3D打印增材制造技術(shù) 課件 【ch04】光固化增材制造技術(shù)

第四章光固化增材制造技術(shù)高等學(xué)校動(dòng)畫與數(shù)字媒體專業(yè)『全媒體』創(chuàng)意創(chuàng)新系列教材設(shè)計(jì)造型基礎(chǔ)01光固化成型技術(shù)PARTONE光固化成型，也常被稱為立體光刻成型，英文名稱為StereoLithography，簡稱SL，有時(shí)也被簡稱為SLA(StereoLithographyApparatus)。該技術(shù)由CharlesWHull于1984年提出并獲得美國專利，是最早發(fā)展起來的3D打印技術(shù)之一。自從1988年美國3DSystems公司最早推出SLA-250商品化3D打印設(shè)備以來，SLA技術(shù)已成為目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的3D打印工藝方法。它以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制紫外光使其逐層凝固成型。這種工藝方法能簡捷全自動(dòng)地制造出表面質(zhì)量和尺寸精度較高、幾何形狀較復(fù)雜的模型。SLA技術(shù)在概念設(shè)計(jì)的交流、單件小批量精密鑄造、產(chǎn)品模型、快速工裝模具直接面向產(chǎn)品的模具等諸多方面廣泛應(yīng)用，在航空、汽車、模具制造、電器、鑄造及醫(yī)療等領(lǐng)域也將得到廣泛應(yīng)用。4.1光固化成型技術(shù)基本原理1通常的光固化成型系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)、控制軟件、光學(xué)系統(tǒng)、樹脂容器及后固化裝置等部分組成。4.1光固化成型技術(shù)成型系統(tǒng)與設(shè)備2數(shù)控系統(tǒng)及控制軟件:數(shù)控系統(tǒng)和控制軟件主要由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、控制計(jì)算機(jī)及CAD接口軟件和控制軟件組成。數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)主要是先對(duì)CAD模型進(jìn)行離散化處理，使之變成適合于光固化成型的文件格式(STL格式)，然后對(duì)模型定向切片。控制計(jì)算機(jī)主要用于XY掃描系統(tǒng)、Z向工作平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)和重涂層系統(tǒng)的控制。CAD接口軟件的工作內(nèi)容包括對(duì)CAD數(shù)據(jù)模型的通信格式設(shè)定、接受CAD文件的曲面表示格式、設(shè)定過程參數(shù)等?？刂栖浖墓ぷ鲀?nèi)容包括對(duì)激光器光束反射鏡掃描驅(qū)動(dòng)器、X-Y掃描系統(tǒng)、升降臺(tái)和重涂層裝置等的控制。用于造型的紫外激光器通常有兩種類型，一種是傳統(tǒng)的氣體激光器如氨-鍋(He-Cd)激光器輸出功率為15~50mW,輸出波長為523nm;(Ar)激光器的輸出功率為100~500mW輸出波長為351~365nm。激光束的光斑直徑為0.05~3mm，激光的位移精度可達(dá)0.008mm。4.1光固化成型技術(shù)成型系統(tǒng)與設(shè)備2另一種是固體激光器，輸出功率可達(dá)500mW或更高，壽命可達(dá)5000h，且激光二極管(LaserDiode)更換后可繼續(xù)使用。該激光器光斑模式好，有利于聚焦，但由于固體激光器的輸出是脈沖式的，為了在高速掃描時(shí)不出現(xiàn)斷線現(xiàn)象，必須盡量提高脈沖頻率。一般激光束的光斑尺寸為0.05~3.00mm，激光位置精度可達(dá)0.008mm，重復(fù)精度可達(dá)0.13mm。1.紫外激光器激光束掃描裝置有兩種形式，圖4-1所示為兩種典型的光學(xué)掃描系統(tǒng)。其中，一種是振鏡掃描系統(tǒng)，其最高掃描速度可達(dá)15m/s，它適合于制造尺寸較小的高精度的成型件，另一種是XY軸掃描儀系統(tǒng)，激光束在整個(gè)掃描的過程中與樹脂表面垂直，適合于制造大尺寸、高精度的成型件。4.1光固化成型技術(shù)成型系統(tǒng)與設(shè)備22.激光束掃描裝置由于激光束斜射造成的激光點(diǎn)尺寸變化會(huì)極大地影響該點(diǎn)激光功率的分布，即影響激光功率的單位供給量，為此需要一個(gè)微定位器控制的聚焦透鏡進(jìn)行變焦。