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有谱辣思丨“精度”高,打印就好?你错了

 2021-11-01    299  

Massivit 3D展出消除模具生产瓶颈的新型增材制造系统

2021年10月22日,南极熊获悉,大型3D打印系统的领先供应商Massivit 3D(特拉维夫证券交易所:MSVT)在美国德克萨斯州达拉斯举行的CAMX 2021展会上,向复合材料领域推出Massivit 10000复合材料3D打印系统。参观者在现场看到了这种新的热固性增材制造系统及其成

随着3D打印在齿科领域的发展和探索,市面上宣称能应用于齿科的光固化3D打印设备百花齐放。由于齿科应用对准确性的高要求,精度成了大家在设备中做选择时的主要考量。

但是,精度越高,打印出来的齿科应用效果就一定越好吗?

1、大家谈论的“精度”指什么?

3D打印设备往往会给出一个精度指标,这也是大家普遍拿来判断设备精度高低的主要依据:“做导板,精度75um?Pass!精度50um,OK!”

事实上我们正在对比的只是设备上单一配件的工作参数,并不代表设备整体精度。

超过90%的3D打印技术都是层堆叠模式,简单理解就像三明治,一片片的不同形状叠在一起,变成立体的模型。

每一片的成型效果,以及片与片之间叠加过渡效果,分别代表它的水平面精度垂直精度。而各类设备标明的“精度”实际仅仅是水平面精度参数

△模型分层示意

2、水平精度和垂直精度有什么区别?

水平面精度即XY轴的精度,是成型面的图像构造能力,是设备光学元件的理论效用

齿科领域目前主要的3D打印技术为SLA、DLP、LCD。

SLA是激光光斑扫描成型,类似用笔涂色块。因此它的XY轴精度参数即指其笔头(光斑)的最小直径,约80-120um

△SLA扫描的图 I 来源于网络

而DLP、LCD的成型方式都类似二维码,由许多小方块构成一个图像。

每个小方块即单个像素点,它的大小便是其图像最小构建能力,即DLP、LCD的XY轴精度参数。

△DLP牙模投影概念图

3D打印的可是三维模型,所以实际上,它还有层与层的垂直精度要求。

就如同样大小的三明治,每层厚度越薄,那么构成的片数量越多,层与层过渡越好,垂直表面越精细。

这个精度参数是成型面的厚度细分,最小是25um,由Z轴运动配件的最小步幅决定。

层厚是可以在打印参数中设置的,好比台阶,一个台阶是25um高,我们可以选择一次走一个台阶或者数个台阶。

因此,设备的精度高低只是凭借单一的XY轴精度参数做对比,那就太片面了。

而且!无论Z轴精度参数也好、XY轴精度参数也好,这些指标实际上是配件所提供的精度能力,它能为我们提供设精度参考值,并不能描述设备打印能力。

3、理论精度为什么不能描述设备打印能力?

并不是配件具有高精度参数,设备就能有这么强的打印效果。人类的恒牙理论寿命是70年,但由于生长情况、饮食、清洁、伤病等影响,它往往没法达到如此长寿命。

设备也是如此,配件的质量和装配的好坏会影响其精度能力,比如一台DLP设备即使分辨率高,如果LED光源质量差,也发挥不出高分辨率的效果。

在微距拍摄甚至肉眼下,我们能明显区分出不同精度打印的牙模表面纹路差异,而有心的用户会发现,同样一个切片打印文件,同样一种树脂,换另一台同款设备去打印,表面也是存在差异的。

△80umVS50um微距拍摄纹理对比(点开图片查看)

这是因为:设备的3D打印能力不仅和其关键配件的配置质量有关,与设备装配、软件控制、匹配树脂等因素也有着密切联系。

中山大学发表基于ECM的3D打印真皮研发新成果

近日,中山大学附属第一医院烧伤外科祁少海教授研究团队和中山大学材料科学与工程学院陈永明教授团队共同在生物医学1区及生物材料1区杂志期刊Bioactive Materials(IF=14.12)发表题为“3D-printed dermis-specific extracellular matrix mitigates scar contra

