層厚對於光固化3D列印的影響

 


 

我們都知道,光固化3D列印是通過逐層疊加來生成一個模型。顧名思義,層厚是指模型固化時每一層的厚度。正是由於這種增材製作特性,每一層的層厚自然就決定了Z軸方向上的精度,尤其是對曲線和角度的影響更明顯。

 

例如列印一個圓孔,切片軟體CHITUBOX必須將圓形孔切割成多層,然後將它們堆疊在一起,這樣就形成一個不光滑的邊緣,看起來像樓梯。這就是所謂的梯階效應,在曲率較大的曲面上變得更加突出。

 

層厚0.2mm

 

層厚不僅影響列印品質,還影響列印時間。列印一個模型總的層數決定了模型列印品質,以及所需要的列印時間。層厚越薄,固定高度就會被切成更多層,導致列印時間更長。但相對地,層厚越薄,列印品質越高,模型表面更加平滑,Z軸垂直方向的細節呈現更加清晰。

 

這個時候,就需要在品質和速度之間權衡一個平衡點。一般來說,3D印表機的技術有別,他們能夠列印的層厚區間也略有不同,有的印表機可以列印出更薄的層厚。層厚以毫米(mm)為單位,也可以用微米(µm)作為單位,最常見層厚設置是50µm (0.05mm)。


以下面的實測為例,可以很明顯看出,模型表面品質在0.05mm、0.1mm以及0.2mm層厚設置下的表現。

 

層厚0.05mm(左)、層厚0.1mm(中)、層厚0.2mm(右)

 

這裡要額外說明的是,0.2mm的層厚對於設置的3s曝光時間來說,無法在3s內使得層面完全固化,因此在成型平臺上列印成功的僅有能在50s底層曝光時間下,充分得到曝光的6層底層。


為了驗證導致列印失敗的原因是否是因為正常層曝光不足,我們將正常層曝光時間提升到30s,可以成功列印出層厚為0.2mm中空圓柱。


層厚對於光固化3D列印的影響,不僅僅只有精度和時間。如下圖所示,如果機器的Z軸穩定不夠,在較高的列印速度下(下圖模型抬升速度100毫米/分,回程速度200毫米/分),較高的層厚會加劇不穩定,導致層面分離、殘缺甚至偏移。

 

層厚0.1mm

 

層厚0.05mm(左)、層厚0.1mm(右)