變分辨率寬幅面光固化3D打印

供稿人:陳銳光，連芩

光固化3D打印以實現高分辨率著稱，使用面曝光方式的設備還具有成型速度快的優(yōu)點。但傳統(tǒng)的面曝光設備存在著實現寬幅面和高分辨率的矛盾，由于鏡頭像素的限制，在提高其中一項性能的時候，會犧牲另一項。因此，傳統(tǒng)的設備都存在打印幅面小的缺點。當需要打印尺寸比打印幅面大的零件時，通常會使用多區(qū)域曝光，拼接打印的辦法。

伊利諾伊大學芝加哥分校機械與工業(yè)工程系在這種辦法的基礎上進行改良，開發(fā)了一種變分辨率的光固化3D打印設備，兩者打印方法對比如圖1。

圖1（a）傳統(tǒng)多區(qū)域曝光

圖1（b）變分辨率多區(qū)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(qū)域使用高分辨率，在尺寸較大的區(qū)域降低分辨率，增加打印面積。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(tǒng)底部曝光設備結構大體相似，不同的地方在于增加了一個Z-2軸來控制鏡頭位置以獲得所需的分辨率。

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打印區(qū)域與非打印區(qū)域交界處標點，然后將各點間的距離與當前設置的分辨率對比，若大于該分辨率則保留此特征，否則不保留。對整層圖像分析完后，得到當前分辨率可以滿足的圖像，通過原圖減去該圖，又得到需要提高分辨率才能滿足的另一部分特征的圖像。

圖5 框架測試案例 （a）STL模型 （b）打印零件 （c）微觀圖像

圖6傾斜三角形表面 （a）STL模型 （b）打印零件 （c）微觀圖像

打印結果顯示，無論是單層多分辨率模型，還是分辨率逐層連續(xù)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：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室