3? 2 投影幅面光照度均勻性
在光固化成型技術中,光照時間以及光功率是影響光敏樹脂成型后性能的關鍵參數. 要求DLP 型光固化3D 打印機在投影幅面上具有合適的光照度以及較高的光照均勻度. 為了實現投影幅面的要求,首先要保證DMD 芯片接收到均勻光源的照射,在進入DMD 前,光源光線要保證足夠的均勻性. 其次,要求投影系統保證出射后幅面照度均勻.
為了測試DLP 投影系統的幅面光照度均勻度,對TI 公司的一款DLP 投影套件進行幅面平均值照度測試,分別在投影幅面上選取9 個參考點,使用照度計對各點照度進行測量對比. 經多次測量后,計算各點照度均值與總照度均值差的絕對值占總均值的百分比,以此得出圖10.
由圖11 可知,各測試點均存在一定偏差. 與平均值最大偏差接近20%,而各測試點之間偏差最高可達30% . 若以這種狀態進行光固化成型,由于零件各處光照強度的不同,樹脂的固化程度會產生差異,進而導致無法成型或開裂損壞等情況. 目前，DLP 型3D 打印機主要用于制作小型精密件,很少涉及大幅面打印,光照強度的不均勻性得到一定的控制,而且依靠其充足的光照強度,可以保證光敏樹脂充分固化. 樹脂自身固化后具有較高強度,一定程度可以抵消光照不均勻對零件產生的影響.
3? 3 成型精度
DLP 型3D 打印機的成型精度主要由微反射鏡在投影幅面上對應的幅面像素點尺寸以及光敏樹脂自身強度性能所決定. 根據之前光機投影系統部分的介紹,投影幅面上像素點尺寸由投影成像光學系統放大率和DMD 芯片微鏡尺寸共同決定. 同時,隨著光學系統放大率的大,DMD 芯片反射鏡的偏轉角度和反射鏡的尺寸會最終限制投影面的放大率.
DMD 芯片在設計時,要求微鏡片實現+ 12°和-12°的偏轉來對光線進行偏折反射. 然而在實際控制中,鏡片偏轉角度具有± 1°的誤差,使得DMD像素單元在投影幅面成像時,光斑會出現±2°的偏移,實際光斑尺寸比理想光斑尺寸更大,而有效光斑尺寸會變小,如圖12 所示. 光斑尺寸具體的改變量由投影成像系統F 數和放大倍數決定.
隨著系統放大倍數的逐漸增大,有效光斑的尺寸會逐漸減小,當到達一定值時,光斑的偏移距離與光斑自身尺寸相當,此時有效光斑會消失.在TI 的文檔中,給出了光源波長為400 nm,在F 數為1 的光學系統下,不同放大倍數下有效光斑尺寸和實際光斑尺寸的變化曲線.
由圖13 可以看出,當放大倍數達到13 時,有效光斑尺寸將減小至0. 由于放大倍數極限值的確定,DLP 型3D 打印機的實際成型幅面也將被限制. 唯一可以增大單機打印幅面的辦法就是使用更大尺寸的DMD 芯片。
未完待續；
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