LCD 3D-Drucker von Photocentric

Die LCD 3D-Drucker von Photocentric sind Arbeitstiere für die Produktion kleiner Serien oder grösserer Prototypen - zu erschwinglichen Preisen und für tiefe Stückkosten.

Geschichte von Photocentric

Photocentric Ltd wurde im Sommer 2002 von Paul Holt in einem kleinen Raum in Peterborough (UK) gegründet. Die Grundlage des Unternehmens ist die Kommerzialisierung von Paul Holts Patent für die Vorverpackung von Photopolymer, um die Herstellung kleiner Flexodruckplatten für Stempel zu ermöglichen. Damit wird die Stempelherstellung einfacher und schneller.

Schrittweise wird die Herstellung dieser sogenannten imagepacs verbessert bis 2006 die Belichtung dieser Photopolymer-Pakete mittels LCD-Bildschirmen patentiert wird. Dies ermöglicht nun in den Folgejahren den Bau grossformatiger Anlagen zur Belichtung von Flexodruckplatten.

Damit steigt Photocentric zum weltweit grössten Hersteller von Stempeldruckplatten auf.

2014 erhält das Unternehmen eine finanzielle Unterstützung zur Entwicklung eines 3D-Druckers, der auf dem Prinzip der Belichtung mittels eines LCD-Bildschirms basiert. Ein Jahr später wird der Druck mit Tageslichtpolymeren und LCD-Bildschirmen patentiert.

Es folgen insgesamt drei Queen's Awards und 2019 die Einführung der ersten Version des grossformatigen LC Magna. Diese Drucker spielen dann im vereinigten Königreich ein Jahr später eine essentielle Rolle, als es darum geht, persönliche Schutzausrüstung (v.a. Gesichtsschilde) während der ersten Phase der Covid-19-Pandemie in grösseren Stückzahlen herzustellen.

2021 folgt dann mit dem LC Opus der erste UV-LCD-Drucker und 2022 wird im Sommer die überarbeitete Version 2 des LC Magna präsentiert.

Die beiden Drucker

Gross - grösser - Magna

Um es gleich vorweg zu nehmen: Der LC Magna ist aktuell der grösste Tageslicht-LCD-Drucker der Welt. Mit seinem Bauvolumen von 510 x 280 x 350mm (das entspricht sagenhaften 50 Litern!) stellt er viele andere harzbasierte 3D-Drucker in den Schatten. Diejenigen, die da noch mithalten können sind ungleich teurer. Dieses Volumen resultiert natürlich auch in einem etwas erhöhten Gewicht: Ganze 110 kg bringt der Magna auf die Waage.

Der LC Magna V2 arbeitet mit sogenannten Tageslicht-Harzen, d.h. die Wellenlänge des aushärtenden Lichts liegt im sichtbaren Bereich, konkret bei 460 nm. Das hat diverse Vorteile. Da ist zunächst die gleichmässigere Photopolimerisation bei dieser Wellenlänge im Vergleich zu den typischen 405 nm bei UV-Geräten. Auch schwierige Farben wie Schwarz sind damit ebenso problemlos möglich wie Materialien mit hoher Partikel- oder Pigment-Zumischung. Ein weiterer signifikanter Vorteil aus Sicht des Druckers selbst ist die Tatsache, dass sichtbares Licht den LCD-Bildschirm viel weniger schnell altern lässt als UV-Licht. Ein kleiner Preis muss jedoch für alle diese Vorteile bezahlt werden: Bis die Teile von überschüssigem Harz befreit sind - d.h. bis nach dem Waschen - sollten sie möglichst nicht normalem Licht ausgesetzt werden. So ist der Einsatz von Rotlicht, wie man es von Analog-Fotografie her kennt, ideal.

Der LC Magna ist schnell. In einer Stunde baut er bis zu 16 mm in der Höhe auf. Die Aushärtung einer Schicht mit der dicksten Auflösung von 0.1 mm passiert in gerade mal zwei Sekunden. Systeme mit Laser, die eine Schicht über ein Spiegelsystem und/oder Schlitten aufbauen, sind da chancenlos.

Weltweit sind Stand Oktober 2022 ca. 1000 Magna Drucker im Einsatz.

Doch der LC Magna ist nicht einfach nur ein grosser Harzdrucker. Er basiert neben der LCD-Technologie auf weiteren genialen Entwicklungen von Photocentric. So könnte man sagen, dass dieser Drucker atmet: Dank der sog. Blow-Peel-Methode geschieht das Ablösen der gerade ausgehärteten Schicht von der Membran der Druckwanne so sanft wie nur möglich.

