叠层制造及其它快速成型工艺与设备PPT课件.ppt

概概 述述 n n 薄薄薄薄形形形形材材材材料料料料叠叠叠叠层层层层制制制制造造造造（Laminated Laminated Object Object ManufacturingManufacturing，简简简简称称称称LOMLOM）成形技术，又称分层物件制造或是叠层成形技术。）成形技术，又称分层物件制造或是叠层成形技术。）成形技术，又称分层物件制造或是叠层成形技术。）成形技术，又称分层物件制造或是叠层成形技术。n n 该该该该工工工工艺艺艺艺是是是是采采采采用用用用激激激激光光光光束束束束（或或或或其其其其它它它它切切切切割割割割工工工工具具具具）和和和和薄薄薄薄层层层层材材材材料料料料（纸纸纸纸片片片片、塑塑塑塑料料料料薄薄薄薄膜膜膜膜或或或或复复复复合合合合材材材材料料料料等等等等）生生生生成成成成任任任任意意意意形形形形状状状状三三三三维维维维物物物物体体体体的的的的方方方方法法法法，是是是是早早早早期期期期较较较较成成成成熟熟熟熟的的的的四四四四个个个个快快快快速速速速成成成成形形形形工工工工艺艺艺艺之之之之一一一一，该该该该工工工工艺艺艺艺的的的的市市市市场场场场占占占占有有有有率大约为率大约为率大约为率大约为7 7。概述概述n n研研研研究究究究LOMLOMLOMLOM工工工工艺艺艺艺的的的的有有有有HelisysHelisysHelisysHelisys公公公公司司司司、华华华华中中中中科科科科技技技技大大大大学学学学、清清清清华华华华大大大大学学学学、KiraKiraKiraKira公司、公司、公司、公司、SparxSparxSparxSparx公司和公司和公司和公司和KinergyKinergyKinergyKinergy公司。公司。公司。公司。n nHelisysHelisysHelisysHelisys公公公公司司司司除除除除原原原原有有有有的的的的LPHLPHLPHLPH、LPSLPSLPSLPS、LPFLPFLPFLPF三三三三个个个个系系系系列列列列纸纸纸纸材材材材品品品品种种种种以以以以外外外外，还开发了塑料和复合材料品种。还开发了塑料和复合材料品种。还开发了塑料和复合材料品种。还开发了塑料和复合材料品种。n n华华华华中中中中科科科科技技技技大大大大学学学学推推推推出出出出的的的的HRPHRPHRPHRP系系系系列列列列成成成成形形形形机机机机和和和和成成成成形形形形材材材材料料料料，具具具具有有有有较较较较高高高高的性价比。的性价比。的性价比。的性价比。n n清华大学推出了清华大学推出了清华大学推出了清华大学推出了SSMSSMSSMSSM系列成型机及成型材料。系列成型机及成型材料。系列成型机及成型材料。系列成型机及成型材料。LOMLOM成形的基本原理成形的基本原理 LOMLOM成形的基本原理成形的基本原理1.1.1.1.工工工工作作作作开开开开始始始始时时时时，送送送送料料料料机机机机构构构构把把把把单单单单面面面面涂涂涂涂有有有有热热热热溶溶溶溶胶胶胶胶的的的的纸纸纸纸片片片片送送送送至至至至工工工工作台的上方；作台的上方；作台的上方；作台的上方；n n热溶胶的特点：加热时具有粘性。热溶胶的特点：加热时具有粘性。热溶胶的特点：加热时具有粘性。热溶胶的特点：加热时具有粘性。n n热溶胶的作用：把各层材料黏和在一起。热溶胶的作用：把各层材料黏和在一起。热溶胶的作用：把各层材料黏和在一起。热溶胶的作用：把各层材料黏和在一起。2.2.2.2.激激激激光光光光束束束束按按按按计计计计算算算算机机机机数数数数据据据据系系系系统统统统提提提提取取取取的的的的截截截截面面面面轮轮轮轮廓廓廓廓线线线线，把把把把工工工工作作作作台台台台上上上上方方方方的的的的材材材材料料料料切切切切除除除除，得得得得到到到到工工工工件件件件的的的的截截截截面面面面形形形形状状状状，并并并并把把把把周周周周围围围围多多多多余余余余的的的的材料切碎。材料切碎。材料切碎。材料切碎。3.3.3.3.然然然然后后后后工工工工作作作作台台台台下下下下降降降降一一一一个个个个层层层层厚厚厚厚(纸纸纸纸片片片片厚厚厚厚）的的的的高高高高度度度度，送送送送料料料料机机机机构构构构再再再再铺铺铺铺新新新新一一一一层层层层纸纸纸纸片片片片。由由由由热热热热黏黏黏黏压压压压机机机机构构构构将将将将新新新新一一一一层层层层材材材材料料料料黏黏黏黏合合合合在在在在上上上上层层层层材材材材料上。