研究により、新しい金属偏光子技術に基づく樹脂 3D プリントが改良される

研究により、新しい金属偏光子技術に基づく樹脂 3D プリントが改良される
テキサス大学オースティン校とローレンス・リバモア国立研究所の研究者らは、樹脂ベースの 3D プリンターにおける金属ワイヤグリッド偏光フィルターの使用を調査しています。

モノクロ LCD 画面で使用される従来の PVA フィルム偏光子を置き換えるように設計されたワイヤード グリッド偏光子は、レイヤーを印刷するために使用されるパターンを生成します。テストの結果、新しいワイヤグリッド偏光子は従来のフィルムに比べて光透過効率が高いことが分かりました。

LCD 3D 印刷の場合、転送効率が向上すると、UV 強度が高まり、印刷時間が短縮され、UV 浸透深度が深くなり (層が厚くなり)、硬化表面が広くなります。

△金属ワイヤグリッド偏光子のSEM画像、画像は仁荷大学より提供。
PVAフィルム偏光子とワイヤーグリッド偏光子

投影型マイクロステレオリソグラフィー (PμSL) では、空間変調器を使用してビルドプレートの全領域に UV 光を投影し、PμSL ベースの 3D プリンターで層全体を一度に硬化させることができます。空間変調器は、LCD、シリコン上の液晶 (LCoS)、またはデジタル マイクロミラー デバイス (DMD) の形をとることができます。

PμSL は一般にポイント レーザー ベースの SLA よりも高速ですが、制限もあります。たとえば、小さな空間変調器チップから UV 光を投影するには高い倍率が必要であり、表面積が増加すると光の強度が低下します。さらに、従来の LCD には、特定の領域で紫外線を通過させる 2 つの直交する薄膜偏光子があります。ここでの動作メカニズムは、フィルム内の電界がフィルムに平行な光を吸収し、フィルムに垂直な光のみを透過するというものです。この従来のアプローチは機能しますが、光エンジンの有効強度も低下します。

薄膜偏光子に関連する問題に対処するために、代わりに有線グリッド偏光子が使用されます。薄膜と同様に、ワイヤグリッド偏光子は平行光を吸収しますが、垂直光を透過します。この方式は、吸収メカニズムではなく散乱メカニズムに基づいています。金属ワイヤーグリッドは、伝送効率が高いだけでなく、損傷を受けることなく高い光強度に耐えることができます。

△偏光フィルターは、1軸のみ光を透過するように設計されています。画像はCodi​​xxより。
より高い伝送効率を目指して

研究者らは、ワイヤグリッド偏光子の有効性をテストするために、PVA偏光子を使用したカラーおよびモノクロLCDと比較しました。各デバイスは、さまざまな UV 波長と光強度でシリコン部品を 3D プリントするように設計されています。研究チームは、PVA 薄膜偏光子の透過効率は波長が短くなると大幅に低下するのに対し、ワイヤグリッド偏光子は各波長でより多くの紫外線を透過することを発見しました。薄膜とワイヤグリッドの性能の違いは、400nm 未満の波長で最も顕著になります。波長 365、385、405、450 nm の場合、薄膜偏光子の透過効率はそれぞれ 0.0%、1.1%、22.9%、34.8% です。同じ波長の場合、ワイヤグリッド偏光子は 34.4%、39.3%、39.1%、42.5% を提供します。

最終的に、ワイヤーグリッド偏光子の使用により、出力強度の向上、損傷閾値の向上、樹脂との適合性の向上、全体的な印刷性能の向上がもたらされ、UV LCD 3D プリンターでの実現可能性が実証されました。

この研究の詳細は、「大容量ステレオリソグラフィーのための液晶ディスプレイでのワイヤグリッド偏光子の使用」と題された論文に記載されています。


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