鸿利秉一|LCD 3D打印UV LED光源综述

   近十年来，3D打印行业的发展非常迅猛，特别是光固化3D打印机发展尤其迅速。而作为光固化3D打印机的核心组成部分——UV LED光源的发展也是很迅速。本文将就3D打印UV LED光源的现状进行综合，以其找出其发展规律来并加以总结。

光固化成型技术是增材制造领域最受欢迎和最普遍的技术之一，光固化3D打印机打印出来的模型精度比较高，所以，光固化3D打印机成为了许多用户的首选。而打印精度可以说是LCD光固化3D打印机的核心。从光固化3D打印的技术路线来可以大致分为：LCD方案和DLP方案。LCD方案主要使用液晶模组（主要是黑白屏）作为图形控制的方法，UV LED光源主要是作为背光使用。DLP方案主要是使用DMD作为图形控制的方法，UV LED光源主要用来作为照明系统的。以下分别按照LCD方案3D打印UV LED光源。

一、扇形单光源

扇形单光源是由多颗UV LED灯、大凸透镜和镜面反光杯组成，采用特殊透镜技术让分散的光向上聚集。在2019年之前，大多数早期的SLA/LCD 3D打印机都采用了这种UV LED系统 。扇形单光源是从一个点源辐射光线，分散到各个方向的光源技术。这种技术方案简单、但是在性能方面存在着比较大的缺点。

缺点一：均匀性不佳。

扇形单光源的光线垂直汇聚在一点上，也就意味着散射光的面积大，发生光散射的概率很大。发生光散射会让光线投射非常不均匀，从而影响到模型的精度。我们可以从下面的光源图可以看到整个屏幕的均匀度并不那么的很完美。

                                                                                    图1 扇形光源及导致的不均性情况

   缺点二、准直性很难提高。

   对于光固化3D打印来说光源的准直性，在很大程度影响打印产品的精度，也在很大程度影响光源的利用效率，还能够影响对于打印精度非常重要的同屏对比度。因为扇形光源是从点光源出发的，所以准直性存在着先天的缺陷。

二、矩阵光源

矩阵光源，采用分布式区域曝光拼接技术，由许多紫外灯珠整列均匀排布，对紫外光源的功率、均匀度、准直度都有更高的保障。目前市面上绝大多   数光固化机器采用的都是阵列平行光源的光源解决方案。

                                                       图2   矩阵光源原理图

                                                             图3   矩阵光源出现的单颗透镜边缘不均匀的现象

相比扇形单光源，因为有较少的光散射，它可以提供更清晰的对比度并且减少漫反射，生成精致和光滑的表面。阵列同时保证光源均匀地分布在整个成型平台区域。但相邻四颗灯珠之间仍存在着交叉处光强不稳定、光源分散不均等问题，使得打印模型容易出现局部打印精度高的区域误差。像下面的一些厂商均采用这一解决方案，我们从图中明显可以看到交叉处存在光源不均匀的情况

三、积分光源

积分光源是通过光的折射和反射的原理，光均匀地投射在打印屏上，在传统光源基础上提升了均匀度和光源寿命，这种光源在遇到个别灯珠损坏的情况下，对打印效果没有影响。从投射光线来看，积分光源相比矩阵光源的投射面明显更为均匀。

图4、积分光源成型原理图

采用多颗灯珠阵列封装，保证灯珠成型面积照度均匀及光源强度、发出光线的角度一致性。遮光罩可以有效阻挡光源侧向多余光源对打印过程中的影响，屏蔽了灯珠之间的相互干扰问题。紫外光再通过前镀膜反射镜折射到打印屏。积分式光源能保证光线的均匀性及强度。

四、鸿利秉一3D打印光源（LCD版）