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黑格科技:何为3D打印精度?“精度”高打印就好?还原度才是检验打印效果的最佳标准

HeyPro 3D打印技术参考 2023-03-15


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。于齿科应用对精细准确的高要求,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?



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。


【△模型分层示意】


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和垂直精度。而各类设备标明的“精度”实际仅仅是水平面精度参数


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。


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。


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。


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。


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因果定义——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。


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呈效光学组件和工业级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、以及自动光学校准和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)


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