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2.2 系統(tǒng)組成及打印原理

   DLP 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高清晰圖像的投影顯示. 由于其特殊的顯示原理,圖像對比度很高,在顯示暗背景時(shí),幾乎沒有光從投影系統(tǒng)中出射,這一特點(diǎn)保證了當(dāng)該技術(shù)應(yīng)用在光固化成型中,光敏樹脂不會在長時(shí)間的工作下由于溢出光的持續(xù)照射而發(fā)生聚合反應(yīng),從而確保了DLP 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與掩模板相似的功能并應(yīng)用于3D 打印領(lǐng)域.

    基于DLP 技術(shù)發(fā)展出的3D 打印系統(tǒng)由以下幾部分組成:DLP 投影系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)以及具有控制和運(yùn)算能力的主控系統(tǒng). 零件的三維模型需要在主控系統(tǒng)上進(jìn)行切片處理運(yùn)算,將三維模型分割為一系列二維平面圖像,之后控制DLP 投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像的投影,與此同時(shí),控制機(jī)械運(yùn)動完成逐層打印,如此往復(fù)最終實(shí)現(xiàn)實(shí)體零件的制作. 這其中DLP 投影技術(shù)中使用的數(shù)字微鏡器件(digital micromirror device,DMD)芯片是該類型3D 打印的核心,在選擇芯片型號時(shí)要根據(jù)打印尺寸、打印精度、打印速度以及光源波長來選擇合適的芯片.

圖1、2 是2 種DLP 型3D 打印系統(tǒng)的示意圖.

     以圖1 中上曝光DLP 型3D 打印系統(tǒng)為例,介紹系統(tǒng)的工作流程. 首先,液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂,主控系統(tǒng)會對模型進(jìn)行分層計(jì)算并根據(jù)精度需求生成對應(yīng)的分層圖像,之后將分層圖像傳遞給DLP 投影設(shè)備,投影設(shè)備會根據(jù)分層圖像控制紫外光把分層圖像成像在光敏樹脂液體的上表面,靠近液體表面的光敏樹脂在受到紫外光照射后,會發(fā)生光聚合反應(yīng)進(jìn)行固化,形成對應(yīng)分層圖像的已固化薄層,此時(shí),單層成型工作完畢,接著工作臺向下移動一定距離,讓固化好的樹脂表面上補(bǔ)充未固化的液態(tài)樹脂,而后控制工作臺移動,使得頂面補(bǔ)充的液體樹脂厚度和分層精度保持一致,使用刮板將樹脂液面刮平,然后即可進(jìn)行下一層的成型工作,如此反復(fù)直到整個(gè)零件制造完成.

2.3 核心器件DMD 芯片

2. 3. 1 DMD 芯片組成

     DLP 投影系統(tǒng)中,DMD 芯片是核心元件. 它是一種可對光進(jìn)行調(diào)制的電子器件,具有獨(dú)特的光學(xué)特性和電學(xué)特性. DMD 芯片由光電單元陣列組成,每個(gè)光電單元由一塊方形微鏡面和控制鏡面偏轉(zhuǎn)角度的電路組成,通過控制電信號的大小實(shí)現(xiàn)微鏡面不同角度的偏轉(zhuǎn),從而完成對光的調(diào)制. DMD 芯片的本質(zhì)是一組可控的反射鏡陣列器件,其單個(gè)反射鏡尺寸在微米量級. 在投影顯示應(yīng)用中,根據(jù)圖像分辨率的不同,一個(gè)或幾個(gè)光電單元最終會對應(yīng)圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行成像。

     為了方便描述,可將DMD 看作由一組獨(dú)立像素點(diǎn)組成. 例如,分辨率為1 920 × 1 080 的芯片由1 920 列和1 080 行像素點(diǎn)組成,可用于高清尺寸下的投影顯示. 實(shí)際上,該尺寸的DMD 芯片是由比1 920 列和1 080 行更多的微反射鏡組成,具體數(shù)目本文不作過多介紹. 目前DMD 較為常見的分辨率為1 080 P,更大分辨率的還有2 000 以及4 000 級別的器件.

     DMD 微反射鏡尺寸一般為7. 6 μm,最小為5. 4μm,最大為13. 6 μm. 其排布方式共有方形排列和菱形排列2 種,如圖3 所示. 為了方便反射鏡偏轉(zhuǎn),陣列間存在一定間隙,所以芯片實(shí)際尺寸和投影幅面不單單由反射鏡尺寸所決定.

     DMD 芯片根據(jù)適用的光源波長分為可見光類型芯片、紫外型芯片和近紅外型芯片,它們分別對應(yīng)不同的應(yīng)用. 可見光類型芯片主要用于投影顯示,分辨率普遍較高;紫外和近紅外型芯片一般用于高級光控系統(tǒng)中,在平版印刷系統(tǒng)和光譜分析系統(tǒng)中多有使用.

未完待續(xù)；