料上。料上。料上。LOMLOM成形的基本原理成形的基本原理4.4.4.4.激光束按照指定的截面轮廓再次切割。激光束按照指定的截面轮廓再次切割。激光束按照指定的截面轮廓再次切割。激光束按照指定的截面轮廓再次切割。5.5.5.5.如如如如此此此此反反反反复复复复，最最最最终终终终得得得得到到到到由由由由许许许许多多多多小小小小废废废废料料料料块块块块包包包包围围围围的的的的三三三三维维维维原原原原型型型型零零零零件件件件，然然然然后后后后取取取取出出出出工工工工件件件件，将将将将多多多多余余余余的的的的废废废废料料料料小小小小块块块块剔剔剔剔除除除除，最最最最终终终终获获获获得得得得三三三三维产品。维产品。维产品。维产品。LOMLOM成形的后处理成形的后处理 LOM LOM成形系统的组成成形系统的组成 LOMLOMLOMLOM成成成成形形形形系系系系统统统统由由由由计计计计算算算算机机机机及及及及控控控控制制制制软软软软件件件件、原原原原材材材材料料料料存存存存储储储储及及及及送送送送料料料料机机机机构构构构、热热热热碾碾碾碾压压压压机机机机构构构构、激激激激光光光光切切切切割割割割系系系系统统统统、可可可可升升升升降降降降工工工工作作作作台、数控系统、模型取出装置和机架组成。台、数控系统、模型取出装置和机架组成。台、数控系统、模型取出装置和机架组成。台、数控系统、模型取出装置和机架组成。计算机及控制软件计算机及控制软件 LOMLOMLOMLOM成成成成形形形形用用用用计计计计算算算算机机机机为为为为工工工工业业业业计计计计算算算算机机机机，在在在在计计计计算算算算机机机机中中中中配有如下控制软件：配有如下控制软件：配有如下控制软件：配有如下控制软件：1.STL1.STL1.STL1.STL格式文件的纠错和修补文件格式文件的纠错和修补文件格式文件的纠错和修补文件格式文件的纠错和修补文件 用用用用来来来来标标标标识识识识读读读读入入入入的的的的STLSTLSTLSTL格格格格式式式式文文文文件件件件中中中中三三三三角角角角形形形形的的的的错错错错误误误误，并由操作者修改。并由操作者修改。并由操作者修改。并由操作者修改。2.2.2.2.三维模型的切片三维模型的切片三维模型的切片三维模型的切片 用用用用来来来来对对对对三三三三维维维维模模模模型型型型的的的的STLSTLSTLSTL格格格格式式式式文文文文件件件件，沿沿沿沿成成成成形形形形的的的的高高高高度方向，每隔一定的厚度，自动提取截面的边界轮廓信息。度方向，每隔一定的厚度，自动提取截面的边界轮廓信息。度方向，每隔一定的厚度，自动提取截面的边界轮廓信息。度方向，每隔一定的厚度，自动提取截面的边界轮廓信息。3.3.3.3.激光切割速度与切割功率的自动匹配激光切割速度与切割功率的自动匹配激光切割速度与切割功率的自动匹配激光切割速度与切割功率的自动匹配 根根根根据据据据激激激激光光光光的的的的瞬瞬瞬瞬时时时时切切切切割割割割速速速速度度度度自自自自动动动动调调调调节节节节激激激激光光光光的的的的输输输输出出出出功率，从而得到合适尺寸的零件，防止过切。功率，从而得到合适尺寸的零件，防止过切。功率，从而得到合适尺寸的零件，防止过切。功率，从而得到合适尺寸的零件，防止过切。计算机及控制软件计算机及控制软件4.4.4.4.激光光束宽度的自动补偿激光光束宽度的自动补偿激光光束宽度的自动补偿激光光束宽度的自动补偿 可可可可以以以以自自自自动动动动识识识识别别别别截截截截面面面面的的的的内内内内、外外外外轮轮轮轮廓廓廓廓边边边边界界界界，根根根根据据据据激激激激光光光光的的的的光光光光束束束束宽宽宽宽度度度度（0.30.30.30.30.4mm0.4mm0.4mm0.4mm），控控控控制制制制切切切切割割割割头头头头，相相相相对对对对理理理理论论论论内内内内、外外外外轮轮轮轮廓廓廓廓边边边边界界界界，自自自自动动动动向向向向内内内内或或或或向向向向外外外外偏偏偏偏移移移移半半半半个个个个光光光光束束束束宽宽宽宽度度度度，从从从从而而而而保保保保证实际切出的轮廓边界和理论轮廓边界重合。证实际切出的轮廓边界和理论轮廓边界重合。证实际切出的轮廓边界和理论轮廓边界重合。证实际切出的轮廓边界和理论轮廓边界重合。