Heichuang Technology の水中光硬化プリンター「Rocket 1」の技術分析

2021年9月、深セン市黒創科技有限公司は沈没型光硬化プリンター「Rocket 1」の発売を発表し、同年12月にクラウドファンディングのKickstarterで立ち上げ、国内外の3Dプリント愛好家から強い注目を集め、クラウドファンディングの総額は1,000万を突破した。

これまでに、2,000人以上のユーザーがこの3Dプリンターを注文しました。新しい光硬化成形技術であるため、まだ誰もがあまり馴染みがないと思います。そこで、Antarctic BearはBlack Innovation Technologyの担当者に連絡を取り、沈没したRocket 1に関する技術情報を整理して、皆さんと共有しました。

1. 黒創科技が沈没ロケット1号を開発する当初の意図<br /> Heichuang Technologyは2014年の設立以来、光硬化型3Dプリント技術の研究と周辺製品の開発に注力してきました。現在、市場で一般的な表面形成光硬化プリンターは、主にDLP投影モジュールとLCD現像モジュールに基づいています。その中でも、LCD光硬化プリンターは、高解像度と数千元の低価格のデスクトップモデルで消費者の支持を獲得し、世界最大のシェアを持つ光硬化プリンターとなっています。しかし、液晶画面は壊れやすいため、二次開発能力が悪く、耐障害性も低いため、注意しないと液晶画面が破損する可能性があります。DLPをコアとする投影型光硬化プリンターは現在最高の性能を備えていますが、数万以上と高価で、印刷フォーマットも小さいです。

そのため、DLP や LCD 光硬化プリンターは、まだ私たちが追求する技術形態ではありません。Heichuang の人々は、炊飯器のように使いやすい、高速、高精度、低コストの光硬化プリンターの開発に熱心に取り組んでいます。そこでHeichuangは、最下層のハードウェアから始めて、低コストで高精度の投影技術を開発しました。沈降光硬化の技術ルートをベースに、レベリング性に優れた超流動性樹脂を開発し、これらの技術を搭載した第一世代製品「Rocket 1」が誕生しました。
2. ロケット1の仕組み
Rocket 1は、デジタル光連続液体成形技術（DCLF）に基づく光硬化プリンターです。その印刷原理は、液体感光性樹脂が紫外線下で固化する特性を利用し、スライスソフトウェアを使用して、設定された層の厚さに応じて3次元データをZ軸方向に沿って水平にカットし、各層の断面画像データを取得し、Heichuangが独自に開発したデジタル表面投影光学機械の投影チップに送信して画像を表示することです。次に、UV 光を装置上部から投影チップに下向きに投影し、断面像の形状の UV 光を投影レンズに収束します。最後に、投影レンズが感光性樹脂の液面を照射し、断面像の形状に固化することで、層ごとに硬化して形成する 3D プリントプロセスを実現します。

つまり、Rocket 1 はプロジェクターのようなもので、コンピューターに必要なさまざまな画像を投影できます。ただし、画像をできるだけ鮮明に表示するには、投影レンズと結像面の距離、つまり投影焦点距離を一定に保つ必要があります。つまり、投影レンズによって感光性樹脂の液面に投影された像が最も鮮明に表示されるためには、それらの間の距離が投影焦点距離である必要があります。それらの間の距離が投影焦点距離内にない場合、投影された画像が不鮮明になり、印刷に失敗します。次の図は、異なる位置での投影イメージング面の違いを示しています。

△投影イメージ面が投影焦点距離より上なので、投影画像がぼやけて縮小されます。△投影イメージ面が投影焦点距離にあり、投影画像が鮮明です。△投影イメージ面が投影焦点距離より下なので、投影画像がぼやけて拡大されます。

3. ロケット1号の機能戦略
3.1. ロケット1の投影焦点距離を維持するための戦略

ロケット１は、トラフの基準面、感光性樹脂液面および投影結像面が一致するように設計されており、すなわち、投影レンズからトラフの基準面または感光性樹脂液面または投影結像面までの距離が投影焦点距離となる。
つまり、樹脂液面を常に焦点が合った状態に保つために、Rocket 1 は各印刷の前にタンクに樹脂を充填して投影焦点距離を維持します。印刷時にプラットフォームが材料タンク内に下降し、材料タンク内の空間容積が小さくなり、樹脂液面が急激に上昇し、材料タンクを超えない樹脂はオーバーフロータンクに溢れ、最終的に貯蔵ボックスに流れ込んで貯蔵されるため、樹脂液面は常に材料タンクの基準面、つまり投影焦点距離に維持され、フロート、モーター、液面センサーを介して液面を維持する必要がありません。

3.2 ロケット1号機形成プラットフォーム位置戦略
Rocket 1の印刷プラットフォームは、樹脂液面より約0.5mm高い位置に設置するのが最適です。これにより、印刷されたパーツの底部がプラットフォームにしっかりと密着し、反り現象を軽減します。

