Технология DLP

Digital Light Processing (DLP) — передовая технология, изобретенная компанией Texas Instruments . Благодаря ей оказалось возможным создавать очень небольшие, очень легкие (3 кг — разве это вес?) и, тем не менее, достаточно мощные (более 1000 ANSI Lm) мультимедиапроекторы.

Краткая история создания

Давным-давно, в далекой галактике…

В 1987 году Dr. Larry J. Hornbeck изобрел цифровое мультизеркальное устройство (Digital Micromirror Device или DMD). Это изобретение завершило десятилетние исследования Texas Instruments в области микромеханических деформируемых зеркальных устройств (Deformable Mirror Devices или снова DMD). Суть открытия состояла в отказе от гибких зеркал в пользу матрицы жестких зеркал, имеющих всего два устойчивых положения.

В 1989 году Texas Instruments становится одной из четырех компаний, избранных для реализации «проекторной» части программы U.S. High-Definition Display, финансируемой управлением перспективного планирования научно-исследовательских работ (ARPA).

В мае 1992 года TI демонстрирует первую основанную на DMD систему, поддерживающую современный стандарт разрешения для ARPA.

High-Definition TV (HDTV) версия DMD на основе трех DMD высокого разрешения была показана в феврале 1994 года.

Массовые продажи DMD-чипов началиcь в 1995 году.

Технология DLP

Ключевым элементом мультимедиапроекторов, созданных по технологии DLP, является матрица микроскопических зеркал (DMD-элементов) из алюминиевого сплава, обладающего очень высоким коэффициентом отражения. Каждое зеркало крепится к жесткой подложке, которая через подвижные пластины соединяется с основанием матрицы. Под противоположными углами зеркал размещены электроды, соединенные с ячейками памяти CMOS SRAM. Под действием электрического поля подложка с зеркалом принимает одно из двух положений, отличающихся точно на 20° благодаря ограничителям, расположенным на основании матрицы.

Два этих положения соответствуют отражению поступающего светового потока соответственно в объектив и эффективный светопоглотитель, обеспечивающий надежный отвод тепла и минимальное отражение света.

Шина данных и сама матрица сконструированы так, чтобы обеспечивать до 60 и более кадров изображения в секунду с разрешением 16 миллионов цветов.

Матрица зеркал вместе с CMOS SRAM и составляют DMD-кристалл — основу технологии DLP.

Впечатляют небольшие размеры кристалла. Площадь каждого зеркала матрицы составляет 16 микрон и менее, а расстояние между зеркалами около 1 микрона. Кристалл, да и не один, легко помещается на ладони.

Всего, если Texas Instruments нас не обманывает, выпускаются три вида кристаллов (или чипов) c различными разрешениями. Это:

• SVGA: 848×600; 508,800 зеркал
• XGA: 1024×768 с черной апертурой (межщелевым пространством); 786,432 зеркал
• SXGA: 1280×1024; 1,310,720 зеркал

Итак, у нас есть матрица, что мы можем с ней сделать? Ну конечно, осветить ее световым потоком помощнее и поместить на пути одного из направлений отражений зеркал оптическую систему, фокусирующую изображение на экран. На пути другого направления разумным будет поместить светопоглотитель, чтобы ненужный свет не причинял неудобств. Вот мы уже и можем проецировать одноцветные картинки. Но где же цвет? Где яркость?

А вот в этом, похоже, и заключалось изобретение товарища Larry, речь о котором шла в первом абзаце раздела истории создания DLP. Если вы так и не поняли, в чем дело, — приготовьтесь, ибо сейчас с вами может случиться шок:), т. к. это само собой напрашивающееся элегантное и вполне очевидное решение является на сегодня самым передовым и технологичным в области проецирования изображения.

Вспомните детский фокус с вращающимся фонариком, свет от которого в некоторый момент сливается и превращается в светящийся круг. Эта шутка нашего зрения и позволяет окончательно отказаться от аналоговых систем построения изображения в пользу полностью цифровых. Ведь даже цифровые мониторы на последнем этапе имеют аналоговую природу.

Но что произойдет, если мы заставим зеркало с большой частотой переключаться из одного положения в другое? Если пренебречь временем переключения зеркала (а благодаря его микроскопическим размерам этим временем вполне можно пренебречь), то видимая яркость упадет не иначе как в два раза. Изменяя отношение времени, в течение которого зеркало находится в одном и другом положении, мы легко можем изменять и видимую яркость изображения. А так как частота циклов очень и очень большая, никакого видимого мерцания не будет и в помине. Эврика. Хотя ничего особенного, это всё давно известно:)

Ну, а теперь последний штрих. Если скорость переключения достаточно высока, то на пути светового потока мы можем последовательно помещать светофильтры и тем самым создавать цветное изображение.

