研究基于新型金屬偏光片技術(shù)改進(jìn)樹脂 3D 打印

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室的研究人員正在研究在基于樹脂的 3D 打印機(jī)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(dǎo)致紫外線強(qiáng)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(xué),。

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(jī)一次固化整個層,�,？臻g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(diǎn)激光的 SLA 更快,，但它確實(shí)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)度,。

為了解決與薄膜偏振器相關(guān)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(jī)制上而不是吸收機(jī)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(qiáng)度而不會受到損壞,。

△偏振濾光片設(shè)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(jìn)行了比較,。每個設(shè)備都用于在各種 UV 波長和光強(qiáng)度下 3D 打印有機(jī)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(qiáng)度,、更高的損傷閾值、更好的樹脂兼容性和整體改進(jìn)的打印性能,，證明了它們在 UV LCD 3D 打印機(jī)中的可行性,。

該研究的更多細(xì)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。