聚焦透鏡的移動(dòng)控制必須與調(diào)節(jié)軸的檢流計(jì)保持同步，以使激光束焦點(diǎn)保持在樹脂液面上。透鏡對(duì)改變掃描線寬或填充大的區(qū)域也有重要作用。同時(shí)，需要調(diào)整掃描速度或激光功率，以補(bǔ)償變焦引起的功率、密度變化。即使是反射鏡偏轉(zhuǎn)角的一個(gè)很小的誤差，也會(huì)造成掃描光點(diǎn)在液面上一個(gè)較大的位移誤差，因而掃描器應(yīng)采用閉環(huán)控制。4.1光固化成型技術(shù)成型系統(tǒng)與設(shè)備22.激光束掃描裝置在刮板靜止時(shí)，由于液態(tài)樹脂的表面張力作用，吸附槽中充滿樹脂。當(dāng)刮板進(jìn)行涂刮運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸附槽中的樹脂會(huì)均勻涂敷到已固化的樹脂表面。此外，涂敷結(jié)構(gòu)中的前刃和后刃可以很好地消除樹脂表面因?yàn)楣ぷ髋_(tái)升降等原因產(chǎn)生的氣泡。當(dāng)所有的層都制作好后，模型的固化程度已達(dá)95%，但模型的強(qiáng)度還很低，需要經(jīng)過進(jìn)一步固化處理，以達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。后固化裝置用很強(qiáng)的紫外光源使模型充分固化。固化時(shí)間依據(jù)制件的幾何形狀、尺寸和樹脂特性而定，大多數(shù)成型件的固化時(shí)間不少干30min.4.1光固化成型技術(shù)成型系統(tǒng)與設(shè)備23.樹脂容器系統(tǒng)和重涂層系統(tǒng)4.1光固化成型技術(shù)成型工藝及分析3然后，成型設(shè)備控制一個(gè)特殊的涂敷板，按照設(shè)定的層厚沿XY平面平行移動(dòng)使已固化的斷面層樹脂覆上一層薄薄的液態(tài)樹脂，該層液態(tài)樹脂保持一定的厚度精度。

最后，用激光束對(duì)該層液態(tài)樹脂進(jìn)行掃描固化，形成第二層固態(tài)斷面層。新固化的這一層黏結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直到完成整個(gè)制件。圖4-3所示為傳統(tǒng)SLA技術(shù)原理。增材制造系統(tǒng)可以根據(jù)切片處理得到需要的斷面形狀。首先，在計(jì)算機(jī)的控制下，增材制造設(shè)備的可升降工作臺(tái)的上表面處于下一個(gè)截面層厚的高度(0.025~03m將激光束在X-Y平面內(nèi)按斷面形狀進(jìn)行掃描，掃描過的液態(tài)樹脂發(fā)生聚合固化，形成第一層固態(tài)斷面形狀之后，工作臺(tái)再下降一層高度，使液槽中的液態(tài)光敏樹脂流入并覆蓋已固化的斷面層。4.1光固化成型技術(shù)成型工藝及分析34.1光固化成型技術(shù)成型工藝及分析31.SLA的后處理(1)樹脂固化成型為完整制件后，從增材制造設(shè)備上取下的制品需要去除支撐結(jié)構(gòu)，并將制件置于大功率紫外燈箱中做進(jìn)一步的內(nèi)腔固化。(2)制件的曲面上存在因分層制造引起的階梯效應(yīng)，以及因STL格式的三角形化而可能造成的小缺陷。(3)制件的薄壁和某些小特征結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度不足。(4)制件的某些形狀尺寸精度還不夠，表面硬度不夠，或者制件表面的顏色不符合要求等。對(duì)于制件表面有明顯的小缺陷而需要修補(bǔ)時(shí)，可先用熱熔塑料、乳膠以及細(xì)粉料調(diào)和而成的填泥，或濕石膏予以填補(bǔ)，然后用砂紙打磨、拋光和噴漆打磨。拋光的常用工具有各種粒度的砂紙、小型電動(dòng)或氣動(dòng)打磨機(jī)及噴砂打磨機(jī)。4.1光固化成型技術(shù)成型工藝及分析32.SLA的后固化盡管樹脂在激光掃描過程中已經(jīng)發(fā)生聚合反應(yīng)，但只是完成部分聚合作用，零件中還有部分處于液態(tài)的殘余樹脂未固化或未完全固化(掃描過程中完成部分固化，避免完全固化引起變形)，零件的部分強(qiáng)度也是在后固化過程中獲得的，因此，后固化處理對(duì)完成零件內(nèi)部樹脂的聚合，提高零件最終力學(xué)強(qiáng)度是必不可少的。后固化時(shí)，零件內(nèi)未固化的樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)，體積收縮產(chǎn)生均勻或不均勻形變。