丹麥研究人員改進(jìn)DLP中的微結(jié)構(gòu)控制3D打印

來(lái)源： 增材之光

在最近出版的“數(shù)字光處理3D打印中的微觀結(jié)構(gòu)控制”一文中，來(lái)自丹麥技術(shù)大學(xué)的研究人員正在探索3D打印中的控制問(wèn)題,，其中包括一種抗鋸齒選項(xiàng)，旨在改善表面外觀問(wèn)題,，創(chuàng)建子體素生長(zhǎng)控制,。這意味著,，不僅可以高質(zhì)量打印幾何結(jié)構(gòu)，而且表面外觀現(xiàn)在也可以匹配,，從而減少了常見(jiàn)的“粗糙”外觀,。

具有光滑和粗糙表面的半球和兔子，以及具有空間變化的各向異性反射率的平坦樣本（笑臉和二維碼）,。從兩個(gè)不同的方向觀察場(chǎng)景以顯示各向異性,。太陽(yáng)用作定向光源。每個(gè)項(xiàng)目都使用所介紹的技術(shù)一步一步地打印,。

雖然功能性可能是科學(xué)家和研究人員的首要考慮因素,，但對(duì)于許多藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師而言，外觀也是重中之重,，通常需要額外的修飾,。

所需的圓形打印層幾何形狀（左），根據(jù)投影儀的分辨率進(jìn)行光柵化處理（中間）,，以及灰度值相同的層進(jìn)行抗鋸齒（右）,。

利用灰度圖案，研究人員能夠大幅度改善DLP 3D打印,，在本研究中,，使用一步工藝制作樣品的微特征和圖案。

研究人員表示：“通過(guò)使用這種技術(shù),，我們可以在不改變材料或不對(duì)樣品進(jìn)行后處理的情況下,，修改打印件的粗糙度和表面外觀�,！�

DLP打印通常提供15至100微米的分辨率,，但這取決于投影儀的微鏡設(shè)備的質(zhì)量以及建筑板的精度。樹(shù)脂的固化取決于可用的紫外線水平,，可以通過(guò)更長(zhǎng)的投射時(shí)間或光強(qiáng)度來(lái)增加紫外線的水平,。通過(guò)增加和減少?gòu)?qiáng)度，研究團(tuán)隊(duì)能夠控制體素的生長(zhǎng),，從而在3D打印樣品上產(chǎn)生“非常小的特征和圖案”,。這也降低了混疊的可能性，并可以制造光滑的單層微特征,。

作者解釋說(shuō)：“切片是通過(guò)對(duì)幾何體進(jìn)行柵格化獲得的,，如果不采取任何措施，則沿著像素層邊緣會(huì)以像素化邊界的形式出現(xiàn)空間混疊,�,；�于超��(jí)采樣（在所有三個(gè)維度上）的灰度值可用于抵消這種影響并產(chǎn)生更平滑的表面。然而,，這還不足以完全去除表面上的假象,。這些偽像會(huì)導(dǎo)致可見(jiàn)反射率各向異性和莫爾條紋,。”

研究人員在自底向上安裝的自帶DLP打印機(jī)上完成了實(shí)驗(yàn),，驗(yàn)證了當(dāng)使用“振幅和頻率參數(shù)變化的稀疏卷積噪聲”時(shí),，他們可以3D打印具有多種紋理和平滑表面的多個(gè)樣本。

他們打印了一個(gè)具有不同反射率特性的樣品,，而沒(méi)有改變DLP過(guò)程的任何部分,，由于使用了無(wú)地下散射的BRDF模型，因此具有反射對(duì)比度,。

圖13（上排）的各向異性笑臉樣本的照片,，其中的光從下排所示的方向入射。中間一行顯示了基于解析BRDF模型的反射對(duì)比度預(yù)測(cè),。盡管在打印樣本中看到的對(duì)比度不如預(yù)測(cè)中的清晰,，但強(qiáng)度變化在質(zhì)量上是相似的。

在下一個(gè)樣本中,，團(tuán)隊(duì)3D打印了一個(gè)半球,，沒(méi)有應(yīng)用任何灰度圖案，然后將其與其他半球進(jìn)行比較,。

“由平滑不規(guī)則噪聲函數(shù)產(chǎn)生的具有低振幅的灰度圖案的存在使表面更平滑，并消除了分層打印過(guò)程中引入的大部分階梯狀假象,。隨著振幅的增加,，鏡面高光變得越來(lái)越不可見(jiàn)，并且表面看起來(lái)更加分散,�,！弊髡呓忉屨f(shuō)。

圖13（上排）的各向異性笑臉樣本的照片,，其中的光從下排所示的方向入射,。中間一行顯示了基于解析BRDF模型的反射對(duì)比度預(yù)測(cè)。盡管在打印樣本中看到的對(duì)比度不如預(yù)測(cè)中的清晰,，但強(qiáng)度變化在質(zhì)量上相似,。

灰度圖案用于創(chuàng)建斯坦福兔子，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,。對(duì)于此樣本,，沒(méi)有在表面上應(yīng)用任何圖案，并且通過(guò)在右側(cè)和最右側(cè)的列中使用稀疏卷積噪聲,，它們具有更好的結(jié)果,。

斯坦福·兔子（Stanford Bunny）用兩種不同的光視角配置進(jìn)行打印和拍照,。兔子打印時(shí)未應(yīng)用任何灰度圖案（標(biāo)準(zhǔn)）,，并應(yīng)用了各向同性的2D正弦函數(shù),，并使用了具有低和高振幅（A）和頻率（噪聲）。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),，顯然可以觀察到由分層偽影引起的各向異性反射所產(chǎn)生的拾音,。正弦波模式減少了問(wèn)題，但引入了規(guī)則偽影,。噪聲功能可以更有效地減少問(wèn)題,。與粗糙的兔子相比，光滑的兔子更亮,。如預(yù)期的那樣,，在高亮區(qū)域中顯示為暗，而在這些區(qū)域之外則顯示為暗,。網(wǎng)格切片是通過(guò)光柵化完成的,。

“我們已經(jīng)描述了在網(wǎng)格幾何體切片過(guò)程中將灰度圖案應(yīng)用于表面體素的管道。最后,，我們提供了一個(gè)校準(zhǔn)DLP打印機(jī)參數(shù)和估計(jì)打印過(guò)程中添加到表面的地面噪聲的程序,。”研究人員總結(jié)說(shuō),，“我們的結(jié)果表明,，通過(guò)用灰度圖像調(diào)制DLP投影儀的紫外線強(qiáng)度，我們可以打印具有空間變化的反射特性（例如各向異性效果和表面粗糙度）的樣品,�,！�

無(wú)論是使用更快，更高分辨率的技術(shù),，增強(qiáng)的納米復(fù)合材料,，多材料工藝，還是其他工藝,，世界各地的研究人員都在不斷改進(jìn)許多3D打印工藝,，包括DLP 3D打印。