DLP光硬化3Dプリント技術の原理と市場開発

はじめに:数多くの積層造形 (AM) 技術の中でも、デジタル光処理 (DLP) 技術は、高精度などの利点により市場で存在感を示しています。FDM (熱溶解積層法) や DIW (直接インク書き込み) 技術とは異なり、DLP では、印刷されたオブジェクトを材料プールから「引き出す」ことがよくあります。では、DLP 技術とは一体何でしょうか。 DLP 市場の現在の問題は何ですか?

DLP 印刷技術はどのように機能しますか?

DLP システム内には、樹脂トレイ (取り外し可能)、ビルドプラットフォーム、プロジェクター、Z ガントリーなど、いくつかの重要なコンポーネントがあります。

●プロジェクターは、紫外線（UV）に敏感な液体樹脂が入ったトレイの下に、特定のパターンの紫外線（UV）を上向きに投影します。光は樹脂トレイに組み込まれた透明スクリーンを通過し、樹脂と接触して印刷された層を特定の形状に固めます。

●レイヤーはビルドプラットフォーム上で固まり、Z軸上で反転します。ビルドプラットフォームは樹脂に半分浸かっているため、プラットフォームと樹脂トレイ間の距離は 1 つの印刷層 (マシンに応じて 10 ～ 25 ミクロン) になります。

●その層の材料が固まると、機械のZ軸が上方に移動し、トレイを覆う透明フィルムから層を剥がし、部品が完成するまでこのプロセスが繰り返されます。

そのため、印刷プロセス全体に絶対的な製造上の利点があり、フィラメントの押し出しや粉末の敷設を必要とせずに、非常に高速な印刷速度を実現します。

射出成形に匹敵する精度
DLP の精度は非常に高く、約 2 ミクロンになります。微細な層厚を使用することで、Z 方向の高精度も実現でき、詳細な構造の製造が可能になります。

△Carima社の連続DLP技術を使用して3Dプリントされた鼻腔スワブ。層の厚さが薄いため、拡大鏡で観察しない限り、印刷された部分の印刷層ラインを見ることは困難です。この技術は、表面品質の点で射出成形に匹敵します。業界にはさまざまなポリマー技術製品があり、DLP は極めて小さな構造を製造できるため、より厳しい許容誤差が要求されない限り、後処理操作は必要ありません。

材料
DLPの素材開発と革新も素晴らしいです。過去 5 年間で、より強力で堅牢なフォトポリマーが市場に登場しました。透明、バイオ、ゴムから高温、硬質素材まで、あらゆる素材を取り揃えています。

△この自転車用ヘルメットは、ETEC Xtreme 8KでLoctite 3D IND405™ Blackを使用して3Dプリントされ、クリップはLoctite 3D 3843を使用してプリントされました。ヘンケルが開発・製造した2種類の感光性樹脂が、世界最大手のメーカーであるETEC Xtreme 8Kで認定されました。

Loctite、3D Systems、Adaptive 3D（Desktop Metal）などの著名なフォトポリマー開発企業は、樹脂材料の開発を続けています。しかし、一部の材料会社はプリンターの仕組みを十分に理解しておらず、消費者とその部品に問題を引き起こす可能性があります。ハイブリッド材料の需要が高まるにつれて、プリンターメーカーは、まだ発見されていないアプリケーションを実現するために、材料開発者と協力し続ける必要があります。

△ Covestro の新しい Somos® PerForm HW 樹脂により、DLP および LCD 3D プリントを使用した効率的な小ロット生産が可能になります。
3D プリンター OEM のエンジニアリングチームは、自社の材料とサードパーティの材料会社の材料を比較し、いくつかの制限を発見しました。 3D プリンターメーカーと材料開発者は、非 OEM 原材料をユーザー向けに適応させるという困難な課題に直面しています。材料は、プリンターを購入した OEM およびパートナーから選択できます。

そのため、OEM と材料開発会社の連携においては、プリンターに合わせて調整/事前プログラムできる材料を提供するなど、エンドユーザーが材料を使いやすくすることが改善点の 1 つです。この場合、OEM はワンストップショップとなり、ユーザーエクスペリエンスが大幅に向上します。樹脂材料が市場に投入されるまでには、OEM と材料開発会社との連携が非常に重要です。では、DLP プリンターでサードパーティの材料を使用することは可能ですか?もちろん！しかし、機器や材料科学の経験がなければ難しいかもしれません。

機器メーカー代表的な海外DLP機器メーカーとしては、3D Systems、Desktop Metalの子会社Adaptive3D、Envision TECなどが挙げられます。国内の代表的なDLP機器メーカーとしては、Xunshi Technology、Liantai Technology、Shining 3D、Flashforge Technology、Resonic TechnologyのRAYSHAPE、Zongwei Cubeなどがあります。 △英国のQlab歯科技工所がRAYSHAPE 3Dプリンターを導入
DLP印刷格子構造
3D プリントされた格子構造は素晴らしいアプリケーションですが、さらなる開発と注意が必要です。

まず、光学機械と樹脂の間の透明フィルムから印刷された層がどのように剥がれるかを理解する必要があります。すでに硬化または印刷された部品は、層剥離プロセス中に伸びます。印刷プロセスの性質上、この現象により部品が故障し、部品の品質が低下する可能性があります。

△ Desktop Metal 独自の FreeFoam テクノロジーを使用して 3D プリントおよび処理されたフォームのような材料では、特定のプロジェクトにおける格子構造の実現可能性を判断するために、積層製造設計を適用する必要があります。格子構造を生成する機能を提供する OEM およびトポロジカルソフトウェア企業は、この印刷プロセスのダイナミクスをより深く理解し、プロセスのこの側面を研究して部品設計に関するガイダンスを提供するために取り組んでいます。

積層造形業界の多くの人々は、最近、泡のような材料の台頭を目の当たりにしています。 DLP を使用してフォームのような材料を直接 3D 印刷することは、剥離プロセス中に発生する伸張のため、ほぼ不可能です。 Desktop Metal の FreeFoam などのフォーム材料を、二次加工を施す前に硬い状態で印刷します。

結論● 製造業者向け: 企業は、材料の保存期間やサードパーティの材料の有効性を証明するプロセスに関して、より正確なコミュニケーションを行う必要があります。なぜなら、買い手はすでに、100%完璧なものは存在しないことを知っているからです。したがって、本当に適切な解決策がない場合は、顧客に正直に伝える必要があります。

● DLP 技術自体について: DLP 技術の利点は、射出成形に近い表面仕上げの固体部品を製造できることです。この利点により、DLP 技術は市場で一定の競争力を維持できます。 DLP は、モジュラーシステムを通じて独自の拡張性も提供し、密閉型プリンターはオフィスでの使用にも適しています。

近年の 3D プリンティングの成長により、DLP は最終的に射出成形の速度を上回ることができるのでしょうか?待って見てみましょう！

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