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DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

1. 概述

在使用DLP作為光源進行面曝光的3D列印系統中,我們經常會遇到投影機或者光機投射出來的光,發生變形,模糊的情況。這些情況容易導緻如下一些問題:

  • 列印模型表面有像素紋路,不夠光滑
  • 模型局部曝光分布不均勻,厚薄不一,在列印十分精細的零部件時尤為明顯
  • 光源發生梯形形變,導緻資料會有偏差
  • 鏡頭的折射而發生的實體偏差,導緻單層發生桶形失真或者枕形失真

上述問題,在對列印模型精度要求不高時,暴露不明顯,一旦列印模型要面向工業生産環境,這些問題就十分緻命。本文給出了針對上述四個問題,目前比較通用的解決思路。

2. 像素紋

像素紋是由于投影分辨率的限制而導緻的。通常,每個像素之間的距離為50~100um,這個距離是光源的初始的分辨率值,也是最小單元。這個最小單元之間的距離,會在模型成型後,在模型的表面形成一個個紋路,十分明顯。目前工業界對這個問題,有如下幾種解決的思路,在這裡記錄一下:

1. XY方向上,增加像素精度

通常,我們的曝光情況是如下的:

DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

如何對現有的像素,進行進一步的分割呢?答案是移動投影,每次在XY方向,移動半個像素的距離。可以得到如下的效果:

DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

通過移動整個曝光的位置,進而增添了模型邊緣的像素分辨率,達到更加平滑的效果。

2. 對邊緣引入抗鋸齒模型

抗鋸齒在很多領域都十分普遍,這裡,我們将他用在3D列印機技術中,用以改善模型的表面光滑程度。對每個模型的邊緣,我們可以單獨提取出來,有了邊緣後,單獨對邊緣曝光層,根據樹脂的成型标準,進行抗鋸齒處理。

對資料提取邊緣:

DLP面曝光3D列印機模型資料矯正
DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

提取邊緣後,對邊緣單獨做抗鋸齒處理:

DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

3. 梯形形變

由于光源與投射面之間并不是完全平行的關系,這樣就導緻了梯形形變。梯形形變用手動來調,誤差是非常大的,随便一下就差了零點幾個毫米以上,是以,需要靠軟體根據外部的測量結果,來進行矯正。

DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

基本的實作思路如上圖。

4. 光源不均勻

采用将一層模型分成40個區域,測取每個區域的光強值,根據整體的值來調整局部的每個值。

5. 魚眼失真

投影的鏡頭,如果不是非常好的投影,很容易發生魚眼失真,如下所示:

DLP面曝光3D列印機模型資料矯正

這裡不能使用OpenCV提供的相機矯正庫,原因是這個庫要輸入原始的校準黑背格圖檔,來獲得原始輸入的資料,而在3D列印機系統中,原始的資料是一個三維的立體模型,無法進行相機标定參數的确定。是以要結合列印測試的模型,來重新設計算法,實作消除魚眼失真的方法。