相信大家在使用中遇到过这种情况:打印作业出现了问题,要排查原因需要对设备、耗材、数字模型、切片等多方面去着手,因为这些因素都将会对模型打印效果产生影响。

也即是说,设备的理论精度做得很好,那么它发挥的好坏就会在使用者手上,要求使用者对3D打印技术原理及工艺有较深的理解才能产出优质打印效果。

不仅如此……

上述问题仅仅是一种静态下的情况。而我们将时间再拉长一点,在全幅面、多次重复下打印,如果设备缺乏感知反馈功能,那么还会出现不同位置、不同批次的同个模型产生差异的情况。

因此理论精度并不能定性设备的打印效果。

4、什么才是检验打印效果的最佳标准?

黑格在做设备开发中发现了这个问题:目前所有的精度描述都是以设备角度出发去衡量的,这是一种因定义,它可以评判设备的好坏,但并不能评判它交付到用户手上时生产结果的好坏。

因此黑格采用了另一种果定义——还原度:将数字模型打印出来后,再次将其扫描,得到的扫描模型与原数字模型进行重叠对比的重合率

△反扫重合率:绿色面积越大重合率越高

(*扫描会存在细微误差,这种误差在打印模型应用要求误差范围内,可被允许存在)

这种简单粗暴的方式直指3D打印的本质——所见即所得

以打印模型的还原度衡量设备的动态生产能力。覆盖了精度、表面质量、打印细节、尺寸误差、结构吻合等描述3D打印能力的各个维度,是检验打印能力的最佳标准。

在描述设备打印效果上,还原度比精度更精准,更贴合使用参照依据。

5、如何才能做到高还原度?

在前文中,我们提到了既然设备、耗材、数字模型、切片以及软件算法、工作环境都会对3D打印质量产生影响。

而黑格希望兑现3D打印所见即所得的愿景,让用户摆脱各类影响因素的桎梏,享受科技带来的便捷。

仅仅是提供优质的设备,还不够。

如何做到高还原度?经历过无数的弯路和探索,黑格的最终答案是全生态闭环与反馈。

△4K应用场景化

黑格科技最新一代齿科解决方案——Ultracraft A2D 4K

作为一台齿科专用的旗舰型3D打印机,搭配了4K超解析像素技术工业级Z轴运动组件,理论精度值达到了±26.8um

这个精度值很高,当然,仅仅如此是不够的。

它不仅是一台高精度设备,背后是需要数百人团队、数百斤研究资料、几GB数据来支持的生态系统。

为了让它生产运作稳定,植入了经过好几GB数据训练和优化的黑格人工智能算法、以及自动光学校准光强补偿等自动优化补偿机制。

为了让它不受材料干扰,材料研发团队不断推出齿科专用树脂耗材,在满足应用的性能需求前提下,优化材料和设备所结合的打印适用性。

为了降低操作者的经验要求,搭建了封箱式前处理软件,得益于不断优化,软件会自动寻找适配方案,操作者只需要按照引导点击“确定”即可完成工作。

为了抵御环境的影响,建立了规范化生产环境勘察改造流程,在设备装机前对生产环境进行改造。

96.3%

这就是4K的还原度

(*数据来源于黑格实验室50例随机测试结果)


黑格科技(HeyGears),是一家以3D打印应用和数字化智能制造技术为核心的创新驱动型公司。成立于2015年,总部位于广州,在深圳、杭州、无锡、中国台湾以及美国加利福利亚等地设立子公司。公司创立以来,先后获得国家高新技术企业、中国独角兽企业等多项荣誉。黑格科技专研数字化技术链条,从应用需求出发,将产业化能力与底层技术平台结合,整合智能化数据采集、数据管理、模型设计、3D打印设备、3D打印材料及后处理等完整流程,革新生产制造方式,专注打造技术平台、产品平台和数字化行业应用解决方案。目前解决方案已覆盖齿科、消费类电子、骨科/康复科、工业、文创等领域。未来黑格科技还将不断拓展,不忘初心,以实现“将未来科技融入生活”的美好愿景。

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