Вот, собственно, и вся технология. Дальнейшее ее эволюционное развитие мы проследим на примере устройства мультимедиапроекторов.

Устройство DLP-проекторов

Texas Instruments не занимается производством DLP-проекторов, этим занимается множество других компаний, таких, как 3M, ACER, PROXIMA, PLUS, ASK PROXIMA, OPTOMA CORP., DAVIS, LIESEGANG, INFOCUS, VIEWSONIC, SHARP, COMPAQ, NEC, KODAK, TOSHIBA, LIESEGANG и др. Большинство выпускаемых проекторов относятся к портативным, обладающим массой от 1,3 до 8 кг и мощностью до 2000 ANSI lumens. Проекторы делятся на три типа.

Одноматричный проектор

Самый простой тип, который мы уже описали, это — одноматричный проектор , где между источником света и матрицей помещается вращающийся диск с цветными светофильтрами — синим, зеленым и красным. Частота вращения диска определяет привычную нам частоту кадров.

Изображение формируется поочередно каждым из основных цветов, в результате получается обычное полноцветное изображение.

Все, или почти все портативные проекторы построены по одноматричному типу.

Дальнейшим развитием этого типа проекторов стало введение четвертого, прозрачного светофильтра, позволяющего ощутимо увеличить яркость изображения.

Трехматричный проектор

Самым сложным типом проекторов является трехматричный проектор , где свет расщепляется на три цветовых потока и отражается сразу от трех матриц. Такой проектор имеет самый чистый цвет и частоту кадров, не ограниченную скоростью вращения диска, как у одноматричных проекторов.

Точное соответствие отраженного потока от каждой матрицы (сведение) обеспечивается с помощью призмы, как вы можете видеть на рисунке.

Двухматричный проектор

Промежуточным типом проекторов является двухматричный проектор . В данном случае свет расщепляется на два потока: красный отражается от одной DMD-матрицы, а синий и зеленый — от другой. Светофильтр, соответственно, удаляет из спектра синюю либо зеленую составляющие поочередно.

Двухматричный проектор обеспечивает промежуточное качество изображения по сравнению с одноматричным и трехматричным типом.

Сравнение LCD и DLP-проекторов

По сравнению с LCD-проекторами DLP-проекторы обладают рядом важных преимуществ:

Есть ли недостатки у технологии DLP?

Но теория теорией, а на практике еще есть над чем поработать. Основной недостаток заключается в несовершенстве технологии и как следствие — проблеме залипания зеркал.

Дело в том, что при таких микроскопических размерах мелкие детали норовят «слипнуться», и зеркало с основанием тому не исключение.

Несмотря на приложенные компанией Texas Instruments усилия по изобретению новых материалов, уменьшающих прилипание микрозеркал, такая проблема существует, как мы увидели при тестировании мультимедиапроектора Infocus LP340 . Но, должен заметить, жить она особо не мешает.

Другая проблема не так очевидна и заключается в оптимальном подборе режимов переключения зеркал. У каждой компании, производящей DLP-проекторы, на этот счет свое мнение.

Ну и последнее. Несмотря на минимальное время переключения зеркал из одного положения в другое, едва заметный шлейф на экране этот процесс оставляет. Эдакий бесплатный antialiasing.

Развитие технологии

• Помимо введения прозрачного светофильтра постоянно ведутся работы по уменьшению межзеркального пространства и площади столбика, крепящего зеркало к подложке (черная точка посередине элемента изображения).
• Путем разбиения матрицы на отдельные блоки и расширения шины данных увеличивается частота переключения зеркал.
• Ведутся работы по увеличению количества зеркал и уменьшению размера матрицы.
• Постоянно повышается мощность и контрастность светового потока. В настоящее время уже существуют трехматричные проекторы мощностью свыше 10000 ANSI Lm и контрастностью более 1000:1, нашедшие свое применение в ультрасовременных кинотеатрах, использующих цифровые носители.
• Технология DLP полностью готова заменить CRT-технологию показа изображения в домашних кинотеатрах.