原料存储及送料机构、热黏压机构原料存储及送料机构、热黏压机构 原料存储及送料机构：原料存储及送料机构：原料存储及送料机构：原料存储及送料机构：依依依依靠靠靠靠电电电电机机机机运运运运动动动动，送送送送进进进进成成成成形形形形所所所所需需需需的的的的薄薄薄薄层层层层材材材材料料料料，如如如如纸纸纸纸片片片片、塑塑塑塑料料料料薄薄薄薄膜膜膜膜或或或或复复复复合合合合材材材材料料料料等等等等，每每每每次次次次送送送送进进进进一一一一个个个个层层层层厚厚厚厚的的的的材材材材料。料。料。料。热黏压机构：热黏压机构：热黏压机构：热黏压机构：利利利利用用用用步步步步进进进进电电电电机机机机，驱驱驱驱动动动动热热热热压压压压辊辊辊辊，使使使使其其其其在在在在工工工工作作作作台台台台上上上上往往往往复复复复运运运运动动动动，这这这这时时时时热热热热压压压压辊辊辊辊上上上上的的的的发发发发热热热热元元元元件件件件发发发发热热热热，促促促促使使使使材材材材料料料料发发发发生黏结。生黏结。生黏结。生黏结。激光切割系统激光切割系统对激光器的要求：对激光器的要求：对激光器的要求：对激光器的要求：1.1.1.1.激光器输出的能量必须稳定并能调整。激光器输出的能量必须稳定并能调整。激光器输出的能量必须稳定并能调整。激光器输出的能量必须稳定并能调整。2.2.2.2.激光器能够快速输出和关闭。激光器能够快速输出和关闭。激光器能够快速输出和关闭。激光器能够快速输出和关闭。3.3.3.3.激光器能够长时间连续工作。激光器能够长时间连续工作。激光器能够长时间连续工作。激光器能够长时间连续工作。因因因因此此此此，在在在在LOMLOMLOMLOM快快快快速速速速成成成成形形形形系系系系统统统统中中中中，激激激激光光光光切切切切割割割割单单单单元元元元应应应应具具具具有有有有结结结结构构构构紧紧紧紧凑凑凑凑、可可可可自自自自动动动动控控控控制制制制、监监监监测测测测、响响响响应应应应快快快快速速速速、运运运运行行行行可可可可靠靠靠靠等等等等功能，多选用功能，多选用功能，多选用功能，多选用CO2CO2CO2CO2激光器。激光器电源多为开关电源。激光器。激光器电源多为开关电源。激光器。激光器电源多为开关电源。激光器。激光器电源多为开关电源。可升降工作台可升降工作台 n n 用用用用来来来来支支支支撑撑撑撑成成成成形形形形的的的的工工工工件件件件，并并并并在在在在每每每每一一一一层层层层成成成成形形形形后后后后，下下下下降降降降一一一一个个个个层层层层厚厚厚厚，厚厚厚厚度度度度一一一一般般般般为为为为0.1mm0.1mm0.1mm0.1mm0.2mm0.2mm0.2mm0.2mm（和和和和所所所所选选选选材材材材料料料料厚厚厚厚度度度度一一一一致致致致），以便送进、黏合和切断新的材料。以便送进、黏合和切断新的材料。以便送进、黏合和切断新的材料。以便送进、黏合和切断新的材料。LOMLOM成形用材料成形用材料 n nLOMLOMLOMLOM快快快快速速速速成成成成形形形形采采采采用用用用经经经经过过过过快快快快速速速速处处处处理理理理的的的的纸纸纸纸作作作作原原原原材材材材料料料料，这这这这种种种种纸纸纸纸由由由由纸纸纸纸质基底和涂覆在上面的一层黏结剂、改性添加剂组成。质基底和涂覆在上面的一层黏结剂、改性添加剂组成。质基底和涂覆在上面的一层黏结剂、改性添加剂组成。质基底和涂覆在上面的一层黏结剂、改性添加剂组成。n n成本低，大约在人民币成本低，大约在人民币成本低，大约在人民币成本低，大约在人民币5050505060606060元元元元/Kg/Kg/Kg/Kg。n n纸纸纸纸质质质质基基基基底底底底在在在在激激激激光光光光切切切切割割割割过过过过程程程程中中中中一一一一直直直直保保保保持持持持为为为为固固固固态态态态，不不不不发发发发生生生生状状状状态态态态改改改改变变变变，因因因因而而而而翘翘翘翘曲曲曲曲变变变变形形形形小小小小。经经经经表表表表面面面面涂涂涂涂覆覆覆覆后后后后，不不不不吸吸吸吸水水水水，有有有有良良良良好好好好的稳定性。的稳定性。的稳定性。的稳定性。LOMLOM快速成形技术的优缺点快速成形技术的优缺点 一一一一 .LOM.LOM.LOM.LOM快速成形技术的优点快速成形技术的优点快速成形技术的优点快速成形技术的优点1.1.1.1.设设设设备备备备价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉（与与与与SLASLASLASLA相相相相比比比比），采采采采用用用用CO2CO2CO2CO2激激激激光光光光器器器器，成成成成本本本本低低低低廉廉廉廉，使用寿命长，造型材料成本低。