变分辨率宽幅面光固化3D打印

供稿人:陈锐光，连芩

光固化3D打印以实现高分辨率著称，使用面曝光方式的设备还具有成型速度快的优点。但传统的面曝光设备存在着实现宽幅面和高分辨率的矛盾，由于镜头像素的限制，在提高其中一项性能的时候，会牺牲另一项。因此，传统的设备都存在打印幅面小的缺点。当需要打印尺寸比打印幅面大的零件时，通常会使用多区域曝光，拼接打印的办法。

伊利诺伊大学芝加哥分校机械与工业工程系在这种办法的基础上进行改良，开发了一种变分辨率的光固化3D打印设备，两者打印方法对比如图1。

图1（a）传统多区域曝光

图1（b）变分辨率多区域曝光

此种方法针对CAD模型各尺寸特性进行分析，在尺寸较小的区域使用高分辨率，在尺寸较大的区域降低分辨率，增加打印面积。使用这种方法，通常能获得更高的精度和更快的速度。

图2 设备原理图

该设备与传统底部曝光设备结构大体相似，不同的地方在于增加了一个Z-2轴来控制镜头位置以获得所需的分辨率。

图4 分析算法示例（a）STL模型;（b）分层图像；（c）分层图像框选部分; （d）宏观图像;（e）微观图像

该设备分析算法的过程是先为分层图像的每一行上打印区域与非打印区域交界处标点，然后将各点间的距离与当前设置的分辨率对比，若大于该分辨率则保留此特征，否则不保留。对整层图像分析完后，得到当前分辨率可以满足的图像，通过原图减去该图，又得到需要提高分辨率才能满足的另一部分特征的图像。

图5 框架测试案例 （a）STL模型 （b）打印零件 （c）微观图像

图6倾斜三角形表面 （a）STL模型 （b）打印零件 （c）微观图像

打印结果显示，无论是单层多分辨率模型，还是分辨率逐层连续变化模型，都取得不错的效果。

参考文献：
Pan Y , Dagli C . Dynamic Resolution Control in a Laser Projection based Stereolithography System[J]. Rapid Prototyping Journal, 2017, 23(1):190-200.

供稿人:陈锐光，连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室