Технология DLP (Digital Light Processing, цифровая обработка светом) встала на службу 3D-печати относительно недавно, а до этого она имела множество приложений в самых разных областей науки, техники и производства.
DLP была изобретена в 80-х годах в недрах фирмы Texas Instruments, одного из мировых лидеров в сфере микроэлектроники. Суть технологии в получении такого светового потока, который при проецировании на некую поверхность даёт нужное изображение известного разрешения, в том числе в цвете. Интуиция подсказывает, что для этого необходимо собрать некую систему из зеркал и источников света. Вот только как?
Описание технологии 3D-печати Digital Light Processing (DLP)
В основе DLP-системы лежит специальное устройство размером с обычный компьютерный процессор — DMD-чип (Digital Micromirror Device, устройство из цифровых микрозеркал). Это не просто кремниевый чип, как может показаться, глядя на рекламные брошюры, а очень сложная структура, которая относится как так называемому классу микроэлектронно-механических систем (MEMS — Micro-Electronic Mechanical System). Этот чип вы найдете во многих потребительских устройствах, основанных на технологии DLP, например в проекторах и телевизорах. Помимо этого, DLP успешно применяется в измерительных и сенсорных устройствах, системах «умного» освещения и даже для получения световых потоков с управляемой длиной волны. В качестве источника света могут выступать как световые лампы (накаливая, люминисцентные или светодиодные), так и лазеры. Длина волны простирается от ультрафиолета до инфракрасного диапазона. На промышленном уровне DMD-чипы выпускаются с 1996 года.
Рассмотрим подробнее DMD-чип, который иногда также называют пространственным светомодулятором. Визуально он имеет плоское прямоугольное исполнение:
Поместив его под микроскоп, мы увидим матрицу из миллионов микрозеркал, каждое из которых имеет размеры порядка 10 микрон, что является десятой частью от толщины человеческого волоса.
Вот схематичное изображение DLP-ячейки Texas Instruments:
Каждое микрозеркало способно отражать как невидимый, так и видимый спектр света и отражает свет в одном из двух направлений. Направление определяется углом поворота зеркала. В чипах Texas Instruments этот угол принимает значения -12 либо +12 градусов. Само направление задается загрузкой бита «0» или «1» в ячейку памяти. Таким образом на каждую ячейку подается независимый поток битов с частотой в несколько килогерц, в результате чего мы имеем на одном из выходов полезное изображение, а на другом выходе обычно стоит светопоглотитель.
Линейка DMD-чипов обычно включает в себя стандартный ряд разрешений: WVGA (608×684), WXGA (912×1140), XGA (1024×768) и 1080p (1920×1080). Для управление яркостью и цветом применяют различные вращающиеся светофильтры, частота вращения которых синхронизирована с битовым потоком, но непосредственно к 3D-печати это уже мало относится.
3D-печать на основе DLP относится к классу аддитивиных методов создания объектов и восходит корнями к технологии безмасочной литографии (Maskless Lithography), с помощью которой выращивают печатные платы. Как известно, с каждым днем электронные устройства становятся более миниатюрными, и создавать под них печатные платы становится все сложнее, и тут безмасочная литография приходит на помощь. «Болванку» помещают в специальный раствор на глубину несколько микрон, после чего DLP-источник проецирует изображении в соответствии с нужной схемой дорожек и контактов. В тех точках, где раствор подвержен действию света, происходит формирование твердого слоя. Для сравнения, при технологии SLA (Stereolithography, стереолитография) лазер последовательно обходит заданное сечение, в то время как в DLP сечение образуется одновременно. Аналогичным образом выращивается трехмерный предмет в DLP-принтере, только в качестве раствора используется жидкий пластик, затвердевающий на свету.
Мы работаем на 3D-принтере EnvisionTEC’s ULTRA 3SP, который стоит на переднем крае DLP-разработок. Действительно, разрешением в 50 микрон при максимальном размере предмета 28 х 18 х 20см мало кто может похвастаться. Нормальное явление для данной технологии точность +/-0.5мм, толщина слоя находится в районе 0,05мм, а время формирования слоя — около 3 секунд, что дает впечатляющую скорость выращивания примерно в 25мм в час. Ну и конечно, не обойтись без поддерживающий структур, которые аналогичны SLA.
Материал, который мы сейчас используем для 3D-печати на принтере EnvisionTEC’s ULTRA 3SP, называется фотополимер LS600. Он имеет желтый цвет и множество других достоинств. Подробнее о материале для 3D-печати LS600.