使用寿命长，造型材料成本低。使用寿命长，造型材料成本低。使用寿命长，造型材料成本低。2.2.2.2.由由由由于于于于只只只只需需需需要要要要使使使使激激激激光光光光束束束束沿沿沿沿着着着着物物物物体体体体的的的的轮轮轮轮廓廓廓廓进进进进行行行行切切切切割割割割，无无无无需需需需扫扫扫扫描描描描整整整整个个个个断断断断面面面面，所所所所以以以以这这这这是是是是一一一一个个个个高高高高速速速速的的的的快快快快速速速速原原原原型型型型工工工工艺艺艺艺。常常常常用用用用于于于于加加加加工工工工内部结构简单的大型零件，体积越大，效率越高。内部结构简单的大型零件，体积越大，效率越高。内部结构简单的大型零件，体积越大，效率越高。内部结构简单的大型零件，体积越大，效率越高。3.3.3.3.无需设计和构建支撑结构。无需设计和构建支撑结构。无需设计和构建支撑结构。无需设计和构建支撑结构。4.4.4.4.易于使用，无环境污染。易于使用，无环境污染。易于使用，无环境污染。易于使用，无环境污染。LOMLOM快速成形技术的缺点快速成形技术的缺点 1.1.1.1.需要专门实验室环境，维护费用高昂。需要专门实验室环境，维护费用高昂。需要专门实验室环境，维护费用高昂。需要专门实验室环境，维护费用高昂。2.2.2.2.可可可可实实实实际际际际应应应应用用用用的的的的原原原原材材材材料料料料种种种种类类类类较较较较少少少少，尽尽尽尽管管管管可可可可选选选选用用用用若若若若干干干干原原原原材材材材料料料料，例例例例如如如如纸纸纸纸、塑塑塑塑料料料料、陶陶陶陶土土土土以以以以及及及及合合合合成成成成材材材材料料料料，但但但但目目目目前前前前常常常常用用用用的的的的只只只只是是是是纸纸纸纸，其它的仍在研制开发中。其它的仍在研制开发中。其它的仍在研制开发中。其它的仍在研制开发中。3.3.3.3.材材材材料料料料利利利利用用用用率率率率低低低低，当当当当制制制制作作作作薄薄薄薄壳壳壳壳类类类类零零零零件件件件时时时时，材材材材料料料料利利利利用用用用率率率率可可可可能能能能不足不足不足不足20%20%20%20%。4.4.4.4.后后后后处处处处理理理理工工工工艺艺艺艺困困困困难难难难，因因因因为为为为废废废废料料料料较较较较多多多多，并并并并且且且且快快快快速速速速成成成成型型型型制制制制件件件件镶镶镶镶嵌于其中，剥离废料相当麻烦。嵌于其中，剥离废料相当麻烦。嵌于其中，剥离废料相当麻烦。嵌于其中，剥离废料相当麻烦。5.5.5.5.制制制制件件件件层层层层与与与与层层层层之之之之间间间间粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度较较较较低低低低，特特特特别别别别是是是是在在在在环环环环境境境境温温温温度度度度、湿湿湿湿度变化的情况下，层与层之间容易发生开裂。度变化的情况下，层与层之间容易发生开裂。度变化的情况下，层与层之间容易发生开裂。度变化的情况下，层与层之间容易发生开裂。LOMLOM快速成形技术的缺点快速成形技术的缺点6.6.6.6.表表表表面面面面比比比比较较较较粗粗粗粗糙糙糙糙，工工工工件件件件表表表表面面面面有有有有明明明明显显显显的的的的台台台台阶阶阶阶纹纹纹纹，成成成成型型型型后后后后要要要要进进进进行行行行打打打打磨磨磨磨；且且且且纸纸纸纸制制制制零零零零件件件件很很很很容容容容易易易易吸吸吸吸潮潮潮潮，必必必必须须须须立立立立即即即即进进进进行行行行后后后后处处处处理理理理、上漆。上漆。上漆。上漆。7.7.7.7.难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。8.8.8.8.由由由由于于于于难难难难以以以以（虽虽虽虽然然然然并并并并非非非非不不不不可可可可能能能能）去去去去除除除除里里里里面面面面的的的的废废废废料料料料，该该该该工工工工艺艺艺艺不宜构建内部结构复杂的零件。不宜构建内部结构复杂的零件。不宜构建内部结构复杂的零件。不宜构建内部结构复杂的零件。9.9.9.9.当当当当加加加加工工工工室室室室的的的的温温温温度度度度过过过过高高高高时时时时常常常常有有有有火火火火灾灾灾灾发发发发生生生生，因因因因此此此此，工工工工作作作作过过过过程程程程中需要专职人员职守。中需要专职人员职守。中需要专职人员职守。中需要专职人员职守。