2.2 系统组成及打印原理

   DLP 技术可以实现高清晰图像的投影显示. 由于其特殊的显示原理,图像对比度很高,在显示暗背景时,几乎没有光从投影系统中出射,这一特点保证了当该技术应用在光固化成型中,光敏树脂不会在长时间的工作下由于溢出光的持续照射而发生聚合反应,从而确保了DLP 技术能够实现与掩模板相似的功能并应用于3D 打印领域.

    基于DLP 技术发展出的3D 打印系统由以下几部分组成:DLP 投影系统、机械运动系统以及具有控制和运算能力的主控系统. 零件的三维模型需要在主控系统上进行切片处理运算,将三维模型分割为一系列二维平面图像,之后控制DLP 投影系统实现图像的投影,与此同时,控制机械运动完成逐层打印,如此往复最终实现实体零件的制作. 这其中DLP 投影技术中使用的数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)芯片是该类型3D 打印的核心,在选择芯片型号时要根据打印尺寸、打印精度、打印速度以及光源波长来选择合适的芯片.

图1、2 是2 种DLP 型3D 打印系统的示意图.

     以图1 中上曝光DLP 型3D 打印系统为例,介绍系统的工作流程. 首先,液槽中盛满液态光敏树脂,主控系统会对模型进行分层计算并根据精度需求生成对应的分层图像,之后将分层图像传递给DLP 投影设备,投影设备会根据分层图像控制紫外光把分层图像成像在光敏树脂液体的上表面,靠近液体表面的光敏树脂在受到紫外光照射后,会发生光聚合反应进行固化,形成对应分层图像的已固化薄层,此时,单层成型工作完毕,接着工作台向下移动一定距离,让固化好的树脂表面上补充未固化的液态树脂,而后控制工作台移动,使得顶面补充的液体树脂厚度和分层精度保持一致,使用刮板将树脂液面刮平,然后即可进行下一层的成型工作,如此反复直到整个零件制造完成.

2.3 核心器件DMD 芯片

2. 3. 1 DMD 芯片组成

     DLP 投影系统中,DMD 芯片是核心元件. 它是一种可对光进行调制的电子器件,具有独特的光学特性和电学特性. DMD 芯片由光电单元阵列组成,每个光电单元由一块方形微镜面和控制镜面偏转角度的电路组成,通过控制电信号的大小实现微镜面不同角度的偏转,从而完成对光的调制. DMD 芯片的本质是一组可控的反射镜阵列器件,其单个反射镜尺寸在微米量级. 在投影显示应用中,根据图像分辨率的不同,一个或几个光电单元最终会对应图像中的一个像素点进行成像。

     为了方便描述,可将DMD 看作由一组独立像素点组成. 例如,分辨率为1 920 × 1 080 的芯片由1 920 列和1 080 行像素点组成,可用于高清尺寸下的投影显示. 实际上,该尺寸的DMD 芯片是由比1 920 列和1 080 行更多的微反射镜组成,具体数目本文不作过多介绍. 目前DMD 较为常见的分辨率为1 080 P,更大分辨率的还有2 000 以及4 000 级别的器件.

     DMD 微反射镜尺寸一般为7. 6 μm,最小为5. 4μm,最大为13. 6 μm. 其排布方式共有方形排列和菱形排列2 种,如图3 所示. 为了方便反射镜偏转,阵列间存在一定间隙,所以芯片实际尺寸和投影幅面不单单由反射镜尺寸所决定.

     DMD 芯片根据适用的光源波长分为可见光类型芯片、紫外型芯片和近红外型芯片,它们分别对应不同的应用. 可见光类型芯片主要用于投影显示,分辨率普遍较高;紫外和近红外型芯片一般用于高级光控系统中,在平版印刷系统和光谱分析系统中多有使用.

未完待续；