(1)從高分子物理學(xué)方面來解釋，處于液體狀態(tài)的小分子之間的距離為范德瓦耳斯力距離，而固體狀態(tài)的聚合物，其結(jié)構(gòu)單元之間處于共價(jià)鍵距離，共價(jià)鍵距離遠(yuǎn)小于范德瓦耳斯力距離，所以樹脂在固化過程中會(huì)發(fā)生收縮，通常其體收縮率約為10%，線收縮率約為3%,(2)從分子學(xué)角度講，光敏樹脂的固化過程是從短的小分子體向長鏈大分子聚合體轉(zhuǎn)變的過程，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，固化過程中的收縮是必然的。4.1光固化成型技術(shù)與掃描過程中的變形不同的是，由于完成掃描之后的零件是由一定間距的層內(nèi)掃描線相互黏結(jié)的薄層疊加而成，線與線之間、面與面之間既有未固化的樹脂，相互之間又存在收縮應(yīng)力和約束，以及從加工溫度(一般高于室溫)冷卻到室溫引起的溫度應(yīng)力，這些因素都會(huì)產(chǎn)生后固化變形。但已經(jīng)固化的部分對(duì)后固化變形有約束作用，減緩了后固化變形。零件在后固化過程中也要產(chǎn)生變形，實(shí)驗(yàn)測得零件后固化收縮量占總收縮量的30%~40%。成型工藝及分析32.SLA的后固化4.1光固化成型技術(shù)光固化成型精度4成型精度一般包括形狀精度、尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形狀、尺寸和表面相互位置三個(gè)方面與設(shè)計(jì)要求的符合程度。影響形狀精度的因素主要有翹曲、扭曲變形、橢圓度誤差及局部缺陷等;尺寸精度是指成型件與CAD模型相比，在YZ三個(gè)方向上的尺寸相差值:影響表面精度的因素主要包括由疊層累加產(chǎn)生的臺(tái)階誤差及表面粗糙度等。影響光固化成型精度的因素有很多，包括成型前和成型過程中的數(shù)據(jù)處理、成型過程中光敏樹脂的固化收縮、光學(xué)系統(tǒng)及激光掃描方式等。根據(jù)成型工藝過程，可以將影響光固化成型精度的因素進(jìn)行分類。圖4-4所示為影響光固化成型精度的因素。4.1光固化成型技術(shù)光固化成型精度41.幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差在光固化成型過程開始前，必須對(duì)實(shí)體的三維CAD模型進(jìn)行STL格式化及切片分層處理，以便得到加工所需的一系列截面輪廓信息，防止在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)帶來誤差。圖4-5所示為弦差導(dǎo)致的截面輪廓線誤差?？刹扇〉拇胧?(1)直接切片。為減小幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差，較好的辦法是開發(fā)對(duì)CAD實(shí)體模型進(jìn)行直接分層的方法，在商用軟件中，Pro/ENGIEER具有直接分層的功能。(2)自適應(yīng)分層。切層的厚度直接影響成型件的表面光潔度。因此，必須仔細(xì)選擇切層厚度，有關(guān)學(xué)者采用不同算法進(jìn)行了自適應(yīng)分層方法的研究，即在分層方向上，根據(jù)零件輪廓的表面形狀，自動(dòng)地改變分層厚度，以滿足零件表面精度的要求，當(dāng)零件表面傾斜度較大時(shí)選取較小的分層厚度，以提高模型的成型精度:反之則選取較大的分層厚度，以提高加工效率。4.1光固化成型技術(shù)光固化成型精度42.成型過程中材料的固化收縮引起的翹曲變形內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力方向從正在固化的層表面向下，隨固化程度的變化，層內(nèi)應(yīng)力呈梯度分布。在層與層之間，新固化層收縮時(shí)要受到層間黏合力的限制。層內(nèi)應(yīng)力和層間應(yīng)力的合力作用致使工件產(chǎn)生翹曲變形?？刹扇〉拇胧孩俪尚凸に嚨母倪M(jìn)。②樹脂配方的改進(jìn)。3.樹脂涂層厚度對(duì)光固化成型精度的影響在光固化成型過程中要保證每一層鋪涂的樹脂厚度一致，當(dāng)聚合深度小于層厚時(shí)，層與層之間將黏合不好，甚至?xí)l(fā)生分層:如果聚合深度大于層厚，那么將引起過固化，而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，引起翹曲變形，影響光固化成型精度。