LOMLOM快速成形技术的应用快速成形技术的应用 LOMLOMLOMLOM快快快快速速速速原原原原型型型型工工工工艺艺艺艺适适适适合合合合制制制制作作作作大大大大中中中中型型型型原原原原型型型型件件件件，翘翘翘翘曲曲曲曲变变变变形形形形较较较较小小小小，成成成成型型型型时时时时间间间间较较较较短短短短，激激激激光光光光器器器器使使使使用用用用寿寿寿寿命命命命长长长长，制制制制成成成成件件件件有有有有良良良良好好好好的的的的机机机机械械械械性性性性能能能能，适适适适合合合合于于于于产产产产品品品品设设设设计计计计的的的的概概概概念念念念建建建建模模模模和和和和功功功功能能能能性性性性测测测测试试试试零零零零件件件件，且且且且由由由由于于于于制制制制成成成成的的的的零零零零件件件件具具具具有有有有木木木木质质质质属属属属性性性性，特特特特别别别别适适适适合合合合于于于于直直直直接接接接制作砂型铸造模。制作砂型铸造模。制作砂型铸造模。制作砂型铸造模。面曝光快速成型面曝光快速成型 MPSL(Mask MPSL(Mask Projection Projection Stereolithography)Stereolithography)面面曝曝光光快快速速成成型型与与扫扫描描式式固固化化快快速速成成型型最最大大的的不不同同在在于于采采用用片片层层掩掩膜膜技技术术，一一次次曝曝光光固固化化一一个个层层面面的的实实体体。MPSLMPSL的的关关键键技技术术之一是如何生成图形动态掩膜（之一是如何生成图形动态掩膜（Dynamic MaskDynamic Mask）。）。图图形形掩掩膜膜的的生生成成方方式式有有多多种种，早早期期是是利利用用静静电电复复印印技技术术原原理理，在在玻玻璃璃底底版版上上生生成成图图形形掩掩膜膜。目目前前，比比较较典典型型的的图图形形生生成成工工艺艺是是采采用用液液晶晶显显示示技技术术（Liquid Liquid Crystal Crystal DisplayDisplay，LCDLCD）和和 数数 字字 投投 影影 技技 术术（Digital Digital Light Light ProcessingProcessing，DLPDLP）。下下面面对对这这两两种种技技术术分分别别进进行行简简单单地地介介绍，着重说明一下绍，着重说明一下DLPDLP的技术原理。的技术原理。面曝光快速成型面曝光快速成型掩膜生成技术掩膜生成技术断电状态通电状态123564图图1-2 1-2 光线阻断（左）和穿透（右）示意图光线阻断（左）和穿透（右）示意图1-1-偏光器；偏光器；2-2-通电层；通电层；3-3-液晶分子；液晶分子；4-4-电源；电源；5-5-通电层；通电层；6-6-偏光器偏光器LCD LCD（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display，LCDLCD）基本原理）基本原理 LCD LCD（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display）液晶显示技术液晶显示技术偏光板上玻璃下玻璃液晶LCD LCD（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display）液晶显示技术液晶显示技术 液液晶晶显显示示器器由由上上、下下玻玻璃璃板板和和液液晶晶组组成成，从从图图中中我我们们可可以以知知道道,当当上上下下两两块块玻玻璃璃之之间间没没有有施施加加电电压压时时,液液晶晶的的排排列列会会依依照照上上下下两两块块玻玻璃璃的的配配向向膜膜而而定定。对对于于TNTN型型的的液液晶晶来来说说,上上下下的的配配向向膜膜的的角角度度差差恰恰为为9090度度。所所以以液液晶晶分分子子的的排排列列由由上上而而下下会会自自动动旋旋转转9090度度,当当入入射射的的光光线线经经过过上上面面的的偏偏光光板板时时,会会只只剩剩下下单单方方向向极极化化的的光光波波。通通过过液液晶晶分分子子时时,由由于于液液晶晶分分子子总总共共旋旋转转了了9090度度,所所以以当当光光波波到到达达下下层层偏偏光光板板时时,光光波波的的极极化化方方向向恰恰好好转转了了9090度度。而而下下层层的的偏偏光光板板与与上上层层偏偏光光板板,角角度度也也是是恰恰好差异好差异9090度，所以光线便可以顺利的通过。度，所以光线便可以顺利的通过。