Строим DIY DLP принтер. Вступление. Выбор проектора. (перевод статьи с Instructubles).

Перевод статьи с Instructables.com. Автор: TristramBudel.

http://www.instructables.com/id/DIY-high-resolution-3D-DLP-printer-3D-printer/

(П.С. Некоторые отступления автора от темы я пропускал. Прошу прощение за возможные неточности и опечатки. Во вступлении автор предоставляет базовые сведения о мире 3д принтеров, фотолитографии и приводит аргументы за использование DLP проектора. Также отмечает важные характеристики при его выборе и аргументирует выбор направления движения по оси Z снизу-вверх. Предлагает строить с зеркалом, чтобы уменьшить размеры принтера.).

Вступление.

Почему мы работали над 3д принтером?

Поскольку, как вы знаете, миру требуется всё больше принтеров, больше платформ для творчества, больше свободы. Больше возможностей показать всю эпичную крутоту ваших творческих способностей. И самое главное миру требуется свобода разрабатывать, производить именно то, что вы хотите без каких-либо ограничений. Если коротко 3д-принтеры это круто и их никогда не бывает много.

Почему выбрали технологию прямой обработки света ( DLP )?

3д – принтеры бывают разные. Есть принтеры, использующие технологию моделирования методом послойного наплавления (FDM). Такими принтерами увлекается большая часть RepRap сообщества. Это ваши Makerbot’ы и Ultimaker’ы, использующие разогретое сопло, в котором филамент плавится и переносится в нужное место на печатном столе. Есть принтеры, работающие по технологии спекания порошков, в которых используется лазер или клей для объединения частиц порошка. А также есть различные фотолитографические методы 3д печати. В литографии используются специальные полимеры, отверждаемые с помощью света. Этот метод хорош тем, что незасвеченный полимер остается жидким.

Мы выяснили, что достаточно доступны лишь 2 пути при создании собственного 3д принтера – FDM и фотолитография. Погуглив, мы нашли массу примеров FDM принтеров, работающих приблизительно по одним и тем же принципам и производящих приблизительно одни и те же результаты.

И, кроме того, стереолитография в настоящее время стала по - настоящему доступна сообществу, лишь благодаря Майклу Джойсу из B9Creator. Это обалденное достижение. Для нас это значит, что миру нужно больше различных открытых (open source) проектов. Фотолитография является очень точным методом производства. Недавно была достигнута точность 100 нм. Не могу сказать точно, сколько это в дюймах, но, если вы сожмете ладони, расстояние между ними будет чуть меньше 100 нм. Другими словами это потрясающая детализация. Мы хотели бы делать очень точные распечатки. Таким образом, наш выбор основан на потенциальной детализации такого принтера, доступности материалов и легкости в производстве, а также на том факте, что лишь немногие до нас выбрали этот путь.

Шаг первый.

Основные детали проекта.

Вот некоторые моменты, которые нужно учесть:

Я считаю, что составление таких списков перед каждым новым проектом действительно помогает мне и людям, с которыми я работаю, в разработке предмета, который действительно соответствует нашим ожиданиям. Этот принтер будет прототипом, мы планируем в будущем построить более крутую, продвинутую версию. Надеюсь, построим к концу 2013 года. Может, даже выставим на кикстартер. (вероятно - http://www.atum3d.com/ - п.п.)

Принтер должен обладать следующими свойствами (в любом порядке):

1) Доступностью.

2) Открытостью (Open source).

3) Компактностью.

4) Высоким разрешением.

5) Совместимостью с широким ассортиментом материалов.

6) Простотой в использовании.

7) Быстротой.

Основа процесса:

Вот как работает фотолитографический принтер. Фотолитография – это очень просто. Свет проецируется на полимер, в результате чего он отвердевает. А точнее определенное количество света падает на полимер и если

энергии передается достаточно, то это провоцирует фотополимеризацию.

В первую очередь необходимо решить, какой источник света использовать:

Ключевым моментом является количество световой энергии или доза, термин заимствованный из радиологии.

Доза измеряется тремя векторами - фотонной энергией, интенсивностью света и продолжительностью воздействия, что вместе составляет дозу энергии.

Обычно при воздействии на материалы ультрафиолетом дозу измеряют в определенном спектре. Остальная часть света отражается или поглощается и преобразуется в тепло.

Только фотоны с достаточно высоким уровнем энергии примут участие в фотополимеризации. Это означает, что в зависимости от используемого полимера нас будет интересовать определенная часть светового (электромагнитного) спектра. Большая часть фотополимеров реагирует на ультрафиолетовое излучение (свет с длиной волны между 365 и 420 нм). Некоторые полимеры отвердевают при большей длине волны, но они обычно редкие и дорогие.

