清晰透明3D打印完整指南
魔猴君 知識(shí)堂 99天前
產(chǎn)品設(shè)計(jì)師需要清晰透明的瓶子原型，牙醫(yī)看重清晰的3D打印手術(shù)指南，而透明度是3D打印燈具、建筑模型和眼鏡的珍貴特質(zhì)。
如今，材料的進(jìn)步比以往任何時(shí)候都更加明顯，甚至可以用3D打印處方鏡片和顯示器來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
有多種3D打印方法可以實(shí)現(xiàn)透明部件，從價(jià)格實(shí)惠的透明線材和一些后處理步驟到先進(jìn)3D打印機(jī)上的工業(yè)級(jí)樹脂材料。還有豐富的3D打印服務(wù)提供透明部件。
下面我們將介紹如何使用FDM、樹脂和其他3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同程度的透明度。
圖片1：Yorken使用Cults3D模型3D打印的透明燈罩（來源：Cults3D）
可用于3D打印的半透明材料有很多種，幾乎都是塑料。3D打印玻璃和硅材料已經(jīng)取得了進(jìn)展，但聚合物是最容易獲得的材料。
在這里，我們將重點(diǎn)介紹真正透明（即完全透明）材料的日益普及。首先，我們將介紹透明3D打印的主要方法（SLA和FDM），然后再介紹獲得高質(zhì)量結(jié)果的最佳實(shí)踐。最后，我們將提供可用于透明3D打印的細(xì)絲和樹脂列表。
盡管您會(huì)在本文中找到許多技巧，但許多3D打印機(jī)可能無法打印出完美無瑕的透明部件。除了自己打印部件，您還可以隨時(shí)使用3D打印服務(wù)，例如Craftcloud的價(jià)格比較服務(wù)，以快速找到最優(yōu)惠的價(jià)格的最佳服務(wù)。
現(xiàn)在，讓我們探索打印清晰透明3D部件的可用方法。
圖片2：Nexa3D出品的用于透明部件的透明樹脂（來源：Nexa3D）
透明部件的樹脂3D打印
圖片3：打印機(jī)制造商3D Systems提供SLA和材料噴射3D打印機(jī)，可生產(chǎn)用于工業(yè)原型的透明部件（來源：3D Systems）
基于樹脂的打印方法（立體光刻，SLA；數(shù)字光處理，DLP；液晶顯示器，LCD）顯然是透明部件的首選，因?yàn)閷泳€比基于細(xì)絲的方法更不明顯。這些方法無需太多后期處理即可提供近乎清晰的結(jié)果。
透明樹脂在紫外線下固化后，可以制作出透明的部件，但有一些技巧可以獲得最清晰的打印件，例如以100%填充密度打印。這個(gè)技巧肯定會(huì)增加打印時(shí)間，但它可以制作出晶瑩剔透的部件，甚至是功能齊全的相機(jī)鏡頭。
圖片4:用于Lithoz 3D打印機(jī)的Glassomer的LithaGlass材料（來源：Lithoz）
微樹脂3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)用于研究或醫(yī)療應(yīng)用的微型、精細(xì)的物體，也可以實(shí)現(xiàn)透明。微立體光刻(μSLA)可以打印微型部件，分辨率在2微米(μm)到50微米之間。它需要專用樹脂、精密激光器和聚焦透鏡，從而產(chǎn)生幾乎令人難以置信的小光點(diǎn)。雙光子聚合(TPP)是一種與μSLA類似的技術(shù)，但尺寸更小。TPP目前用于研究、醫(yī)療應(yīng)用和微型部件制造，例如微型電極和光學(xué)傳感器。
