前言

光固化快速成型(SL)是一种增材制造技术，可用于直接从液体感光材料制造复杂零件。与其他增材制造技术相比，SL的主要优势是高精度、高分辨率和良好的表面质量。因此，立体平版印刷术已被用于许多领域，包括电化学能量储存，组织工程和航空航天。一般来说，SL系统可以分为矢量扫描立体光刻(VSSL)系统和掩模投影立体光刻(MPSL)系统。VSSL通过紫外激光有选择地固化液态感光材料来制造固体零件。它有很好的制作分辨率，小到10 um，这保证了高精度和良好的表面质量。然而，高制造分辨率需要更多时间来生产零件。此外，VSSL系统价格昂贵，所涉及的过程相当复杂。因此，人们对MPSL体系越来越感兴趣，这是通过将图像投影到液体感光材料表面上来一次固化零件的整个横截面，同时曝光时间与横截面的尺寸无关，所以制造时间短。

研究内容

MPSL的主要缺点是难以获得良好的精度和大的建筑围护结构。然而，在现实中，一个零件中的不同特征有不同的精度要求，因此没有必要对所有特征都达到高精度。基于这一点，基于多尺度叠加制造概念，西安交通大学的研究人员提出了一种采用数字微镜器件的双掩模投影立体光刻系统。DMPSL系统由大包络投影(LEP)和高精度投影(HAP)模块组成。在此过程中，主要零件由LEP模块制造，而高精度零件由HAP模块制造，从而结合了两个模块的优势。这种方法允许大型建筑围护结构，并提高高精度特征的形状和尺寸精度，只要需要高精度。此外，通过使用重叠宽度为10或20个像素的直线拼接，拼接界面处较差的机械性能可以提高到MPSL水平，防止拼接过程导致的低拉伸和弯曲强度，使DMPSL可以应用于生产应力环境下直接使用的零件。

实验方法

为了在高局部特征精度和大建筑围护结构之间达成折衷，开发了基于数字微镜器件的数字微镜器件系统。DMPSL系统由电梯、LEP模块(LEP光源、LEP DMD和LEP镜头)、XY运动平台、HAP模块(HAP DMD、HAP光源和HAP镜头)、反射镜、树脂缸和建筑平台组成。DMPSL的制作过程如下:首先，根据每个特征的精度要求，将CAD模型分为一个主要部分和几个高精度部分，分别生成LEP和HAP模块的掩膜图像；第二，当前层的主要部分由LEP模块制造，以实现大型建筑围护结构；第三，将XY运动平台移动到相应的位置，高精度零件由HAP模块逐个制造，实现高局部精度。

DMPSL-设置包括两个投影模块:LEP工作模式(a)、HAP工作模式(b)和DMPSL系统(c和d)。

LEP和HAP对齐的CAD模型(a)和测量偏差的尺寸(b)。

建筑围护结构模型(a)和HAP拼接(b)试验。

具有重叠区域的直线(a到d)和锯齿(e到h)拼接策略的生成过程。

结论

这项研究为MPSL提供了一种新的曝光方法。目的是通过组合两个投影模块，在精细的局部特征精度和大的建筑包络之间达成折衷。大型建筑围护结构由LEP实现，允许在一个步骤中快速暴露主要部分，并且要求高精度的特征由HAP制造。实现了LEP和HAP的校准和对准。制作了用于形状精度测试的样品。结果表明，高精度特征的形状精度显著提高。此外，还制作了用于尺寸精度测试的样品。此外，还研究了拼接形状和搭接宽度对力学性能的影响。通过使用重叠宽度为10或20像素的直线拼接，可以改善拼接过程导致的较差的机械性能，这使得DMPSL对于生产可直接用于应力环境的零件非常有用。

https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112228。