丹麥研究人員改進DLP中的微結(jié)構(gòu)控制3D打印

來源： 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，來自丹麥技術(shù)大學的研究人員正在探索3D打印中的控制問題，其中包括一種抗鋸齒選項，旨在改善表面外觀問題，創(chuàng)建子體素生長控制。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）。從兩個不同的方向觀察場景以顯示各向異性。太陽用作定向光源。每個項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家和研究人員的首要考慮因素，但對于許多藝術(shù)家和設(shè)計師而言，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)投影儀的分辨率進行光柵化處理（中間），以及灰度值相同的層進行抗鋸齒（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：“通過使用這種技術(shù)，我們可以在不改變材料或不對樣品進行后處理的情況下，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。樹脂的固化取決于可用的紫外線水平，可以通過更長的投射時間或光強度來增加紫外線的水平。通過增加和減少強度，研究團隊能夠控制體素的生長，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：“切片是通過對幾何體進行柵格化獲得的，如果不采取任何措施，則沿著像素層邊緣會以像素化邊界的形式出現(xiàn)空間混疊。基于超級采樣（在所有三個維度上）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。這些偽像會導致可見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打印機上完成了實驗，驗證了當使用“振幅和頻率參數(shù)變化的稀疏卷積噪聲”時，他們可以3D打印具有多種紋理和平滑表面的多個樣本。

他們打印了一個具有不同反射率特性的樣品，而沒有改變DLP過程的任何部分，由于使用了無地下散射的BRDF模型，因此具有反射對比度。

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模型的反射對比度預測。盡管在打印樣本中看到的對比度不如預測中的清晰，但強度變化在質(zhì)量上是相似的。

在下一個樣本中，團隊3D打印了一個半球，沒有應用任何灰度圖案，然后將其與其他半球進行比較。

“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，鏡面高光變得越來越不可見，并且表面看起來更加分散。”作者解釋說。

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模型的反射對比度預測。盡管在打印樣本中看到的對比度不如預測中的清晰，但強度變化在質(zhì)量上相似。

灰度圖案用于創(chuàng)建斯坦福兔子，結(jié)構(gòu)更復雜。對于此樣本，沒有在表面上應用任何圖案，并且通過在右側(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�！ね米樱⊿tanford Bunny）用兩種不同的光視角配置進行打印和拍照。兔子打印時未應用任何灰度圖案（標準），并應用了各向同性的2D正弦函數(shù)，并使用了具有低和高振幅（A）和頻率（噪聲）。對于標準技術(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題，但引入了規(guī)則偽影。噪聲功能可以更有效地減少問題。與粗糙的兔子相比，光滑的兔子更亮。如預期的那樣，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)格切片是通過光柵化完成的。

“我們已經(jīng)描述了在網(wǎng)格幾何體切片過程中將灰度圖案應用于表面體素的管道。最后，我們提供了一個校準DLP打印機參數(shù)和估計打印過程中添加到表面的地面噪聲的程序。”研究人員總結(jié)說，“我們的結(jié)果表明，通過用灰度圖像調(diào)制DLP投影儀的紫外線強度，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�！�

無論是使用更快，更高分辨率的技術(shù)，增強的納米復合材料，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許多3D打印工藝，包括DLP 3D打印。