LCD LCD（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display）液晶显示技术液晶显示技术 但但是是如如果果我我们们对对上上下下两两块块玻玻璃璃之之间间施施加加电电压压时时,由由于于TNTN型型液液晶晶多多为为介介电电系系数数异异方方性性为为正正型型的的液液晶晶(/(/，代代表表着着平平行行方方向向的的介介电电系系数数比比垂垂直直方方向向的的介介电电系系数数大大，因因此此当当液液晶晶分分子子受受电电场场影影响响时时，其其排排列列方方向向会会倾倾向向平平行行于于电电场场方方向向)，所所以以我我们们从从图图1010中中便便可可以以看看到到，液液晶晶分分子子的的排排列列都都变变成成站站立立着着的的。此此时时通通过过上上层层偏偏光光板板的的单单方方向向的的极极化化光光波波，经经过过液液晶晶分分子子时时便便不不会会改改变变极极化化方方向向，因因此此就就无无法法通通过过下下层层偏偏光板。光板。面曝光快速成型面曝光快速成型掩膜生成技术掩膜生成技术图4 两个DMD 像素图(微镜画成透明的)DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）数字投影技术原理数字投影技术原理DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）数字投影技术原理数字投影技术原理 DLPDLP（Digital Digital Light Light ProcessingProcessing）数数字字投投影影技技术术即即数数 字字 光光 处处 理理，该该 技技 术术 是是 基基 于于 德德 州州 仪仪 器器 公公 司司（Texas Texas InstrumentsInstruments）开开发发的的数数字字微微镜镜 （Digital Digital Micromirror Micromirror DeviceDevice，DMDDMD）来来完完成成显显示示数数字字可可视视信信息息的的最最终终环环节节。DMDDMD是是在在CMOS CMOS(Complementary(Complementary Metal Metal Oxide Oxide Semiconductor)Semiconductor)的的标标准准半半导导体体制制程程上上，加加上上一一个个可可以以调调整整反反射射面面的的旋旋转转机机构构形形成成的的器器件件，因因此此一一个个DMDDMD可可被被简简单单描描述述成成为为一一个个半半导导体体光光开开关关。成成千千上上万万个个微微小小的的方方形形131313m13m镜镜片片被被固固定定在在静静态态随随机机存存取取内内存存（SRAMSRAM）上上方方的的铰铰链链结结构构上上而而组组成成DMDDMD，如如图图1-31-3所所示示。每每一一个个镜镜片片可可以以通通断断一一个个象象素素的的光光。铰铰链链结结构构允允许许镜镜片片在在两两个个状状态态之之间间倾倾斜斜，+10+10度度为为“开开”。-10-10度度为为“关关”，当当镜镜片片不工作时，它们处于不工作时，它们处于0 0度度“停泊停泊”状态。状态。DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）数字投影技术原理数字投影技术原理成像面光吸收装置投影镜头DMD光源微镜片图图1-3 1-3 数字微镜数字微镜77图图1-4 1-4 单个微镜片投影成像示意图单个微镜片投影成像示意图DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）原理）原理DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）数字投影技术原理数字投影技术原理 视视频频或或图图形形信信号号经经DLPDLP视视频频处处理理转转换换成成二二进进制制数数据据平平面面后后，就就被被送送入入DMDDMD。信信息息的的每每一一个个象象素素按按照照1:11:1的的比比例例被被直直接接映映射射在在相相应应的的微微镜镜片片上上，通通过过对对每每一一个个微微镜镜片片下下的的存存储储单单元元以以二二进进制制平平面面信信号号进进行行电电子子化化寻寻址址，DMDDMD阵阵列列上上的的每每个个微微镜镜片片被被以以静静电电方方式式倾倾斜斜为为“开开”或或“关关”状状态态。因因此此对对于于一一个个微微镜镜片片来来说说，DLPDLP成成为为一一个个简简单单的的光光学学系系统统，如如图图1-41-4所所示示。