研究基于新型金屬偏光片技術改進樹脂 3D 打印

德克薩斯大學奧斯汀分校和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員正在研究在基于樹脂的 3D 打印機中使用金屬線柵偏振濾光片。

有線網(wǎng)格偏光片旨在取代單色 LCD 屏幕中使用的傳統(tǒng) PVA 薄膜偏光片，該組件會生成用于打印各層的圖案。測試表明，與傳統(tǒng)薄膜相比，新的線柵偏振器提供了更高的光傳輸效率。

在 LCD 3D 打印的背景下，傳輸效率的提高會導致紫外線強度更高、打印時間更短、紫外線穿透深度更大（更厚的層）和更寬的固化表面。

△金屬線柵偏振器的 SEM 成像，圖片來自仁荷大學。

PVA 薄膜偏光片與線柵偏光片

在投影微立體光刻 (PμSL) 中，空間調(diào)制器用于將紫外光投射到構(gòu)建板的整個區(qū)域，從而允許基于 PμSL 的 3D 打印機一次固化整個層。空間調(diào)制器可以采用 LCD、硅上液晶 (LCoS) 或數(shù)字微鏡器件 (DMD) 的形式。

雖然 PμSL 通常比基于點激光的 SLA 更快，但它確實有其局限性。例如，從小型空間調(diào)制器芯片投射紫外光需要高放大倍數(shù)，這會隨著表面積的增加而降低光強度。此外，傳統(tǒng)的 LCD 具有兩個正交薄膜偏振器，允許紫外光在某些區(qū)域通過。這里的工作機制是薄膜中的電場吸收平行于它們的光，只傳輸垂直的光。這種傳統(tǒng)方法有效，但也降低了光引擎的有效強度。

為了解決與薄膜偏振器相關的問題，改用有線網(wǎng)格偏振器。與薄膜非常相似，線柵偏振器吸收平行光但透射垂直光，該方案建立在散射機制上而不是吸收機制。除了更高的傳輸效率外，金屬線柵還可以承受更高的光強度而不會受到損壞。

△偏振濾光片設計用于僅在一個軸上傳輸光。圖片來自 Codixx。

邁向更高的傳輸效率

為了測試有線網(wǎng)格偏振器的有效性，研究人員將它們與PVA 偏振器的彩色和單色 LCD 進行了比較。每個設備都用于在各種 UV 波長和光強度下 3D 打印有機硅樹脂部件。研究小組發(fā)現(xiàn)，PVA 薄膜偏振器的透射效率在較短的波長下顯著降低，而線柵偏振器在每個波長下透射的紫外光更多。薄膜和線柵性能之間的差異在波長低于 400nm 時最為明顯。對于 365、385、405 和 450nm 的波長，薄膜偏光片的透射效率分別為 0.0%、1.1%、22.9% 和 34.8%。對于相同的波長，線柵偏振器提供 34.4%、39.3%、39.1% 和 42.5%。

最終，結(jié)果表明，使用線柵偏光片具有更高的輸出強度、更高的損傷閾值、更好的樹脂兼容性和整體改進的打印性能，證明了它們在 UV LCD 3D 打印機中的可行性。

該研究的更多細節(jié)可以在題為‘Use of wire grid polarizers with liquid crystal display for large-volume stereolithography’的論文中找到。