變解析度寬幅面光固化3D列印,

2021-02-15 南極熊3D列印

作者 陳銳光，連芩 


光固化3D列印以實現高解析度著稱，使用面曝光方式的設備還具有成型速度快的優點。但傳統的面曝光設備存在著實現寬幅面和高解析度的矛盾，由於鏡頭像素的限制，在提高其中一項性能的時候，會犧牲另一項。因此，傳統的設備都存在列印幅面小的缺點。當需要列印尺寸比列印幅面大的零件時，通常會使用多區域曝光，拼接列印的辦法。

伊利諾伊大學芝加哥分校機械與工業工程系在這種辦法的基礎上進行改良，開發了一種變解析度的光固化3D列印設備，兩者列印方法對比如圖1。

 

圖1（a）傳統多區域曝光

 

圖1（b）變解析度多區域曝光

此種方法針對CAD模型各尺寸特性進行分析，在尺寸較小的區域使用高解析度，在尺寸較大的區域降低解析度，增加列印面積。使用這種方法，通常能獲得更高的精度和更快的速度。

 圖2 設備原理圖

該設備與傳統底部曝光設備結構大體相似，不同的地方在於增加了一個Z-2軸來控制鏡頭位置以獲得所需的解析度。

 圖4 分析算法示例（a）STL模型;（b）分層圖像；（c）分層圖像框選部分; （d）宏觀圖像;（e）微觀圖像

該設備分析算法的過程是先為分層圖像的每一行上列印區域與非列印區域交界處標點，然後將各點間的距離與當前設置的解析度對比，若大於該解析度則保留此特徵，否則不保留。對整層圖像分析完後，得到當前解析度可以滿足的圖像，通過原圖減去該圖，又得到需要提高解析度才能滿足的另一部分特徵的圖像。

 

圖5 框架測試案例 （a）STL模型 （b）列印零件 （c）微觀圖像

圖6傾斜三角形表面 （a）STL模型 （b）列印零件 （c）微觀圖像

列印結果顯示，無論是單層多解析度模型，還是解析度逐層連續變化模型，都取得不錯的效果。

參考文獻：
Pan Y , Dagli C . Dynamic Resolution Control in a Laser Projection based Stereolithography System[J]. Rapid Prototyping Journal, 2017, 23(1):190-200.

供稿人:陳銳光，連芩 
供稿單位：機械製造系統工程國家重點實驗室

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