在掃描面積相等的條件下，固化層越厚，固化的體積越大，層間產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，故而為了減小層間應(yīng)力，就應(yīng)該盡可能地減小單層固化深度，以減小固化體積?？刹扇〉拇胧憾纹毓夥?。多次反復(fù)曝光后的固化深度與以多次曝光量之和進(jìn)行一次曝光的固化深度是等效的。4.1光固化成型技術(shù)光固化成型精度44.光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光固化成型精度的影響在光固化成型過程中，成型用的光點(diǎn)是一個(gè)具有一定直徑的光斑，因此實(shí)際得到的制件形狀是光斑運(yùn)行路徑上一系列固化點(diǎn)的包絡(luò)線形狀。如果光斑直徑過大，那么有時(shí)會(huì)丟失較小尺寸的零件細(xì)微特征，如在輪廓拐角進(jìn)行掃描時(shí)，拐角特征很難成型出來。聚焦到液面的光斑直徑大小及光斑形狀會(huì)直接影響加工分辨率和光固化成型精度。可采取的措施：(1)光路校正。圖4-6所示為振鏡掃描系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。在SLA系統(tǒng)中，掃描器件采用雙振鏡模塊(見圖4-6中的a和b)，設(shè)置在激光束的匯聚光路中，由于雙振鏡在光路中前后布置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成掃描軌跡在X軸向的“枕形”畸變，當(dāng)掃描一個(gè)方形圖形時(shí)，掃描軌跡并非一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方形，而是出現(xiàn)“枕形”畸變，“枕形”畸變可以通過軟件校正。圖4-7所示為“枕形”畸變示意圖。(2)光斑校正。光斑掃描軌跡構(gòu)成的像場是球面，Z軸誤差。聚焦誤差可以通過動(dòng)態(tài)聚焦模塊得到校正，動(dòng)態(tài)聚焦模塊可在振鏡掃描過程中同步改變模塊焦距，調(diào)整焦距位置，實(shí)現(xiàn)Z軸方向掃描，與雙振鏡構(gòu)成一個(gè)三維掃描系統(tǒng)。4.1光固化成型技術(shù)可采取的措施：(1)光路校正。圖4-6所示為振鏡掃描系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。在SLA系統(tǒng)中，掃描器件采用雙振鏡模塊(見圖4-6中的a和b)，設(shè)置在激光束的匯聚光路中，由于雙振鏡在光路中前后布置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成掃描軌跡在X軸向的“枕形”畸變，當(dāng)掃描一個(gè)方形圖形時(shí)，掃描軌跡并非一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方形，而是出現(xiàn)“枕形”畸變，“枕形”畸變可以通過軟件校正。圖4-7所示為“枕形”畸變示意圖。(2)光斑校正。光斑掃描軌跡構(gòu)成的像場是球面，Z軸誤差。聚焦誤差可以通過動(dòng)態(tài)聚焦模塊得到校正，動(dòng)態(tài)聚焦模塊可在振鏡掃描過程中同步改變模塊焦距，調(diào)整焦距位置，實(shí)現(xiàn)Z軸方向掃描，與雙振鏡構(gòu)成一個(gè)三維掃描系統(tǒng)。光固化成型精度44.光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光固化成型精度的影響4.1光固化成型技術(shù)可采取的措施：聚焦誤差也可以用透鏡前掃描和F-0鏡進(jìn)行校正，掃描器位于透鏡之前，激光束掃描后射在聚焦透鏡的不同部位，并在其焦平面上形成直線軌跡與工作平面重合。這樣可以保證激光聚焦焦點(diǎn)在光敏樹脂液面上，使達(dá)到光敏樹脂液面的激光光斑直徑小，且光斑大小不變。圖4-8所示為F0鏡掃描。光固化成型精度44.光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光固化成型精度的影響4.1光固化成型技術(shù)掃描方式與成型工件的內(nèi)應(yīng)力有密切關(guān)系，合適的掃描方式可以減少零件的收縮量，避免翹曲和扭曲變形，提高光固化成型精度。SLA技術(shù)成型時(shí)多采用方向平行路進(jìn)行實(shí)體填充，即每一段填充路徑均互相平行，在邊界線內(nèi)往復(fù)掃描進(jìn)行填充，也稱為Z字形(Zig-Zag)或光柵式掃描方式。