【精华】详解基于DLP的光固化3D打印技术原理

时间：2016-10-14 10:06 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

      增材制造，又称3D打印，和3D机器视觉都是令人极为振作的新技能，当咱们将这两者结合起来使用时，它们有潜力创立一些全新的高效出产形式，这其间，尤其让人感兴趣的是“主动化出产”的概念——一个“一站式”的机械加工车间，该车间可在无需人工监督的情况下用3D打印技术来创造零件，并用机器视觉技能来测量和测验该零件。

      德州仪器（TI）的DLP®技术及其间心的数字微镜器件（DMD）可供给完结这一切的要害要素。DLP技能是诞生于1996年的用于投影显示的光学技能，如今已得到广泛使用。当被使用于3D打印和机器视觉中的疑问时，DLP技术可供给高分辨率的成像、加快出产速度并下降制作本钱，这有助于让主动化出产的愿景变成实际。正因如此，它才变成了用老技术处理新疑问的经典典范。

选用DLP技术的3D打印

         光固化（SLA）是一种多见的3D打印过程，与传统的打印较为类似。就像调色剂堆积在纸张上一样，3D打印机可在一系列2D截面中堆积资料层，这么一层一层叠加起来，就能发生3D物体。在选用SLA技术的情况下，材料是一种可用紫外线（UV）光源进行固化的树脂。当该树脂固化时，其单体能交联以创立一个聚合物链 —— 该聚合物链可发生固体材料。

      当SLA技术与DLP技术结合时，DMD会由UV光源点亮。然后DMD的像素被别离处理，图画被投影到树脂层，然后发生一系列截面，这些截面可组成3D物体。选用DLP技术能够带来多种优势，比方能用光学技能使来自DMD的各个像素成像，而不是让光源直接在树脂上成像，这么可优化分辨率和特征尺度。（见下图）

      选用DLP技能的光固化：物体经过3D计算机辅佐设计（CAD）模型得到具体的阐明。打印机软件可将虚拟模型转化成一系列表层以适应当物体的打印。
      和能发生100微米体素（3D像素）、根据激光的传统SLA机比较，根据DLP技能的SLA机可完结30微米的体素。体素越小，转化成的物体越滑润，这意味着完结物体创立所需的后期制作处理工作就越少。此外，因为全部构造层的成像和创立是一起完结——而不是一次一个别素、逐层完结的，所以这些机器完结较大打印品的速度比传统的SLA机快。

DLP技术测量和测验

      物体被打印后，主动出产线上的下一个步骤是完结具有3D视觉功用的机器，该机器可对物体进行主动测量和测验。在这个过程中也能够使用DLP技术。
      传统的机器视觉体系选用触摸式坐标测量法或使用单个摄像头的非触摸式2D检查与测量法来扫描物体。DLP辅佐的3D机器视觉体系则可选用单行扫描的变异法 —— 构造光办法。在这里(见下图)，数字光图画被投影到一个物体上。接着，这些光图画经过摄像头传感器成像——该传感器可借助已知的光源视点对数据进行三角是测量，以获取3D信息。

      经过选用DLP技术的构造光扫描法，就能获取任何物体的外表面积、体积和特征尺度等维度值。被投影的图画通常是黑色和白色条纹，它们由DMD将相应的像素列敞开和封闭而发生。咱们用投影透镜让来自DMD的光在被测量的物体上成像。因为 DMD像素的尺度也许仅为5.4微米，故咱们可用较小的面板来发生高分辨率图画。

   与传统的单行扫描法和触摸式坐标测量法比较，DLP辅佐的构造光办法有着高分辨率，并且有高达32kHz的可编程图画速率，因此能发生高精度的3D实时数据。此外，DMD还可在体系设计中供给灵活性 —— 波长选择规模很广，可从365纳米到2,500纳米。

   对进步商品质量和下降制作本钱的需要正在一系列领域——包括安全、医疗、环境和科学领域——变得越来越强劲。使用TI的DLP技术，工程师可获得一种路径来满意这些需要，并能设想一个抱负的制作工厂，其间主动机器人可制作和测试商品。

经过供给单个或多个摄像头的3D图画收集功用，DLP技术可完结3D机器视觉。该体系能将一个DMD用作空间光调制器，并用一个DMD控制器来供给对微镜的高速控制功能。
Alex Lyubarsky是德州仪器的一名光学设计工程师。

(责任编辑：admin)

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