陶瓷3D打印公司Lithoz與德國玻璃制造商Glassomer合作，推出了另一項(xiàng)基于樹脂的技術(shù)。該產(chǎn)品名為“LithaGlass”，首先使用石英玻璃基漿料，可實(shí)現(xiàn)3D打印的靈活性和熔融石英玻璃的性能。后處理包括在高達(dá)1,300°C的烤箱中燒結(jié)打印件，以熔化聚合物粘合劑并將玻璃顆粒熔合成固體透明件。盡管材料熔化，但該公司聲稱，零件在各向同性（各個(gè)方向均等）收縮后仍能保持其形狀。截至2024年，該材料在Lithoz網(wǎng)站上仍被歸類為“預(yù)系列材料”研究項(xiàng)目。
圖片5：Stratasys Polyjet 3D打印機(jī)的VeroClear樹脂可作為概念建模和各種其他應(yīng)用的玻璃替代品（來源：Stratasys）
材料噴射是另一種基于樹脂的方法，其中紫外線固化樹脂逐滴沉積在表面上，并通過紫外線立即固化。Polyjet是3D打印機(jī)制造商Stratasys開發(fā)的材料噴射方法。要使用Polyjet獲得清晰的打印件，您需要從透明樹脂（例如Stratasys的VeroClear）開始。為了獲得最佳效果，Polyjet部件通常必須使用漆、拋光或光漂白工藝進(jìn)行精加工。
3D打印機(jī)制造商Mimaki的專有技術(shù)也是一種材料噴射技術(shù)。它使用噴墨打印技術(shù)將白色、透明和CMYK的紫外線固化液體樹脂以及可溶解的支撐材料逐層沉積在床上。每層都通過紫外線固化。
用于透明部件的FDM 3D打印
圖片6：PETG獨(dú)特的半透明性使其與眾不同（來源：Rygar1432 via PrusaPrinters）
熔融沉積成型(FDM)可讓您使用透明絲作為起始材料來制作透明部件。此過程會(huì)在成品部件的邊緣留下可見的脊線，但通過后處理和我們下面詳細(xì)介紹的一些技巧，幾乎可以完全去除它們。
您不必局限于一種透明塑料。透明塑料可以用PLA、PETG、聚丙烯和多種其他聚合物制成，從經(jīng)濟(jì)型和裝飾型到工業(yè)型和生物相容型。
如果您要打印大型物品，例如燈或標(biāo)牌，使用顆粒狀透明材料（與顆粒材料擠出系統(tǒng)一起使用）更經(jīng)濟(jì)。透明顆粒通常與注塑成型中使用的材料相同，與長(zhǎng)絲材料相比，透明顆粒的種類更多，但通常不會(huì)少量出售。
玻璃擠壓3D打印技術(shù)正在興起，但考慮到工業(yè)設(shè)備和溫度，它主要應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和藝術(shù)工作室。它尚未在商業(yè)上廣泛應(yīng)用。
獲得最清晰的3D打印效果的打印技巧
圖片7：采用Detax的Freeprint Ortho樹脂制作的牙科手術(shù)導(dǎo)板（來源：Detax）
對(duì)于樹脂透明3D打印，實(shí)現(xiàn)真正透明度的最佳實(shí)踐主要發(fā)生在后期處理中，我們將在下面介紹，但在打印過程中可以嘗試的一個(gè)技巧是在透明樹脂中添加一點(diǎn)藍(lán)色染料，以抵消固化過程中紫外線的黃化過程-盡管這可能會(huì)導(dǎo)致打印件模糊不清，并且需要進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)。
使用材料擠出或FDM進(jìn)行打印時(shí)，某些打印設(shè)置可以提高打印質(zhì)量。例如，您應(yīng)該使用更高的熱端溫度、更大的層高和較低的填充。這些步驟將確保透明材料適當(dāng)熔化、間隔開并足夠空心，以實(shí)現(xiàn)最佳透明度。
還要考慮部件方向。您需要垂直于Z軸的透明度、XY平面的透明度還是完全透明度？要制作透明花瓶，您很可能只需要X軸和Y軸（橫跨它）的透明度。要制作平面窗口，您只需要通過Z軸的透明度。要完全透明，您需要所有軸的透明度。