1) Одна из деталей, которую нужно учесть, чтобы была возможность печатать широким ассортиментом полимеров - нам необходимо как можно больше ультрафиолета. Я объясню это позже, когда буду разрабатывать ванну, зеркало и анти-адгезивное покрытие.

Также важны время засветки и её интенсивность. Интенсивность засветки или световой поток это количество фотонов за единицу времени, которые излучаются источником света. Чем дольше вы освещаете полимер, тем глубже проникает свет и тем тверже и толще становится напечатанный слой. Это уникальное свойство стереолитографии - время засветки является другим фактором, который определяет толщину слоя.

2) Источник света должен обладать высокой интенсивностью, чтобы время засветки было как можно меньше, за счет чего увеличится скорость печати.

3) Также необходимо, чтобы источник света был хорошо контролируемым и легко переключался между режимами засветки и бездействия.

Технология фотолитографии предполагает, что всё засвеченное полимеризуется, а незасвеченное остается жидким. Это означает, что разрешение или детализация печати определяется минимальным размером точки.

4) Еще одним параметром источника света является его возможность засвечивать как можно меньшую точку.

Погуглив, мы обнаружили, что есть два подходящих источника света, которые удовлетворяют этим условиям. Синий / ультрафиолетовый лазер с хорошей оптикой для создания точки небольших размеров и гальво-системой или DLP проектор. Лазеры – это круто, но мы посчитали, что добиваться маленькой точки с помощью гальво-системы это далеко за пределами наших возможностей. Поскольку у нас не было какого-либо опыта в настройке лазера, лазерной оптики и гальво-системы, а также имея в качестве примера ребят из Form 1 (проблемы с патентом), ведомые мечтой однажды предложить миру свой комплект для сборки принтера, мы решили выбрать путь с DLP проектором.

Существует целый мир DLP проекторов.

Свет, испускаемый источником, проходит через вращающееся цветовое колесо и падает на поверхность с активными микрозеркалами. Эти зеркала синхронно с цветовым колесом либо отражают свет в линзу, либо в какое-либо другое место. Вместе множество микрозеркал формирует изображение.

Из соображений, высказанных ранее, можно легко определить какими свойствами должен обладать проектор:

1. Высоким уровнем ультрафиолетового излучения (указывает на то, в какой мере проектор способен воздействовать на полимер).

2. Высокой интенсивностью излучения (обеспечивает более короткое время полимеризации).

3. Высоким уровнем контрастности (увеличивает разрешение и уменьшает засветку ненужных областей).

4. Высоким разрешением (способствует увеличению детализации).

И последнее, но не менее важное у нас лишь 1000 евро на проектор. Я понимаю, что это не маленькая сумма на достойный проектор, но, если проект провалится, на нём всегда можно посмотреть кино.

Мы решили использовать Acer 7077365 Acer H6510BD DLP FHD 1080p с разрешением 1920х1080 пикселей.

Выбрав источник света, мы можем решить, как использовать его в нашем принтере:

Эй, эй погодите, да я понимаю, что мы лишь проектируем 3д принтер, но давайте быстренько погуглим, какие полимеры доступны на рынке. Мы выяснили, что они не дешевые. Так что это отменяет подход сверху-вниз (движение оси Z). В обычной стереолитографии источник света воздействует на ванну с полимером сверху. По мере формирования последующих слоев платформа погружается глубже в полимер.

- Это значит, что размеры детали по высоте не могут превышать глубину ванны.

- Также это означает, что, несмотря на размер печатаемой модели, вам всегда необходимо иметь полную ванну полимера.

Таким образом, если вы хотите, чтобы самый крупный объект, который вы будете печатать, был размером с ботинок, вам необходимо поддерживать постоянный объем полимера около 3 литров. С учетом стоимости литра около 80 евро, 240 евро всегда будет в ванне. Для нас это слишком. Так что решено, будем использовать подход снизу - вверх.

Есть две разумные конфигурации 3д DLP принтера подхода снизу – вверх. Мы можем либо проецировать изображение непосредственно на область построения или использовать зеркало и расположить проектор под углом к области построения.

Мы решили установить проектор под углом в 90 градусов и использовать одностороннее зеркало для проецирования четкого изображения на область построения, потому что мы хотим создать настольный принтер, который действительно поместится на столе, то есть будет компактным насколько это возможно.

Продолжение следует...

Возможно, с собственным опытом постройки.

Пока что заказал проектор Dell 2400MP за 8 тысяч с доставкой с Ebay. Придет в конце января 2017.