Заключение

Это далеко не все, что можно было бы рассказать о технологии DLP, например, мы не затронули тему использования DMD-матриц в печати. Но мы подождем, пока компания Texas Instruments не подтвердит информацию, доступную из других источников, дабы не подсунуть вам «липу». Надеюсь, этого небольшого рассказа вполне достаточно, чтобы получить пусть не самое полное, но достаточное представление о технологии и не мучать продавцов расспросами о преимуществе DLP-проекторов над другими.

Спасибо Алексею Слепынину за помощь в оформлении материала

Коллеги, сегодня поговорим о наболевшем!

А именно то, как некоторые продавцы 3D-принтеров, пытаются вам продать свой продукт всеми правдами и неправдами....

Вначале поговорим о двух самых распространенных технологиях 3D-печати: DLP и SLA, именно такие 3D принтеры в стоматологии встречаются чаще всего.

На стоматологическом рынке сегодня наибольшей популярностью пользуются принтеры работающие по технологиям печати DLP и SLA, чем отличаются между собой эти две технологии?
Обе (DLP и SLA) в качестве сырья для печати используют «жидкую пластмассу», другими словами фотополимер, который полимеризуется и приобретает твердую форму под действием УФ излучения.

Немного истории:

Пионерами, в развитии стоматологической 3D-печати и создании биосовместимых полимеров в большом ассортименте, является голландская компания Nextdent, ранее известная всем как компания Vertex.
Этой зимой, видя большой потенциал этих биосовместимых материалов, компанию Nextdent купил отец 3D-печати, 3D-гигант - американская компания 3D Systems.

Получить сертификацию для биосовместимых материалов не так уж и просто, поэтому фотополимеры компании Nextdent приобретают другие компании и продают под своими разными брендами: Formlabs, Novux и другие.
Теперь опять вернемся к технологиям 3D-печати.

DLP. Принцип печати:
Программа которая идет в комплекте с принтером разбивает печатаемый объект на слои с заданной толщиной.
В ванночку принтера с прозрачным дном наливают фотополимер (материал для печати).

На самое дно ванны погружается рабочий столик, отступая от дна на один (первый) слой нашего объекта (в этом «отступе» находится жидкий фотополимер).

Проектор, расположенный под ванной проецирует на дно ванны картинку первого слоя и благодаря УФ излучению застывает только та пластмасса, на которую попало изображение с проектора.

Так слой за слоем вырастает наш печатаемый объект, будь то модель челюсти или временная коронка.SLA. Принцип печати: Принцип печати похож, но с отличием в том, что проецируется не слой целиком, а по каждой точке объекта быстро проходит лазерный луч, который полимеризует жидкий фотополимер (материал)

Зачастую покупателю самостоятельно не просто разобраться во всех свойствах 3D-принтера и его материалов, но есть один понятный показатель, на который ориентируются почти все. И естественно, на этом показателе в основном играют продавцы 3D-принтеров.

Уже догадались какой основной аргумент они приводят, продавая вам свой принтер?

Точность печати!

Давайте тогда разберемся с этим популярным параметром, который перекручивают в ту или иную сторону умышленно или из-за некомпетентности.

Точность печати .

Этот параметр зависит от многих факторов, мало того, не только от принтера, но и от материала и окружающей среды.

Как зависит от материала?
Чем более опаковый материал (наполненный пигментами и блокираторами света), тем более точными будут напечатанные из него изделия. Это происходит благодаря отсутствию рассеивания света при печати и полимеризации примыкающего к модели материала.

Как зависит от окружающей среды?
При печати фотополимером, важно контролировать его температуру во время печати.
Во время полимеризации именно в DLP принтерах выделяется много тепла.

Как негативно влияет повышенная температура на печать?
Очень просто, ускоряется химическая реакция и для полимеризации материала текущего света становится слишком много.

Повышается риск полимеризации пограничного слоя модели (засвет лишней пластмассы) соответственно увеличение ее размеров, другими словами потеря точности.

В SLA принтерах это не так страшно, так как лазер имеет меньшую мощность (выделяет меньше тепла) обьем ванны для материала обычно значительно больше (чем в DLP принтерах) что приводит к тому, что фотополимер в ванне нагревается медленнее и нет рисков перегрева.
Именно поэтому печать SLA немного дольше, но зато она лишена рисков перегрева и потери точности, как в DLP принтерах.

Значит, чтобы получить максимально точно напечатанное изделие, а в помещении у вас жарко - контролируйте температуру используемого полимера.

Холодно - тоже не лучший вариант, так как материалу может не хватить силы света, он не закрепиться на столике для печати и вам придется подогреть материал и начать весь процесс печати с начала.
Конечно возня с подогревом материала не очень удобна!