但在掃描一行的過程中，掃描線經(jīng)過型腔時(shí)，掃描器以跨越速度快速跨過。這種掃描方式，需頻繁跨越型腔部分，一方面空行程太多，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“拉絲”現(xiàn)象空行程中樹脂感光固化成絲狀)另一方面掃描系統(tǒng)頻繁地在填充速度和快進(jìn)速度之間變換會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)和噪聲，激光器要頻繁進(jìn)行開關(guān)切換，降低了加工效率。光固化成型精度45.激光掃描方式對(duì)光固化成型精度的影響4.1光固化成型技術(shù)在光固化成型過程中，圓形光斑有一定直徑，固化的線寬等于在該掃描速度下實(shí)際的光斑直徑大小。成型的零件實(shí)體部分外輪廓周邊尺寸大了一個(gè)光斑半徑，而內(nèi)輪廓周邊尺寸小了一個(gè)光斑半徑，導(dǎo)致零件的實(shí)體尺寸大了一個(gè)光斑直徑，使零件出現(xiàn)正偏差。為了減小或消除實(shí)體尺寸的正偏差，通常采用光斑補(bǔ)償方法，使光斑掃描路徑向?qū)嶓w內(nèi)部縮進(jìn)一個(gè)光斑半徑。從理論上說，光斑掃描按照向?qū)嶓w內(nèi)部縮進(jìn)一個(gè)光斑半徑的路徑掃描所得零件的長度尺寸誤差為零。光固化成型精度46.光斑直徑大小對(duì)成型尺寸的影響光固化成型過程是一個(gè)“線一面一體”的材料累積過程，為了分析掃描過程中工藝參數(shù)(激光功率、掃描速度、掃描間距》產(chǎn)生的誤差，需要對(duì)掃描固化過程進(jìn)行理論分析，進(jìn)而找出各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)掃描過程的影響。7.激光功率、掃描速度、掃描間距產(chǎn)生的誤差4.1光固化成型技術(shù)工藝特點(diǎn)51.光固化成型的優(yōu)點(diǎn)(1)成型過程自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，無須切削工具與模具。SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)加工開始后，成型過程可以完全自動(dòng)化，直至模型制作完成。(2)尺寸精度高。SLA模型的尺寸精度可以達(dá)到士0.1mm。(3)優(yōu)良的表面質(zhì)量。雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺(tái)階，但上表面仍可達(dá)到玻璃狀的效果。(4)可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、尺寸比較精細(xì)的模型。(5)可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型模型。4.1光固化成型技術(shù)工藝特點(diǎn)52光固化成型的缺點(diǎn)(1)可用的材料較少。目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料。(2)成型件多為樹脂類，強(qiáng)度、剛度、耐熱性有限，不利于長時(shí)間保存，許多還會(huì)被濕氣侵蝕，導(dǎo)致工件膨脹，抗化學(xué)腐蝕的能力不夠好:制件易變形，主要是成型過程中材料發(fā)生物理和化學(xué)變化導(dǎo)致的。(3)液態(tài)樹脂有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，以防止提前發(fā)生聚合反應(yīng)，所以選擇時(shí)有局限性;固化過程中會(huì)產(chǎn)生刺激性氣體，有污染，因此機(jī)器運(yùn)行時(shí)成型腔室部分應(yīng)密閉。(4)液態(tài)光敏聚合物固化后的性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆、易斷裂，不便進(jìn)行切削加工，工作溫度通常不能超過100C。(5)需要二次固化，原因是光固化后的模型樹脂并未完全被激光固化?？刹扇〉拇胧?研究針對(duì)CAD模型直接分層及針對(duì)STL模型分層的各種優(yōu)化方法，以獲得精確的截面輪廓:優(yōu)化截面輪廓的填充掃描方式，更加精確地表示數(shù)據(jù)模型。