In der Bildschirmplatte befinden jeweils an den Ecken des LCD-Bildschirms insgesamt vier Öffnungen, und zwar innerhalb der Ränder der Harzwanne, d.h. direkt unter der Wannenfolie. Mit Luft gefüllte Rohre verbinden diese Öffnungen mit einem Pumpensystem, das sowohl Über- wie auch Unterdruck erzeugen kann. Eine Schaumstoffdichtung wird entlang des Wannenrands gewährleistet eine luftdichte Abdichtung. Kurz bevor sich die Druckplatte für den Ablösevorgang nach oben bewegt, beginnt die Pumpe, Luft unter die Wanne zu blasen, wodurch die Wannenfolie vom der LCD-Bildschirm getrennt wird.

Wie zuvor verhält sich die Folie wie eine flexible Membran. Die Luft wird automatisch dorthin gezogen, wo sie am meisten gebraucht wird. Selbst ein sehr grosses gedrucktes Teil kann sich so beim Anheben der Druckplatte sanft von der Wannenfolie ablösen. Sobald die vollständige Trennung erreicht ist, beginnt das Pumpensystem, die Luft aus der Tasche zwischen der Wannenfolie und dem LCD-Bildschirm zu ziehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die beiden wieder in direktem Kontakt stehen und für den nächsten Aushärtungszyklus bereit sind.

Vielseitig - Opus

Der LC Opus unterscheidet sich in einigen Punkten sehr stark vom LC Magna. Die augenfälligsten Unterschiede sind einerseits die Grösse und andererseits die benutzte Wellenlänge.

Mit seinem Bauraum von 310 x 174 x 220 mm, was immerhin beachtlichen 11.86 Liter entspricht, zählt er immer noch zu den "Grossen". Er härtet UV-Harze bei einer Wellenlänge von 405 nm aus.

Der LC Opus arbeitet für die Ablösung der gedruckten Schicht vom Boden der Harzwanne mit einer anderen Methode, nämlich der sogenannten Vat-Lift-Methode.

Das Vat-Lift-System besteht aus einem zweiten Schrittmotor und einer Leitspindel, die einen zweiten Schlitten an der Z-Achsen-Schiene antreibt. Ein horizontaler Stift, der an der Rückseite der Harzwanne befestigt ist, rastet in einen Schlitz in diesem Schlitten ein. Dadurch entsteht ein frei bewegliches Scharnier. Am Ende der Belichtung einer Schicht werden dieser Wannenhubschlitten und die Druckplatte gleichzeitig angehoben. Sobald sich die hintere Kante der Harzwanne LCD-Bildschirm löst, fliesst Luft zwischen die Wannenfolie und den Bildschirm. Dadurch kann sich die Wannenfolie wie eine flexible Membran verhalten, womit sich eine viel günstigere Situation an der Schnittstelle zwischen dem gedruckten Teil und der Wannenfolie ergibt. Die Folie kann sich zunächst an den Rändern des Teils ablösen und dann mit dem Hineinfliessen des flüssigen Harzes in den entstehenden Zwischenraum sanft abziehen. Eine Wellenfront aus Harz ergiesst sich so über die Unterseite des Teils, bis eine vollständige Trennung erfolgt ist. Die Wanne kann anschliessend wieder in ihre Standardposition abgesenkt werden, bereit für den nächsten Aushärtungszyklus.

Nachbearbeitung

Wer sind in der Welt der Harzdrucker auskennt, weiss: Harzbasierte Verfahren brauchen eine zweistufige Nachbearbeitung, die einerseits aus dem Abwaschen von überschüssigem Harz und andererseits nach Trocknung durch Nachhärten im (UV-)Licht besteht. Im Sinne einer Komplettlösung bietet Photocentric hier insgesamt vier Geräte an, je zwei Wasch-Lösungen sowie zwei Nachhärtekammern.

Während die Wash 15 ein klassischer Ultraschallreiniger für Drucke aus dem LC Opus ist, ist die Air Wash L, die sowohl für Drucke aus dem LC Magna wie dem LC Opus verwendet werden kann, eine Waschanlage, die mittels aufsteigender Luftblasen das Reinigungsmittel bewegt und umwälzt. Dazu saugt die Air Wash L Luft aus der Umgebung an und lässt sie durch perforierte Rohre am Boden der insgesamt 90 Liter grossen Wanne entweichen.

Beide Geräte werden mit dem speziellen Resin-Cleaner von Photocentric betrieben. Diese Reinigungsflüssigkeit ist im Gegensatz zu etwa Isopropanol nicht entzündlich und hat eine deutlich geringere Geruchsentwicklung.