3.3. ロケット1の樹脂レベリング維持戦略<br /> Rocket 1は沈降光硬化（SLAに類似）技術ルートを採用しているため、スクレーパープロセスを回避するために、樹脂の迅速なレベリングを促進するナノ材料が開発されています。また、酸素阻害強化成分も含まれているため、酸素と接触する液体表面の未硬化層は、ゼロから十数ミクロンから数十ミクロンから数百ミクロンに変化します。樹脂の硬化特性を変えることなく、スクレーパーを使用することなく、沈降印刷液表面を迅速にレベリングできるため、超高速印刷を実現できます。

樹脂のレベリングが良好であるということは、樹脂が非常に薄いことを意味し、材料の性能が犠牲になるのではないかと疑問に思う人もいるかもしれません。この目的のために、当社はさらに 1 年を費やして、最高のレベリング特性を確保しながら超強靭な樹脂をデバッグしました。この樹脂は 6kg のハンマーでも壊れず、3.4mm の薄壁テストテープで踏まれても耐えられます。すべての指標が工業用基準を満たしています。

3.4 ロケット1号機のプリントのサポート戦略(1) 底部サポート
Rocket 1で印刷する場合、印刷プラットフォームが樹脂液面より約0.5mm高い場合、モデルの0.5mmの厚さが犠牲になり、底部の0.5mmの厚さの精度が非常に悪くなります。したがって、Rocket 1 を使用してサポートを追加する場合、底部に 3 mm を超えるサポートを追加すると、印刷の底部の精度が低下するのを防ぎ、モデルをプラットフォームから取り外しやすくなります。

△プリント下部にサポートなし △プリント下部にサポートあり（２）サポートが少ない
Rocket 1 の沈み込み印刷方式により、印刷プロセスは重力や剥離力の影響を受けません。印刷プロセス中に印刷物を静止させることができるため、追加のサポートの必要性が大幅に軽減され、印刷物の細部をより完璧に復元できます。
△シングルサポート印刷部品△高透明印刷部品（3）サポート底部は、サポート底板が大きな部品であるトップアップ光硬化機を回避するために、大きな統合面積にすることができません。沈み込み型は、底板面積を可能な限り減らす必要があり、プラットフォームの戻り穴を塞ぐことはできません。この方法により、樹脂内のプラットフォームの抵抗が最小限に抑えられ、樹脂のリフローが速くなり、レベリングが向上します。

（4）モデルの配置のヒント：最も鋭く薄い部分が上になるようにモデルを傾けてください。これにより、より良い印刷結果が得られます。モデルの最も大きなセクションを後ろに配置しないでください。

つまり、沈下型プラスサポートは引き上げ型とは異なります。沈下型では、プラットフォームの樹脂液に対する抵抗と樹脂の還流（レベリング）を考慮する必要があり、重力と剥離力を考慮する必要はありません。このため、磁性多孔質軽量抵抗プラットフォームと高速レベリングナノ材料を使用して、抵抗とレベリングを完璧に解決し、Rocket 1は連続成形、高精度、高性能を実現できます。サードパーティの樹脂を使用するとどうなるのかと質問するお客様もいらっしゃるかもしれません。理論的には硬化は可能ですが、レベリング、モデルの割れの有無、精度、表面の詳細、靭性、硬化時間などの特性を保証することは困難です。

4. Rocket 1のその他の注意事項(1) Rocket 1は工場出荷時に最適投影距離が調整されていますので、必要な場合以外は調整しないでください。
（２）ロケット１は、印刷前に樹脂を充填し、樹脂液面がタンクの基準面に達するようにする必要がある。
（3）Rocket 1は定期的に投影レンズを清掃し、ほこりや指紋が付かないようにする必要があります。投影レンズにほこりが付着していると、投影された画像が鮮明でなくなり、印刷に失敗することになります。
（4）印刷する前に、印刷中に液体リザーバーから樹脂が過剰に溢れ出さないように、液体リザーバーの容量が十分であるかどうかを確認してください。
（５）使用中は機械を振ったり、振動源から遠ざけたりしないでください。

5.Rocket 1 の長所と短所<br /> 利点: 印刷速度が速く、高精度、メンテナンス不要、摩耗部品なし、高精細復元、サポートが少ない、教育、フィギュア、宝石、医療、工業部品、その他の業界に非常に適しています。
デメリット: 高粘度の材料を印刷できません。

今後10〜20年で、3Dプリンター業界は間違いなく急速に発展し、次の産業革命においてかけがえのない業界でもあります。また、急速な発展の時代には、各業界の技術の更新と反復を迅速に理解する必要があります。技術の共有とコミュニケーションの精神で、私たちは新しいDCLF技術の上記の分析を行いました。気に入っていただければ幸いです。

ちょうど、TCT展示会が2022年11月3日から5日に再開されます。Heichuangは、Rocket 1、DSP 4K、DSP 8K光学機械、その他の大型製品をTCT展示会に持ち込みます。深セン世界会議展示センターのホール7のブースD90にぜひお立ち寄りください。Heichuangと業界の最先端技術やソリューションについて話し合い、積層造形の謎を解き明かしてください。

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