三三个个镜镜片片不不同同的的反反射射状状态态，就就可可以以相相应应地地生生成成黑黑或或白白的的光光点点。全全部部DMDDMD微镜就可以按上面的方法产生整幅画面。微镜就可以按上面的方法产生整幅画面。DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）数字投影技术特点数字投影技术特点与与LCDLCD相比，相比，DMDDMD具有以下特点具有以下特点1.1.产生无缝图像。产生无缝图像。DMDDMD上上的的小小微微镜镜面面积积为为131313m13m，每每两两个个间间隔隔1m1m，填充因子大于填充因子大于90%90%的，使投影的画面过渡自然，更加真实。的，使投影的画面过渡自然，更加真实。而而在在LCDLCD图图像像显显示示中中，则则会会明明显显看看到到投投影影屏屏幕幕上上的的像像素素点，屏幕门效应，栅格化非常严重。点，屏幕门效应，栅格化非常严重。2.2.反射优势明显。反射优势明显。DMDDMD是是一一种种反反射射器器件件，DMDDMD的的光光反反射射率率、填填充充因因子子、衍衍射射效效率率和和实实际际镜镜片片“开开”时时间间使使它它有有超超过过60%60%的的光光效效率率。而而LCDLCD依依赖赖于于偏偏振振，所所以以其其中中一一部部分分偏偏振振光光没没有有用用。剩剩下下的的光光除除了了光光损损失失外外，液液晶晶材材料料本本身身吸吸收收了了一一部部分分光光，结结果果是是只只有有一一少少部部分分入射光透过入射光透过LCDLCD面板照到屏幕上。面板照到屏幕上。DLPDLP（Digital Light ProcessingDigital Light Processing）数字投影技术特点数字投影技术特点3.3.可靠性更高。可靠性更高。DLPDLP系系统统成成功功地地完完成成了了一一系系列列环环境境下下的的应应用用测测试试。其其中的中的DMDDMD元件可长时间经受紫外光的照射而不发生老化。元件可长时间经受紫外光的照射而不发生老化。而而LCDLCD则则由由于于吸吸光光发发热热，以以及及紫紫外外光光长长时时间间照照射射液液晶晶，导导致致液液晶晶分分子子发发生生变变化化，造造成成LCDLCD失失效效，致致使使该该种种投投影影仪仪工工作作时间较短。时间较短。MPSLMPSL技术基本原理技术基本原理 由由分分析析可可以以看看出出，相相比比于于LCDLCD，DMDDMD能能更更好好地地适适应应快快速速成成型型加加工工所所需需要要的的高高精精度度、高高可可靠靠性性以以及及对对紫紫外外光光源源能能量量较较高高的的承承受受能能力力。因因此此将将DLPDLP技技术术应应用用到到光光固固化化快快速速成成型型技技术术的的面面曝光快速成型具有更好的发展前景。曝光快速成型具有更好的发展前景。它它主主要要包包括括两两大大部部分分：固固化化成成像像器器件件即即掩掩膜膜发发生生器器和和机机械械辅辅助助装装置置即即升升降降、涂涂覆覆系系统统等等。掩掩膜膜发发生生器器负负责责完完成成每每层层图图像像的的生生成成，由由紫紫外外光光照照射射投投影影到到成成像像位位置置，即即光光敏敏树树脂脂液液面面处处，曝曝光光固固化化一一次次树树脂脂，再再通通过过升升降降装装置置以以及及涂涂覆覆系系统统完完成成新新一层树脂的准备工作，从而开始下一层的固化。一层树脂的准备工作，从而开始下一层的固化。THANK YOUSUCCESS2024/2/29 周四31可编辑MPSLMPSL技术基本原理技术基本原理掩膜发生器掩膜发生器光敏树脂光敏树脂升降升降装置装置MPSLMPSL技术特点技术特点面曝光快速成形技术具有以下特点：面曝光快速成形技术具有以下特点：1.1.面面曝曝光光固固化化工工艺艺克克服服了了SLSL扫扫描描固固化化时时的的枕枕形形误误差差、Z Z轴轴焦距误差等问题。焦距误差等问题。2.2.面面曝曝光光成成形形速速度度与与成成形形面面积积无无关关，只只与与层层数数有有关关，和和扫扫描固化相比有明显的速度优势。描固化相比有明显的速度优势。3.3.面面曝曝光光过过程程中中，成成形形面面积积随随投投影影高高度度而而变变化化，而而分分辨辨率率不变，因此可在较小面积上实现精细加工。不变，因此可在较小面积上实现精细加工。4.4.面面曝曝光光工工艺艺中中，树树脂脂发发生生液液态态到到固固态态的的相相变变时时，体体积积发发生较大程度的变化，翘曲变形现象比较突出。生较大程度的变化，翘曲变形现象比较突出。