供應(yīng)樹脂,。
供料泵或氣壓裝置:將樹脂從供料容器輸送到打印區(qū)域,,保證樹脂的持續(xù)供應(yīng),并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸送速度來(lái)控制樹脂的涂布厚度和均勻性,。
4,、控制系統(tǒng)
控制軟件:負(fù)責(zé)整個(gè)打印過(guò)程的控制,包括模型切片,、路徑規(guī)劃,、參數(shù)設(shè)置、設(shè)備監(jiān)控等,。它可以將三維模型轉(zhuǎn)化為一系列的指令,,發(fā)送給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng),協(xié)調(diào)各部件的工作,,確保打印的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,。
電子控制板:接收控制軟件的指令,并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào),,驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī),、光源的開關(guān)、供料系統(tǒng)的泵等硬件設(shè)備,,實(shí)現(xiàn)對(duì)打印過(guò)程的精確控制,。
5、檢測(cè)系統(tǒng)
傳感器:如光電傳感器,、液位傳感器等,,用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)打印過(guò)程中的各種參數(shù),如樹脂的液位,、打印平臺(tái)的位置、光源的強(qiáng)度等,。這些傳感器將監(jiān)測(cè)到的信息反饋給控制系統(tǒng),,以便及時(shí)調(diào)整打印參數(shù),,保證打印質(zhì)量。
顯微鏡或攝像頭:部分高精度的微尺度3D打印設(shè)備會(huì)配備顯微鏡或攝像頭,,用于觀察打印過(guò)程中的細(xì)節(jié),,如樹脂的固化情況、微結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量等,,幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整,。
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