【精華】詳解基于DLP的光固化3D打印技術原理
時間：2016-10-14 10:06 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
增材制造，又稱3D打印，和3D機器視覺都是令人極為振作的新技能，當咱們將這兩者結合起來使用時，它們有潛力創立一些全新的高效出產形式，這其間，尤其讓人感興趣的是“主動化出產”的概念——一個“一站式”的機械加工車間，該車間可在無需人工監督的情況下用3D打印技術來創造零件，并用機器視覺技能來測量和測驗該零件。
德州儀器（TI）的DLP®技術及其間心的數字微鏡器件（DMD）可供給完結這一切的要害要素。DLP技能是誕生于1996年的用于投影顯示的光學技能，如今已得到廣泛使用。當被使用于3D打印和機器視覺中的疑問時，DLP技術可供給高分辨率的成像、加快出產速度并下降制作本錢，這有助于讓主動化出產的愿景變成實際。正因如此，它才變成了用老技術處理新疑問的經典典范。
選用DLP技術的3D打印
光固化（SLA）是一種多見的3D打印過程，與傳統的打印較為類似。就像調色劑堆積在紙張上一樣，3D打印機可在一系列2D截面中堆積資料層，這么一層一層疊加起來，就能發生3D物體。在選用SLA技術的情況下，材料是一種可用紫外線（UV）光源進行固化的樹脂。當該樹脂固化時，其單體能交聯以創立一個聚合物鏈 —— 該聚合物鏈可發生固體材料。
當SLA技術與DLP技術結合時，DMD會由UV光源點亮。然后DMD的像素被別離處理，圖畫被投影到樹脂層，然后發生一系列截面，這些截面可組成3D物體。選用DLP技術能夠帶來多種優勢，比方能用光學技能使來自DMD的各個像素成像，而不是讓光源直接在樹脂上成像，這么可優化分辨率和特征尺度。（見下圖）
選用DLP技能的光固化：物體經過3D計算機輔佐設計（CAD）模型得到具體的闡明。打印機軟件可將虛擬模型轉化成一系列表層以適應當物體的打印。
和能發生100微米體素（3D像素）、根據激光的傳統SLA機比較，根據DLP技能的SLA機可完結30微米的體素。體素越小，轉化成的物體越滑潤，這意味著完結物體創立所需的后期制作處理工作就越少。此外，因為全部構造層的成像和創立是一起完結——而不是一次一個別素、逐層完結的，所以這些機器完結較大打印品的速度比傳統的SLA機快。
DLP技術測量和測驗
物體被打印后，主動出產線上的下一個步驟是完結具有3D視覺功用的機器，該機器可對物體進行主動測量和測驗。在這個過程中也能夠使用DLP技術。
傳統的機器視覺體系選用觸摸式坐標測量法或使用單個攝像頭的非觸摸式2D檢查與測量法來掃描物體。DLP輔佐的3D機器視覺體系則可選用單行掃描的變異法 —— 構造光辦法。在這里(見下圖)，數字光圖畫被投影到一個物體上。接著，這些光圖畫經過攝像頭傳感器成像——該傳感器可借助已知的光源視點對數據進行三角是測量，以獲取3D信息。
經過選用DLP技術的構造光掃描法，就能獲取任何物體的外表面積、體積和特征尺度等維度值。被投影的圖畫通常是黑色和白色條紋，它們由DMD將相應的像素列敞開和封閉而發生。咱們用投影透鏡讓來自DMD的光在被測量的物體上成像。因為 DMD像素的尺度也許僅為5.4微米，故咱們可用較小的面板來發生高分辨率圖畫。
與傳統的單行掃描法和觸摸式坐標測量法比較，DLP輔佐的構造光辦法有著高分辨率，并且有高達32kHz的可編程圖畫速率，因此能發生高精度的3D實時數據。此外，DMD還可在體系設計中供給靈活性 —— 波長選擇規模很廣，可從365納米到2,500納米。
對進步商品質量和下降制作本錢的需要正在一系列領域——包括安全、醫療、環境和科學領域——變得越來越強勁。使用TI的DLP技術，工程師可獲得一種路徑來滿意這些需要，并能設想一個抱負的制作工廠，其間主動機器人可制作和測試商品。
