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基于DLP技术的低成本3D打印机开发与探索 　　摘要：FDM和SLA是目前市场上两大主流3D打印技术，FDM技术成熟、成本较低，但是精度和速度不够，而SLA技术精度高、速度快，但是成本较高、控制难度大。如何打造一款低成本、安装便捷的3D打印机一直是困扰业界的难题之一。本文所提到的基于DLP技术的3D打印机方案属于光固化技术范畴，利用面光源作为固化光源，在保障精度的同时使打印机的时间成本和制作成本整体下降。在技术实践中，该方案选择家用投影机作为DLP光源，并且尝试多种光敏材料，利用自主设计的“门”式结构确保了打印机安全、稳定运行，同时大大降低成本。 　　关键词：DLP；3D打印；“门”式结构 　　一、前言 　　3D打印技术正逐渐改变着人类的生活，是一项“自下而上”的革命性制造技术，横跨了多个科学领域。目前，主流的3D打印技术以FDM（Fused Deposition Modeling）和SLA（Stereo Lithography Apparatus）为主。这些技术各有优劣，FDM技术运用较为广泛、技术成熟、成本低，但是精度和速度不够；而SLA技术精度高、速度快，但是成本较高、控制难度大。本项目利用DLP（Digital Light Processing）光固化成型原理，选择了面光源作为固化光源，这样，既保证了设备成本整体下降，同时，又保留了FDM和SLA技术所共有的优点。在技术实践中，本项目选择了家用投影机作为DLP光源，尝试了多种光敏材料，自主设计结构确保其稳定运行。 　　光固化3D打印技术主要使用光敏树脂为耗材，通过紫外光或者其它光源照射凝固成型，逐层固化，最终得到完整的产品，该技术也是目前3D打印技术中精度最高、成型效果最好的一种3D打印技术。但是，由于SLA技术的设备成本、维护成本和材料成本都远远高于FDM技术，本项目的目标是希望突破SLA在设备和维护上的瑕疵，利用目前较为容易获取的DLP材料来弥补这些短板，其产品将被应用到医学领域里，特别是在医学中大量运用植入体模型的制作、手术中定位模型的制作等。 　　DLP是“Digital Light Processing”的缩写，即为数字光处理，这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。它是基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件―DMD（Digital Micromirror Device）来完成可视数字信息显示的技术。其原理是将通过UHP（Ultra High Power）灯泡发射出的冷光源通过冷凝透镜，再通过Rod（光棒）将光均匀化，经过处理后的光通过一个色轮（Color Wheel），将其分成RGB三色（或者RGBW等更多色）。有一些厂家利用BSV（BoshiVideo）液晶拼接技术镜片过滤光线传导，再将色彩由透镜投射在DMD芯片上，最后反射经过投影镜头在投影屏幕上成像。 　　相较于LCD（Liquid Crystal Display）光源，DLP会有如下优点：更多的紫外线流出，而更多紫外线意味着打印速度更快；像素间隙相对较小，画面清晰，无闪烁现象，打印时光源稳定；光填充率高达90%，总光效率大于60%，而LCD光填充率最大只有70%，总光效率大于30%；拥有色域补偿电路，色彩均匀度大于90%；拥有数字均匀过渡补偿电路，亮度均匀度大于95%，而LCD无此电路，会出现“太阳效应”；DLP 芯片采用密封封装，受环境影响小，且有20年以上的使用寿命，可靠性高，而LCD 液晶材料受环境影响大，不稳定。综上所述，DLP作为稳定的紫外光源，在光填充率、色域和光强等方面都可以很好地满足本项目产品设计。 　　因此，在技术实现上，利用了DLP技术的高分辨率的数字光处理所产生的光源，以此来固化液态光聚合物，选择特殊光敏树脂作为3D打印材料，一层层对液态聚合物进行固化，如此循环往复，直到最终3D模型的完成。 　　二、系?y的设计与实现 　　2.1项目的设计目标 　　目前的3D打印市场中，以FDM为技术核心的产品常常局限于成品精度不够，而市面上以SLA为技术核心的的打印机价格昂贵，结构设计复杂，这些在某种程度上制约了3D打印应用的拓展，相关资料和实验也比较少，如何突破SLA的成本壁垒是该项目的初衷。经过1年多的设计和调试，我个人觉得可以在产品价格优势上、产品小型化上有所突破。本项目主要研究如何打造一款以DLP为基础的光固化3D打印机，如下为基础目标： 　　1、经济：所选材料都可以通过正常途径采购到； 　　2、开源：利用现有的开源建模、3D切片等软件，并在上面可以灵活定制和拓展； 　　3、简洁：符合原型机的特点，突出其功能性； 　　4、可选择材料多：尝试不同光敏材料； 　　5、快速：在打印速度上要远高于传统3D打印技术。 　　2.2项目的研究