3• 2 投影幅面光照度均匀性

   在光固化成型技术中,光照时间以及光功率是影响光敏树脂成型后性能的关键参数. 要求DLP 型光固化3D 打印机在投影幅面上具有合适的光照度以及较高的光照均匀度. 为了实现投影幅面的要求,首先要保证DMD 芯片接收到均匀光源的照射,在进入DMD 前,光源光线要保证足够的均匀性. 其次,要求投影系统保证出射后幅面照度均匀.

   为了测试DLP 投影系统的幅面光照度均匀度,对TI 公司的一款DLP 投影套件进行幅面平均值照度测试,分别在投影幅面上选取9 个参考点,使用照度计对各点照度进行测量对比. 经多次测量后,计算各点照度均值与总照度均值差的绝对值占总均值的百分比,以此得出图10.

   由图11 可知,各测试点均存在一定偏差. 与平均值最大偏差接近20%,而各测试点之间偏差最高可达30% . 若以这种状态进行光固化成型,由于零件各处光照强度的不同,树脂的固化程度会产生差异,进而导致无法成型或开裂损坏等情况. 目前，DLP 型3D 打印机主要用于制作小型精密件,很少涉及大幅面打印,光照强度的不均匀性得到一定的控制,而且依靠其充足的光照强度,可以保证光敏树脂充分固化. 树脂自身固化后具有较高强度,一定程度可以抵消光照不均匀对零件产生的影响.

3• 3 成型精度

   DLP 型3D 打印机的成型精度主要由微反射镜在投影幅面上对应的幅面像素点尺寸以及光敏树脂自身强度性能所决定. 根据之前光机投影系统部分的介绍,投影幅面上像素点尺寸由投影成像光学系统放大率和DMD 芯片微镜尺寸共同决定. 同时,随着光学系统放大率的大,DMD 芯片反射镜的偏转角度和反射镜的尺寸会最终限制投影面的放大率.

   DMD 芯片在设计时,要求微镜片实现+ 12°和-12°的偏转来对光线进行偏折反射. 然而在实际控制中,镜片偏转角度具有± 1°的误差,使得DMD像素单元在投影幅面成像时,光斑会出现±2°的偏移,实际光斑尺寸比理想光斑尺寸更大,而有效光斑尺寸会变小,如图12 所示. 光斑尺寸具体的改变量由投影成像系统F 数和放大倍数决定.

   随着系统放大倍数的逐渐增大,有效光斑的尺寸会逐渐减小,当到达一定值时,光斑的偏移距离与光斑自身尺寸相当,此时有效光斑会消失.在TI 的文档中,给出了光源波长为400 nm,在F 数为1 的光学系统下,不同放大倍数下有效光斑尺寸和实际光斑尺寸的变化曲线.

   由图13 可以看出,当放大倍数达到13 时,有效光斑尺寸将减小至0. 由于放大倍数极限值的确定,DLP 型3D 打印机的实际成型幅面也将被限制. 唯一可以增大单机打印幅面的办法就是使用更大尺寸的DMD 芯片。

未完待续；