02數(shù)字光處理技術(shù)PARTTWO數(shù)字光處理(DigitalLightProcessing，DLP)術(shù)，是把影像信號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理后光投影出來，是基于美國德州儀器公司開發(fā)的數(shù)字微鏡器件——DMD來完成可視數(shù)字信息顯示的技術(shù)。DLP技術(shù)的基本原理是數(shù)字光源以面光的形式在液態(tài)光敏樹脂表面進(jìn)行層層投影，層層固化成型。4.2數(shù)字光處理技術(shù)1基本原理通過CAD設(shè)計(jì)出三維實(shí)體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，設(shè)計(jì)照射形狀產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制光源和升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。其次，激光器根據(jù)切片形狀，發(fā)出相應(yīng)形狀的光斑，該層樹脂固化后，就完成了該片層的加工;升降臺(tái)下降一定距離，固化層上先覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進(jìn)行第二層照射，第二固化層牢固地黏結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加形成三維工件模型。最后，將模型從樹脂中取出，進(jìn)行最終固化，經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。4.2數(shù)字光處理技術(shù)2成型系統(tǒng)與設(shè)備DMD芯片是由很多個(gè)微米級(jí)的微鏡片組成的，透鏡和濾光板將自然光分解成紅綠藍(lán)二色，三種基色光通過濾色板輪流照射到DMD芯片上，通過電壓控制微鏡片在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制各像素點(diǎn)光路的通斷，從而將圖像投影到顯示屏上。近年來，DMD技術(shù)不斷取得突破。DMD微鏡片向著更高像素、更大面積的方向發(fā)展，極大地提高了圖像顯示的分辨率，鏡面翻轉(zhuǎn)角更大，相應(yīng)顯著地提高了圖像的對(duì)比度和清晰度。面曝光3D打印系統(tǒng)中主要采用基于數(shù)字微鏡器件(DigitalMicromirrorDevices，DMD)技術(shù)的DLP技術(shù)。DLP投影設(shè)備主要由光學(xué)投影設(shè)備、DMD芯片及光源三個(gè)基本部分組成。DMD器件是DLP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心器件，其性能直接關(guān)系到3D打印的效率和質(zhì)量。4.2數(shù)字光處理技術(shù)2成型系統(tǒng)與設(shè)備DLP型3D打印機(jī)主要由光學(xué)模塊、Z軸模塊、涂覆模塊、樹脂槽升降模塊、補(bǔ)液模塊及機(jī)架等部分構(gòu)成。(1)光學(xué)模塊位于DLP打印機(jī)結(jié)構(gòu)的頂層位置，因此稱為上投影，與市場上常見的下投影DLP打印機(jī)相比，具有打印幅面更大、打印尺寸更大的優(yōu)點(diǎn)，光機(jī)的微調(diào)機(jī)構(gòu)，既能滿足光機(jī)在Z軸方向?qū)崿F(xiàn)0.01mm級(jí)別的微調(diào)，又能滿足光機(jī)投射的紫外光與XY平面之間的直關(guān)系。(2)Z軸模塊的作用是帶動(dòng)托板上下運(yùn)動(dòng)，行程為150mm，托板是零件生長成型的平臺(tái)是一塊沖有密集小孔的鋁板(120mmx210m)每固化一層，托板便要下降一個(gè)層厚，此過程采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通過滾珠絲杠和雙側(cè)直線導(dǎo)軌帶動(dòng)托板上下運(yùn)動(dòng)，以滿足打印分層運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度需求。4.2數(shù)字光處理技術(shù)2成型系統(tǒng)與設(shè)備(3)刮刀是涂覆模塊的重要結(jié)構(gòu)，采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，帶動(dòng)刮刀在F方向來回移動(dòng)，打印過程中刮刀周而復(fù)始地刮平打印工件的表面，使其成為材料成型生長的新基面。