Но если ваш принтер имеет функцию автоматического подогрева материала - вам с этим не придется возится вручную.

Технология DLP

Цифровая светодиодная проекция (DLP) – метод аддитивного производства , вариант стереолитографической 3D-печати.

Технология

Одним из наиболее популярных методов аддитивного производства высокоточных прототипов является лазерная стереолитография (SLA) . Метод основан на использовании фотополимерных смол, затвердевающих при облучении ультрафиолетовым светом. В то время как технология SLA находит широкое применение в профессиональной среде, ее распространение ограничивается достаточно высокой стоимостью устройств, обусловленной применением дорогостоящих лазерных излучателей.

Альтернативный метод использует цифровые светодиодные проекторы (DLP), позволяя снижать себестоимость устройств. В отличие от лазерных установок, сканирующих поверхность материала одним или несколькими лазерными головками, DLP принтеры проецируют изображение целого слоя до затвердевания полимерной смолы, после чего наносится новый слой материала и проецируется изображение нового слоя цифровой модели.

О преимуществах того или иного метода сложно судить. DLP-печать появилась совсем недавно, но уже демонстрирует прекрасные результаты, сопоставимые по точности и производительности с оригинальной технологией лазерной стереолитографии (SLA), запатентованной Чарльзом Халлом в 1986 году и давшей первый существенный толчок развитию 3D-печати. Основным преимуществом DLP над SLA может стать более низкая стоимость используемых проекторов по сравнению с лазерными излучателями.

Применение

С момента появления, DLP-принтеры составляют прямую конкуренцию устройствам, работающим по технологии SLA. DLP-принтеры применяются в стоматологии, ювелирной промышленности, свободном дизайне и в производстве сувениров.

Преимущества и недостатки

Как и стандартные стереолитографические устройства, DLP-принтеры имеют высокие показатели точности печати – минимальная толщина слоя может достигать 15 микрон с использованием существующих установок. Минимальная толщина слоя, наносимого более доступными FDM- принтерами , как правило, составляет не менее 50 микрон. Практически же, разрешение находится в обратной зависимости от скорости наслоения – технология позволяет достигать и более высоких показателей точности ценой снижения скорости печати. Расходные материалы, а именно фотополимерные смолы, имеют высокий диапазон механических характеристик: возможны имитаторы в диапазоне от твердых пластиков до резины. Как правило, печать осуществляется материалом одного цвета, но ограничений палитры не существует. Основным недостатком метода DLP, как и SLA, является относительно высокая стоимость расходных материалов – порядка $80-160 за один литр жидкого полимера. Для сравнения, килограмм пластиковой нити для FDM печати можно приобрести за $35. В итоге, пользователь должен найти правильный баланс между качеством и себестоимостью печати.

Уже не только для супер-богатых. Вот три проекта 3D-принтеров, которые вы можете найти на Kickstarter сегодня, и все это стоит менее $ 2000.

Моделирование наплавленного осаждения (FDM) по-прежнему рассматривается как переходная технология 3D-печати для обычного пользователя. Это дешево, расходные материалы легко найти, и есть гигантское онлайн-сообщество пользователей FDM, желающих помочь вам с любыми проблемами, с которыми вы сталкиваетесь. Но технология не стоит на месте. Когда-то рассматривавшийся как процесс 3D-печати для предприятий и промышленных пользователей, 3D-печать с использованием смолы, в которой жидкая смола отверждается в трехмерные формы мощным источником света, становится все более распространенной, и что более важно, более доступной.

Появление 3D-печати из смолы в качестве феномена потребительского уровня частично объясняется работой таких компаний, как Formlabs и XYZprinting, которые в последние годы выпустили высококачественные фотополимерные 3D-принтеры, чтобы конкурировать с такими известными брендами, как 3D Systems. Хотя эти новые принтеры вернут вам больше, чем, скажем, RepRap , они по-прежнему доступны для тех, кто серьезно относится к 3D-печати. К счастью для нас, следующее поколение 3D-принтеров может быть еще более доступным.

Для стартапов и независимых компаний Crowdfunding по-прежнему является основным средством получения нового 3D-принтера в руки клиентов. Formlabs сделал это, подняв почти $ 3 миллиона в поддержку для FORM 1, и теперь другие компании, занимающиеся 3D-печатью на основе смолы, надеются создать заслужить собственные имена и добиться успеха. Вполне возможно, что ни один из них не достигнет достижений Formlabs, но crowdfunding остается относительно безопасным методом распространения для компаний, а также хорошим способом для клиентов получить новый 3D-принтер.