其它的面曝光快速成型其它的面曝光快速成型复印固化复印固化成型技术成型技术 以以色色列列的的CubitalCubital公公司司在在19951995年年推推出出一一种种掩掩膜膜曝曝光光快快速速成成形形设设备备，Solider Solider 46004600，它它采采用用了了一一种种以以面面成成形形为为特特征征的的复复印固化成形印固化成形 （Solid Ground Curing,SGCSolid Ground Curing,SGC）技术。）技术。该该技技术术形形成成掩掩膜膜的的基基本本过过程程如如图图1-61-6所所示示：电电子子成成像像系系统统先先在在一一块块特特殊殊玻玻璃璃板板上上高高压压充充电电，使使其其一一侧侧表表面面带带静静电电，然然后后通通过过离离子子谱谱印印刷刷（Ionographic Ionographic PrintingPrinting）技技术术根根据据数数字字图图形形有有选选择择性性地地用用喷喷射射离离子子流流去去除除与与截截面面形形状状相相一一致致区区域域的的静静电电，剩剩下下的的就就是是与与截截面面形形状状相相反反的的静静电电潜潜像像，再再吸吸附附上上石石墨墨粉粉形形成成掩掩膜膜。完完成成一一个个层层面面的的曝曝光光固固化化后后，擦擦除除玻玻璃璃板板上上的的静静电电和和石石墨墨粉粉，开开始始准准备备生生成成下下一一层层掩掩膜膜。并并且且采采用用分分区区域域或或多多次次曝曝光光和和树树脂脂改改性性的的办办法法来来解解决决由由于于大大面面积积曝曝光光所所带带来来的的层层面面变变形形问问题。题。（Solid Ground Curing,SGCSolid Ground Curing,SGC）技）技术术离子谱印刷术生成掩膜掩膜擦除充电(c).清除未固化部分树脂，填充石蜡，快速冷却石蜡后研磨整个层面(a).在玻璃板上静电吸附碳粉形成截面负像(b).强紫外灯曝光固化(d).升降台下降，开始下一层制作（Solid Ground Curing,SGCSolid Ground Curing,SGC）技）技术术 SGCSGC形形成成掩掩膜膜的的技技术术与与静静电电复复印印有有相相似似之之处处，采采用用大大面面积积的的玻玻璃璃板板作作转转印印面面，存存在在着着每每次次放放电电不不彻彻底底，残残留留石石墨墨现现象象，多多次次的的残残留留静静电电和和残残留留石石墨墨的的积积累累，导导致致图图像像灰灰影影，图图形形的的对对比比度度降降低低，一一方方面面导导致致紫紫外外光光透透过过率率下下降降，影影响响了了快快速速成成形形速速度度，更更严严重重的的是是降降低低了了固固化化层层面面的的轮轮廓廓清晰度，影响到快速成形精度。清晰度，影响到快速成形精度。LCDLCD掩膜微光固化技术掩膜微光固化技术12345768图图1-7 1-7 微光固化成型系统原理图微光固化成型系统原理图1-1-光源；光源；2-2-开关；开关；3-LCD3-LCD；4-4-反射镜；反射镜；5-5-聚光系聚光系统；统；6-6-树脂槽；树脂槽；7-7-升降台；升降台；8-8-计算机计算机LCDLCD掩膜微光固化技术掩膜微光固化技术 瑞瑞士士联联邦邦技技术术研研究究所所的的Arnaud Arnaud BertschBertsch等等人人利利用用LCDLCD生生成成动动态态模模版版（Dynamic Dynamic PatternPattern），对对几几毫毫米米的的微微小小件件的的成成形形工工艺艺进进行行了了研研究究，其其成成型型原原理理如如图图1-71-7所所示示。平平面面紫紫外外光光穿穿透透LCDLCD动动态态模模版版，经经聚聚焦焦透透镜镜组组会会聚聚后后，照照射射到到树树脂脂液液面面处处，即即可可一一次次性性固固化化一一层层树树脂脂。成成形形件件的的尺尺寸寸小小，层层厚厚薄薄（5 520m20m），层层曝曝光光时时间间短短，曝曝光光固固化化成成形形较较为为容容易易，同同时时无无需需过过多多考考虑虑变变形形问问题题。与与同同类类型型的的SLSL设设备备相相比比，该该技技术术加加工工的的零零件精度较高，显示出该技术在处理较小件时的高分辨率优势。件精度较高，显示出该技术在处理较小件时的高分辨率优势。LCDLCD掩膜微光固化技术掩膜微光固化技术 LCDLCD液液晶晶可可以以做做到到较较大大面面积积，平平行行面面光光源源直直接接照照射射就就可可固固化化得得到到尺尺寸寸较较大大的的零零件件，而而且且缩缩小小光光束束固固化化微微小小零零件件也也较较为为简简单单。但但其其液液晶晶分分子子开开关关反反应应速速度度慢慢，对对比比度度低低，造造成