Impressão 3D com processamento digital de luz (DLP):como funciona e por que é importante

Como funciona a impressão 3D por processo digital leve?

O processo de luz digital normalmente funciona baixando uma plataforma de construção em um tanque de resina transparente cheio de fotopolímero líquido. Um projetor de alta resolução emite uma luz UV na plataforma de construção no mesmo formato da seção transversal da camada da peça. A projeção da seção transversal é criada com um conjunto de espelhos microscópicos chamados DMD, que direcionam a luz apenas onde necessário. A densidade da matriz determina a resolução de impressão. Este estilo de impressora DLP constrói o objeto de cabeça para baixo.

Em casos mais raros, onde a peça é construída com o lado direito para cima, uma fina camada de resina é espalhada na plataforma de construção. O DMD pode então direcionar a luz de cima para baixo para formar a primeira camada. 

O único fotopolímero que cura é aquele que está iluminado e fisicamente em contato com uma superfície sólida (a plataforma de construção ou uma camada anterior). A maioria das impressoras DLP invertidas executa uma ação de descascamento no fundo do reservatório após cada camada para remover qualquer resina que tenha sido curada no fundo do tanque. Depois que uma camada é concluída, a plataforma de construção sobe na espessura de uma camada e o processo é repetido até que a peça seja concluída. Para impressoras DLP com o lado direito para cima, após a conclusão de uma camada, a plataforma de construção se moverá uma camada para baixo e outra camada de resina será espalhada por cima da camada anterior.

Uma peça DLP acabada é efetivamente construída com milhares de pequenos volumes cúbicos; a seção transversal do cubo é igual ao tamanho do espelho projetado e a altura do cubo é igual à altura da camada. Cada um desses volumes cúbicos é chamado de voxel.

Tabela 1:Prós e Contras do DLP
Prós Contras
Prós

Alta velocidade: Como imprime uma camada inteira de cada vez, a impressão 3D DLP é uma das tecnologias de impressão 3D mais rápidas. Algumas impressoras do tipo SLA podem imprimir em velocidades comparáveis, mas o DLP excede em muito a velocidade de outras tecnologias como o FDM.

Contras

Matéria-prima cara: A resina fotopolímera é um material especializado e, como tal, é significativamente mais cara do que outros materiais de impressão, como o filamento plástico.

Prós

Alto detalhe: As impressoras DLP podem fabricar peças com níveis de detalhe muito elevados. Quanto maior a resolução do dispositivo de espelho digital, mais detalhada será a peça

Contras

Partes quebradiças: A resina de fotopolímero rígido normalmente não possui boas propriedades mecânicas. Um dos principais problemas é que as peças DLP são muito frágeis e podem rachar mais facilmente do que outros materiais comuns, como ABS ou Nylon. As resinas DLP elastoméricas mais resilientes são mais caras que as rígidas.

Prós

Estampas semelhantes a borracha: O DLP pode imprimir em materiais elastoméricos com dureza Shore A de cerca de 90. Isso significa que peças funcionais semelhantes a borracha podem ser impressas com alto detalhe e estruturas internas complexas. 

Contras

Pós-processamento confuso: As peças DLP não estão prontas para uso assim que saem da impressora. Eles devem primeiro ser limpos de qualquer excesso de resina usando um solvente e depois pós-curados sob luz UV para atingir resistência total.

Quais são os materiais de impressão DLP?

Somente materiais fotopolímeros funcionam em impressoras DLP. Um fotopolímero é composto de monômeros, oligômeros e fotoiniciadores. Quando exposto à luz UV, o fotoiniciador se decompõe em radicais livres reativos que iniciam o processo de polimerização. As novas cadeias poliméricas podem então se interligar entre si, endurecendo para formar a peça. A maioria dos fotopolímeros são projetados para exibir propriedades semelhantes às de outros termoplásticos de engenharia comuns. No entanto, raramente conseguem replicar todas essas propriedades mecânicas de uma só vez. Os usuários devem escolher qual propriedade é mais crítica. Listadas abaixo estão algumas categorias comuns de materiais DLP:

1. Semelhante ao policarbonato: Excelente resistência e resistência térmica com aparência translúcida ou transparente.
2. Semelhante ao ABS: Excelente tenacidade e rigidez, além de encolhimento mínimo
3. Semelhante ao polipropileno: Material durável e resistente a impactos. Pode ser usado para juntas de encaixe e dobradiças vivas. 
4. Elastômeros fotográficos: Alto alongamento na ruptura e excelente resistência ao impacto.
5. Preenchido: Estas resinas incluem partículas de cerâmica ou vidro suspensas no líquido. Eles exibem boa resistência à fluência e altas temperaturas de deflexão térmica. 

Quais são as partes principais de uma impressora 3D DLP?

As impressoras DLP possuem muito poucas peças móveis. Provavelmente os componentes mais críticos são o projetor e os dispositivos de microespelho digital. Listadas abaixo estão todas as peças básicas que compõem uma impressora 3D DLP. 

1. Tela do projetor de luz digital

O projetor de luz digital é a fonte de luz para o processo de fotopolimerização. Esta fonte de luz pode ser uma tela ou uma lâmpada. A fonte de luz deve emitir luz UV, pois este comprimento de onda é energético o suficiente para iniciar o processo de luz digital que polimeriza o fotopolímero. 