Die beiden Nachhärtekammern Cure L2 und Cure M+ unterscheiden sich lediglich durch Ihre Grösse. Wiederum kann die grössere Cure L2 sowohl für Drucke aus dem LC Magna wie auch aus dem LC Opus verwendet werden, während die Cure M+ für Drucke aus dem LC Opus geeignet ist.

Im Innern bestehen die Kammern aus verspiegelten Wänden und zwei LED-Flächen, welche die Bauteile mit einer Wellenlänge von 405 nm beleuchten.

Die Materialien

Wer offene Materialsysteme bevorzugt, wird die beiden Photocentric LCD-Drucker lieben. Nicht nur ist Photocentric Produzent von diversen eigenen Harzen. Die Drucker sind auch offen für Harze anderer Hersteller. Etliche davon wurden bereits von Photocentric auf den Druckern validiert, d.h. der Benutzer muss sich keine Gedanken über die korrekten Druckparameter machen. Es bestehen Partnerschaften sowohl zu BASF wie auch zu Loctite/Henkel.

Im Folgenden werden einige ausgewählte Beispiele für Teile aus Photocentric Tageslicht-Harzen gezeigt. Die Auflistung ist keinesfalls abschliessend.

 

Joystick aus Durable DL110HB

Sehr schlagzähes und relativ steifes Material. Farbe: Schwarz (deckend). Hersteller: Photocentric

 

 

Armschiene aus Durable DL110HTR

Sehr schlagzähes und relativ steifes Material. Farbe: Honigfarben (transparent). Hersteller: Photocentric

 

 

Velohelm aus Duramax

Beständiges und leicht flexibles Material. Farbe: Schwarz (deckend). Hersteller: Photocentric

 

 

Treibstofftank aus DL400

Bis zu 230°C formbeständiges Material. Farbe: Amber (transparent). Hersteller: Photocentric

 

 

Smartphone-Hülle aus High Tensile White

Sehr steifes Material mit glatter Oberfläche. Farbe: Weiss (deckend). Hersteller: Photocentric

 

 

Verteiler aus Draft

Entwurfsmaterial für rasche Prototypen. Farbe: Türkis (halb-transparent). Hersteller: Photocentric

 

 

Figure aus Concept Green

Material für Darstellungen mit hoher Detailtreue. Farbe: Türkis (deckend). Hersteller: Photocentric

 

Die Software

Standardmässig werden sowohl der LC Magna wie der LC Opus mit Photocentric Studio betrieben, einer auf die LCD-Drucker massgeschneiderte Druckvorbereitungssoftware. Im Folgenden werden einige Highlights des Software-Pakets herausgefriffen.

 

Höhere Produktivität

Photocentric Studio bietet eine automatische Stapelverarbeitung und Teileverschachtelung (sog. Nesting), um die Nutzung der Plattform zu maximieren. Die Software ermöglicht ausserdem die automatische und manuelle Ausrichtung, Verschiebung, Skalierung, das Kopieren und Spiegeln von 3D-Modellen. Die schnelle Verarbeitung grosser Dateien und die ausgefeilten Funktionen machen diese Software zur ersten Wahl für Branchenprofis.

 

 

Optimierte Autostützerstellung

Photocentric Studio bietet einen optimierten Algorithmus für die automatische Erstellung von Stützstrukturen, um die Softwarevorbereitungszeit zu minimieren. Die extrem schnelle Funktion nutzt superschnelles Multiprocessing, um eine ultimative Automatisierung zu ermöglichen. Die Software ist ausserdem mit voreingestellten Stützprofilen ausgestattet, die auf dem Kunststofftyp und der Teilegeometrie basieren.

 

 

Automatische Erkennung von kritischen Unterstützungsbereichen

Das automatische Analysewerkzeug identifiziert Bereiche, in denen Stützstrukturen erforderlich sind. Photocentric Studio bietet auch Multiplattform-Unterstützung für grosse Druckvolumen.

 

 

Abflusslöcher, Aushöhlung und Ausfüllung von Modellen

Photocentric Studio ermöglicht die Optimierung von Modellen mit Ablauflöchern, Aushöhlungen und Füllungen, um den Harzverbrauch zu reduzieren.

 

Photocentric Studion kommt als Einmallizenz, die auf total zwei Rechnern installiert werden kann.

Zusammenarbeit mit DIM3NSIONS

Im Oktober 2022 hat Photocentric DIM3NSIONS zum Distributor für die Schweiz und Liechtenstein ernannt (offizielle Pressemitteilung). Das Photocentric Sortiment wird bald im DIM3NSIONS Showroom zu erleben sein.