(4)樹脂槽由不銹鋼板焊接而成，由主槽和液位檢測區(qū)兩部分組成，兩者之間是相互連通的，樹脂槽升降模塊除了樹脂槽，還包括激光液位傳感器、樹脂槽安裝平臺(tái)、樹脂槽升降裝置，驅(qū)動(dòng)元件選用抱閘的伺服電機(jī)，以防止掉電后樹脂槽墜落。(5)補(bǔ)液模塊位于DLP打印機(jī)最下方，由步進(jìn)電機(jī)、補(bǔ)液槽及蠕動(dòng)泵三部分組成，打印多次產(chǎn)品以后，樹脂槽內(nèi)液位必定不符合打印液位要求，可以通過補(bǔ)液系統(tǒng)將補(bǔ)液槽中的樹脂加到樹脂槽中，這樣可以增加做件次數(shù)。(6)機(jī)架是其他模塊的安裝載體，所有的功能模塊都安裝在機(jī)架上得以實(shí)現(xiàn)自身功能，其由高強(qiáng)度方型鋼管組成，機(jī)架下方安裝可調(diào)節(jié)的地腳，用于調(diào)整設(shè)備的水平狀態(tài)，使Z基板垂直于水平面，除此之外，還裝有4個(gè)萬向輪，便于運(yùn)輸打印機(jī)。4.2數(shù)字光處理技術(shù)3成型工藝過程(1)通過前處理軟件(如Magics)將三維模型STL文件按照打印要求進(jìn)行編輯、修復(fù)切片、生成且保存cli文件。(2)打開上位機(jī)，設(shè)置相應(yīng)的打印參數(shù)(例如，曝光時(shí)間、Z軸運(yùn)動(dòng)速度)，加載cli切片文件。(3)單擊“開始打印”按鈕，整個(gè)打印任務(wù)便開始執(zhí)行。(4)光源透過聚光鏡，使光源均勻分布，菲涅爾鏡使光源垂直照射在液晶屏上。(5)圖像會(huì)通過液晶屏照射到光敏樹脂上，托板與底模之間固定高度的樹脂通過投影的光發(fā)生固化成型并附著在托板上。(6)托板將固化成型的部分拉起，讓液體再次補(bǔ)充進(jìn)來，托板在下降，從而使托板與底模之間的薄層樹脂再次發(fā)生固化并附著在之前成型的固化樹脂上，周而復(fù)始，逐層固化直到完成模型整體成型。4.2數(shù)字光處理技術(shù)DLP技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：DLP設(shè)備整體尺寸更為小巧;能夠打印細(xì)節(jié)精度要求更高的產(chǎn)品，從而確保其加工尺寸精度可以達(dá)到20~30um;高速的空間光調(diào)制器，顯示速率高達(dá)32kHz;光效率高，微鏡反射率達(dá)88%以上;窗口透射率大于97%;支持波長范圍在365~2500nm之間;微鏡的光學(xué)效率不受溫度影響。DLP技術(shù)的主要缺點(diǎn)：機(jī)型造價(jià)相對(duì)SLA設(shè)備高，加工尺寸受限，主要用于小體積物品的打印;DLP技術(shù)使用的液態(tài)樹脂材料具有一定的毒性，使用時(shí)需密閉。4工余便餓藹彪傲骯促步拜阿點(diǎn)及應(yīng)用1.工藝特點(diǎn)4.2數(shù)字光處理技術(shù)DLP技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域有醫(yī)療、建筑、運(yùn)輸、航天、考古、教育、工業(yè)制造、珠寶首飾、玩具等。4工余便餓藹彪傲骯促步拜阿點(diǎn)及應(yīng)用2.應(yīng)用3.DLP技術(shù)與SLA技術(shù)的對(duì)比如下(1)相同點(diǎn)：打印材料同為光敏樹脂:工作原理都是利用液態(tài)光敏樹脂在紫外光照射下固化的特性。(2)二者本質(zhì)的差別在于照射的光源：SLA技術(shù)采用激光點(diǎn)聚焦到液態(tài)光聚合物，而DLP技術(shù)是先對(duì)影像信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，然后把光投影出來固化光聚合物。由于每層固化時(shí)通過幻燈片似的片狀固化，DLP速度比同類型的SLA速度更快。03數(shù)字光合成技術(shù)PARTTHREECarbon的CLDP3D打印技術(shù)支持一種稱為數(shù)字光合成(DLS)的技術(shù)，其將數(shù)字光投影與透氧環(huán)境和可編程樹脂相結(jié)合，創(chuàng)造出堅(jiān)固耐用、高性能的聚合物部件。該技術(shù)不僅可以進(jìn)行超快速3D打印，而且可以通過完全消除模型設(shè)計(jì)的方式來加快整體生產(chǎn)，創(chuàng)造出了以前不可能設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。打印裝置中有一個(gè)非常重要的部分