丹麦研究人员改进DLP中的微结构控制3D打印

来源： 增材之光

在最近出版的“数字光处理3D打印中的微观结构控制”一文中，来自丹麦技术大学的研究人员正在探索3D打印中的控制问题，其中包括一种抗锯齿选项，旨在改善表面外观问题，创建子体素生长控制。这意味着，不仅可以高质量打印几何结构，而且表面外观现在也可以匹配，从而减少了常见的“粗糙”外观。

具有光滑和粗糙表面的半球和兔子，以及具有空间变化的各向异性反射率的平坦样本（笑脸和二维码）。从两个不同的方向观察场景以显示各向异性。太阳用作定向光源。每个项目都使用所介绍的技术一步一步地打印。

虽然功能性可能是科学家和研究人员的首要考虑因素，但对于许多艺术家和设计师而言，外观也是重中之重，通常需要额外的修饰。

所需的圆形打印层几何形状（左），根据投影仪的分辨率进行光栅化处理（中间），以及灰度值相同的层进行抗锯齿（右）。

利用灰度图案，研究人员能够大幅度改善DLP 3D打印，在本研究中，使用一步工艺制作样品的微特征和图案。

研究人员表示：“通过使用这种技术，我们可以在不改变材料或不对样品进行后处理的情况下，修改打印件的粗糙度和表面外观。”

DLP打印通常提供15至100微米的分辨率，但这取决于投影仪的微镜设备的质量以及建筑板的精度。树脂的固化取决于可用的紫外线水平，可以通过更长的投射时间或光强度来增加紫外线的水平。通过增加和减少强度，研究团队能够控制体素的生长，从而在3D打印样品上产生“非常小的特征和图案”。这也降低了混叠的可能性，并可以制造光滑的单层微特征。

作者解释说：“切片是通过对几何体进行栅格化获得的，如果不采取任何措施，则沿着像素层边缘会以像素化边界的形式出现空间混叠。基于超级采样（在所有三个维度上）的灰度值可用于抵消这种影响并产生更平滑的表面。然而，这还不足以完全去除表面上的假象。这些伪像会导致可见反射率各向异性和莫尔条纹。”

研究人员在自底向上安装的自带DLP打印机上完成了实验，验证了当使用“振幅和频率参数变化的稀疏卷积噪声”时，他们可以3D打印具有多种纹理和平滑表面的多个样本。

他们打印了一个具有不同反射率特性的样品，而没有改变DLP过程的任何部分，由于使用了无地下散射的BRDF模型，因此具有反射对比度。

图13（上排）的各向异性笑脸样本的照片，其中的光从下排所示的方向入射。中间一行显示了基于解析BRDF模型的反射对比度预测。尽管在打印样本中看到的对比度不如预测中的清晰，但强度变化在质量上是相似的。

在下一个样本中，团队3D打印了一个半球，没有应用任何灰度图案，然后将其与其他半球进行比较。

“由平滑不规则噪声函数产生的具有低振幅的灰度图案的存在使表面更平滑，并消除了分层打印过程中引入的大部分阶梯状假象。随着振幅的增加，镜面高光变得越来越不可见，并且表面看起来更加分散。”作者解释说。

图13（上排）的各向异性笑脸样本的照片，其中的光从下排所示的方向入射。中间一行显示了基于解析BRDF模型的反射对比度预测。尽管在打印样本中看到的对比度不如预测中的清晰，但强度变化在质量上相似。

灰度图案用于创建斯坦福兔子，结构更复杂。对于此样本，没有在表面上应用任何图案，并且通过在右侧和最右侧的列中使用稀疏卷积噪声，它们具有更好的结果。

斯坦福·兔子（Stanford Bunny）用两种不同的光视角配置进行打印和拍照。兔子打印时未应用任何灰度图案（标准），并应用了各向同性的2D正弦函数，并使用了具有低和高振幅（A）和频率（噪声）。对于标准技术，显然可以观察到由分层伪影引起的各向异性反射所产生的拾音。正弦波模式减少了问题，但引入了规则伪影。噪声功能可以更有效地减少问题。与粗糙的兔子相比，光滑的兔子更亮。如预期的那样，在高亮区域中显示为暗，而在这些区域之外则显示为暗。网格切片是通过光栅化完成的。

“我们已经描述了在网格几何体切片过程中将灰度图案应用于表面体素的管道。最后，我们提供了一个校准DLP打印机参数和估计打印过程中添加到表面的地面噪声的程序。”研究人员总结说，“我们的结果表明，通过用灰度图像调制DLP投影仪的紫外线强度，我们可以打印具有空间变化的反射特性（例如各向异性效果和表面粗糙度）的样品。”

无论是使用更快，更高分辨率的技术，增强的纳米复合材料，多材料工艺，还是其他工艺，世界各地的研究人员都在不断改进许多3D打印工艺，包括DLP 3D打印。