2.2 系統組成及打印原理
DLP 技術可以實現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,幾乎沒有光從投影系統中出射,這一特點保證了當該技術應用在光固化成型中,光敏樹脂不會在長時間的工作下由于溢出光的持續照射而發生聚合反應,從而確保了DLP 技術能夠實現與掩模板相似的功能并應用于3D 打印領域.
基于DLP 技術發展出的3D 打印系統由以下幾部分組成:DLP 投影系統、機械運動系統以及具有控制和運算能力的主控系統. 零件的三維模型需要在主控系統上進行切片處理運算,將三維模型分割為一系列二維平面圖像,之后控制DLP 投影系統實現圖像的投影,與此同時,控制機械運動完成逐層打印,如此往復最終實現實體零件的制作. 這其中DLP 投影技術中使用的數字微鏡器件(digital micromirror device,DMD)芯片是該類型3D 打印的核心,在選擇芯片型號時要根據打印尺寸、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 打印系統的示意圖.
以圖1 中上曝光DLP 型3D 打印系統為例,介紹系統的工作流程. 首先,液槽中盛滿液態光敏樹脂,主控系統會對模型進行分層計算并根據精度需求生成對應的分層圖像,之后將分層圖像傳遞給DLP 投影設備,投影設備會根據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,會發生光聚合反應進行固化,形成對應分層圖像的已固化薄層,此時,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充未固化的液態樹脂,而后控制工作臺移動,使得頂面補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,然后即可進行下一層的成型工作,如此反復直到整個零件制造完成.
2.3 核心器件DMD 芯片
2. 3. 1 DMD 芯片組成
DLP 投影系統中,DMD 芯片是核心元件. 它是一種可對光進行調制的電子器件,具有獨特的光學特性和電學特性. DMD 芯片由光電單元陣列組成,每個光電單元由一塊方形微鏡面和控制鏡面偏轉角度的電路組成,通過控制電信號的大小實現微鏡面不同角度的偏轉,從而完成對光的調制. DMD 芯片的本質是一組可控的反射鏡陣列器件,其單個反射鏡尺寸在微米量級. 在投影顯示應用中,根據圖像分辨率的不同,一個或幾個光電單元最終會對應圖像中的一個像素點進行成像。
為了方便描述,可將DMD 看作由一組獨立像素點組成. 例如,分辨率為1 920 × 1 080 的芯片由1 920 列和1 080 行像素點組成,可用于高清尺寸下的投影顯示. 實際上,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,陣列間存在一定間隙,所以芯片實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,它們分別對應不同的應用. 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中,在平版印刷系統和光譜分析系統中多有使用.
未完待續；
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