要實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸的透明度，需要相對(duì)于所用噴嘴尺寸較大的層高。層高越大、球形度越高，折射的光線越少，因此3D打印部件越透明。根據(jù)材料制造商Taulman3D的說法，以噴嘴直徑的70%-90%進(jìn)行打印可獲得更透明的打印件。
提高透明度的最佳FDM打印設(shè)置：
打印速度較慢（為正常打印速度的25%-30%）
使用更大的噴嘴打印更厚的層
以噴嘴直徑的70%-90%進(jìn)行打印，以獲得折射較少光線的結(jié)構(gòu)
使用燈絲范圍內(nèi)的最高噴嘴溫度（確保塑料熔合）
使用高于100%的流量（例如108%）
單一方向填充
禁用風(fēng)扇或打印冷卻
獲得最清晰樹脂打印件的后處理技巧
圖片8：在水中打磨透明樹脂部件可去除表面劃痕、層線和瑕疵（照片：Christopher Daniels）
對(duì)于大多數(shù)3D打印來說，后期處理是實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果的必要條件。透明打印也不例外。事實(shí)上，大部分實(shí)際透明度都是在這里實(shí)現(xiàn)的。
盡管樹脂可以直接從打印機(jī)中生產(chǎn)出真正令人驚嘆的透明部件，但一旦將這些部件經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的樹脂清洗和固化，您通常會(huì)得到渾濁的不透明部件。別擔(dān)心，您可以通過一些后處理將它們恢復(fù)到透明狀態(tài)。
首先，必須清潔樹脂部件或清除任何樹脂殘留物。通常使用異丙醇進(jìn)行清潔。然后在紫外線下固化。避免過度固化以防止變黃。最后，必須對(duì)部件進(jìn)行打磨、拋光，并涂上透明涂層或清漆。
為了獲得最佳效果，打磨應(yīng)從400目開始，逐漸增加到12,000目，此時(shí)零件會(huì)變得反光。打磨和拋光后，噴上透明涂層可產(chǎn)生漂亮的表面效果，同時(shí)防止紫外線照射導(dǎo)致變黃。也可以將零件浸入樹脂中以獲得真正光滑的表面（盡管這對(duì)鏡片來說并不理想）。
獲得最清晰的FDM部件的后處理技巧
當(dāng)涉及FDM打印時(shí)，需要打磨掉上面樹脂部分中所述的層線。
在花了一些時(shí)間從3D打印部件上去除表面材料后，就該添加材料了。透明涂層經(jīng)常被忽視，但它仍然是一種簡(jiǎn)單、有效且快速的方法，可以平滑、填補(bǔ)缺陷并提高透明部件的清晰度。
透明涂層和清漆有不同的表面效果，從啞光、緞面到半光和光澤。雖然有用于3D打印部件的涂層，但用于透明汽車部件的清漆同樣有效。
噴涂時(shí)，從約30厘米遠(yuǎn)的地方開始，左右移動(dòng)以確保涂層均勻，避免過度噴涂。根據(jù)具體噴涂情況，您可能需要在室溫下等待至少24小時(shí)，然后再處理部件。
干燥后，再次用高目數(shù)砂紙(1000+)打磨，以去除涂層中的任何瑕疵，例如散落的灰塵顆粒、過度噴涂或“橘皮”。打磨后，用清水沖洗部件，確保部件干燥且無灰塵，然后再涂另一層。
根據(jù)表面粗糙程度，您可能需要涂上額外的漆層。但需要注意的是，不要涂上厚厚的一層漆，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)粘，似乎永遠(yuǎn)都干不了。
一些基于絲材的3D打印部件可以用溶劑處理，但請(qǐng)注意，溶劑并非適用于所有FDM打印材料。例如，在ABS部件上使用溶劑會(huì)導(dǎo)致令人不快的渾濁效果。
例如，PolySmooth線材專為透明模型而設(shè)計(jì)。PolySmooth可以用乙醇完成，將乙醇噴灑在打印件上，然后晾干幾天。多次重復(fù)使用會(huì)使部件變透明。但是，由于溶劑的作用，部件可能會(huì)失去尺寸穩(wěn)定性。
編譯整理：ALL3DP