經過供給單個或多個攝像頭的3D圖畫收集功用，DLP技術可完結3D機器視覺。該體系能將一個DMD用作空間光調制器，并用一個DMD控制器來供給對微鏡的高速控制功能。
Alex Lyubarsky是德州儀器的一名光學設計工程師。
德州儀器（TI）的DLP®技術及其間心的數字微鏡器件（DMD）可供給完結這一切的要害要素。DLP技能是誕生于1996年的用于投影顯示的光學技能，如今已得到廣泛使用。當被使用于3D打印和機器視覺中的疑問時，DLP技術可供給高分辨率的成像、加快出產速度并下降制作本錢，這有助于讓主動化出產的愿景變成實際。正因如此，它才變成了用老技術處理新疑問的經典典范。
選用DLP技術的3D打印
光固化（SLA）是一種多見的3D打印過程，與傳統的打印較為類似。就像調色劑堆積在紙張上一樣，3D打印機可在一系列2D截面中堆積資料層，這么一層一層疊加起來，就能發生3D物體。在選用SLA技術的情況下，材料是一種可用紫外線（UV）光源進行固化的樹脂。當該樹脂固化時，其單體能交聯以創立一個聚合物鏈 —— 該聚合物鏈可發生固體材料。
當SLA技術與DLP技術結合時，DMD會由UV光源點亮。然后DMD的像素被別離處理，圖畫被投影到樹脂層，然后發生一系列截面，這些截面可組成3D物體。選用DLP技術能夠帶來多種優勢，比方能用光學技能使來自DMD的各個像素成像，而不是讓光源直接在樹脂上成像，這么可優化分辨率和特征尺度。（見下圖）
選用DLP技能的光固化：物體經過3D計算機輔佐設計（CAD）模型得到具體的闡明。打印機軟件可將虛擬模型轉化成一系列表層以適應當物體的打印。
和能發生100微米體素（3D像素）、根據激光的傳統SLA機比較，根據DLP技能的SLA機可完結30微米的體素。體素越小，轉化成的物體越滑潤，這意味著完結物體創立所需的后期制作處理工作就越少。此外，因為全部構造層的成像和創立是一起完結——而不是一次一個別素、逐層完結的，所以這些機器完結較大打印品的速度比傳統的SLA機快。
DLP技術測量和測驗
物體被打印后，主動出產線上的下一個步驟是完結具有3D視覺功用的機器，該機器可對物體進行主動測量和測驗。在這個過程中也能夠使用DLP技術。
傳統的機器視覺體系選用觸摸式坐標測量法或使用單個攝像頭的非觸摸式2D檢查與測量法來掃描物體。DLP輔佐的3D機器視覺體系則可選用單行掃描的變異法 —— 構造光辦法。在這里(見下圖)，數字光圖畫被投影到一個物體上。接著，這些光圖畫經過攝像頭傳感器成像——該傳感器可借助已知的光源視點對數據進行三角是測量，以獲取3D信息。
經過選用DLP技術的構造光掃描法，就能獲取任何物體的外表面積、體積和特征尺度等維度值。被投影的圖畫通常是黑色和白色條紋，它們由DMD將相應的像素列敞開和封閉而發生。咱們用投影透鏡讓來自DMD的光在被測量的物體上成像。因為 DMD像素的尺度也許僅為5.4微米，故咱們可用較小的面板來發生高分辨率圖畫。
與傳統的單行掃描法和觸摸式坐標測量法比較，DLP輔佐的構造光辦法有著高分辨率，并且有高達32kHz的可編程圖畫速率，因此能發生高精度的3D實時數據。此外，DMD還可在體系設計中供給靈活性 —— 波長選擇規模很廣，可從365納米到2,500納米。
對進步商品質量和下降制作本錢的需要正在一系列領域——包括安全、醫療、環境和科學領域——變得越來越強勁。使用TI的DLP技術，工程師可獲得一種路徑來滿意這些需要，并能設想一個抱負的制作工廠，其間主動機器人可制作和測試商品。
經過供給單個或多個攝像頭的3D圖畫收集功用，DLP技術可完結3D機器視覺。該體系能將一個DMD用作空間光調制器，并用一個DMD控制器來供給對微鏡的高速控制功能。
Alex Lyubarsky是德州儀器的一名光學設計工程師。
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