2. DMD (dispositivo de microespelho digital)

Um dispositivo de microespelho digital é essencialmente um chip com centenas de milhares de espelhos microscópicos. Qualquer espelho pode ser girado aplicando-se uma diferença de potencial elétrico sobre ele. A luz é assim direcionada para um dissipador de calor ou para a lente que a focaliza na placa de construção. Aquilo que passa pela lente polimerizará a resina que atinge. Cada espelho pode ter até 10 mícrons de diâmetro.

3. Cuba (Tanque de Resina)

O tanque de resina abriga o fotopolímero líquido. O fundo do tanque de resina é transparente para permitir a passagem da luz ultravioleta. Os tanques de resina DLP são normalmente bastante rasos quando comparados aos tanques de impressora SLA. Uma alternativa ao uso de um tanque de resina é o processo que espalha resina na placa de construção, uma camada de cada vez, muito parecido com a impressão 3D SLS. 

4. Placa de construção

Uma placa de base ou placa de construção é a superfície à qual a impressão é fixada durante o processo de luz digital. Na maioria das impressoras DLP, a base de impressão fica de cabeça para baixo e se move lentamente, uma camada para cima de cada vez, à medida que a peça é impressa.

5. Elevador para Placa de Construção

A placa de construção sobe ao longo do eixo z através de um atuador linear. O tipo mais comum de atuador linear para essa finalidade é um fuso de esferas. No lugar das roscas tradicionais, um fuso de esferas possui canais para pequenos rolamentos de esferas de metal. Essas esferas de metal estão alojadas na porca esférica para criar um movimento suave e de baixo atrito. Quando o eixo é girado por um motor de passo, a porca esférica se move para cima ou para baixo. Os parafusos esféricos oferecem movimentos suaves e precisos. 

Qual é a melhor resina DLP para impressão 3D?

A melhor resina para impressão 3D depende da aplicação. No entanto, as resinas semelhantes ao polipropileno normalmente oferecem a mais ampla gama de utilizações. Esses materiais podem até ser usados ​​para criar peças com recursos de encaixe rápido e dobradiças vivas. 

Como a impressão 3D DLP é usada na indústria médica?

A impressão 3D DLP é amplamente utilizada na indústria médica, principalmente na odontologia. Modelos dentários precisos, modelos anatômicos, auxiliares cirúrgicos e próteses personalizadas são ótimas opções para essa tecnologia de impressão.

Como a impressão 3D DLP é usada na indústria joalheira?

As impressoras DLP são usadas para fazer padrões de joias para fins de moldagem. As impressoras DLP podem produzir peças com qualidade e resolução excepcionais, o que as torna ideais para peças de joalheria complexas. As joias são projetadas em software CAD e impressas em 3D em uma impressora DLP. A peça é então usada para criar um molde de gesso ou silicone. Algumas resinas para fabricação de moldes se decompõem totalmente em um forno, sem deixar resíduos. O molde é então preenchido com metal fundido, que assume a forma da peça impressa em 3D. Isso permite que os joalheiros criem designs complexos com relativa facilidade e usem muito menos metal bruto em comparação com técnicas mais manuais. 

Como a impressão 3D DLP é usada na fabricação de entressola?

Materiais semelhantes a borracha podem ser impressos em DLP 3D no formato de entressolas de calçados com estruturas internas complexas. Estas estruturas permanecem flexíveis como os materiais tradicionais da entressola, mas limitam a massa total. O DLP é adequado para isso porque pode imprimir com precisão estruturas ocas complexas usando materiais elastoméricos.

Perguntas frequentes sobre impressão 3D DLP

Como o DLP é mais barato que outros métodos de impressão 3D?

DLP não é o método de impressão 3D mais barato, mas pode ser mais econômico do que muitos, simplesmente graças à sua precisão. Com o DLP, podem ser impressas estruturas de treliça complexas que imitam a resistência de estruturas mais espessas sem usar tanto material. Suas impressões exigem ainda menos matéria-prima do que as impressoras SLA que utilizam o mesmo tipo de resina. Além disso, as impressoras DLP funcionam muito rapidamente, permitindo uma taxa de produção mais elevada e reduzindo os custos gerais de produção.

As impressoras DLP são capazes de produzir peças enormes e detalhadas?

Não, o DLP não é adequado para criar peças detalhadas massivas. Devido aos limites de resolução inerentes à projeção de luz, o DLP é uma tecnologia de pequena escala que não pode ser dimensionada para peças muito grandes. É por isso que ele é usado principalmente em indústrias médicas, joalheiras e outras indústrias de pequena escala. É melhor deixar peças enormes para tecnologias como SLS (sinterização seletiva a laser). As impressoras DLP têm volumes de impressão relativamente pequenos e são ainda mais limitadas pela quantidade de resina que pode ser mantida com segurança em um tanque de resina.

Qual é a diferença entre DLP e SLA?

A principal diferença entre DLP e SLA é o método de fotopolimerização; As máquinas SLA traçam a seção transversal da peça com um laser UV. O DLP projeta uma imagem transversal inteira, polimerizando toda a camada de uma só vez. Como tal, o DLP é normalmente mais rápido que o SLA, pois não há necessidade de esperar que o laser atravesse todo o formato da camada.

Como a Xometria pode ajudar

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Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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