В 2017 мир обязательно увидит ряд фотополимерных 3D-принтеров, доступных на платформах crowdfunding, таких как Kickstarter и Indiegogo, но вот три SLA / DLP 3D-принтеров, все стоят менее чем за $ 2000:

Компания: SH IP

Минимальная цена: 1,625 долларов США

Цель: 9 000 долл. США

Ультрафиолетовый DLP-принтер с УФ-светодиодом с объемом печати 198 x 120 x 150 мм, разрешением 2K и толщиной слоя 20-100 мкм. 3D-принтер больше, чем D2K Illuminate с прошлого года, и использует светодиодную лампу UV405nm для медицинской 3D-печати.

Гонконгская компания, стоящая за D2K Plus, ссылается на успешную кампанию Kickstarter в конце 2016 года в качестве причины, чтобы верить в новый трехмерный принтер и кампанию. Однако анонимный автор и ссылка на казалось бы несуществующий сайт вселяют меньше доверия.

Компания: MonoPrinter

Минимальная цена: $ 749 (без проектора)

Цель: 30 000 долл. США

Трехмерный бюджетный полимерный принтер, совместимый с существующими проекторами, такими как Optoma HD37 и E416. Обеспечивает разрешение в плоскости 24, 33 и 46 мкм, объем печати 96 х 56 х 130 мм и толщину слоя до 5 микрон.

Если у вас уже есть собственный проектор, Mono1 может быть доступным способом превратить его в полимерный 3D-принтер. На этом этапе трудно предсказать, достигнет ли проект своей цели.

3D-принтер для смолы №3: Moai

Компания: Peopoly
Минимальная цена: $ 900
Цель: 30 000 долл. США

3D-принтер SLA с 70-микронным лазерным пятном, печать G-кода и высокая совместимость с полимерами. Необычно для 3D-принтера SLA, Moai не окрашен в оранжевый цвет, в остальном 3D-принтер выглядит строго. Смола засвечивается с помощью Moai-лазера мощностью 150 мВт, который, может достичь невероятной резкости. См. .

Стоит ли покупать?
Crowdfunding — кропотливая работа, некоторые проекты выходят на первый план, некоторые вылетают и выгорают. В конце концов, 900 долларов за лазерный 3D-принтер с полимерным покрытием выглядят отличным соотношением цены и качества.

Технология DLP – высокий уровень печати

Для начала немного о самой

технологии DLP. Расшифровывает-
ся она как Digital Light Processing

(цифровая обработка света) и была
изобретена в далеком 1987 году, а
если точнее, то был изобретен чип,
сделавший это возможным. И даже
сейчас компания Texas Instruments
и изобретатель технологии Доктор
Лари Хорнбек (Dr. Larry Hornbeck)
владеют огромным количеством па-
тентов на технологию.
Собственно, что это за зверь
такой? DLP - просто один из самых
распространенных видов проекторов. С проекторами мы сталкиваемся множество раз в течение
жизни, начиная с похода в кино, заканчивая школьной презентацией. Но мы же не можем не экс-
перементировать, когда речь заходит о такой волшебной области, как 3D печать. Поэтому, хоть он
изначально и не был приспособлен для такой роли, он стал активно использоваться для отвержения
фотополимера и сейчас его можно встретить даже в принтерах компании 3D Systems, что подтвержда-
ет профессиональность его использования при всей неочевидности конструкции.
Что выделяет проекторную стереолитографию? Часто в качестве довода «в плюс» приводится ско-
рость печати: так как засветка слоя происходит целиком, то зачастую процесс несколько ускоряется.
Однако правило работает не всегда: скорость печати зависит от огромного количества факторов, так
что лучше ориентироваться на информацию, которую оставил производитель.

SLA

Метод стереолитографии (SLA) – это один из самых распространенных методов аддитивного производства 3D моделей. Принцип данного метода заключается в ультрафиолетовом излучении, которое, попадая на слой фотополимерной смолы, делает ее твердой. Данная технология нашла широкое применение среди профессионалов. Но до недавнего времени такие технологии мог себе позволить далеко не каждый, так как это довольно дорогостоящее удовольствие. Самое дорогое – это лазерные излучатели. Сейчас такой принтер можно купить по цене 170 000 рублей.

DLP как лучшая альтернатива SLA

Метод DLP – это альтернатива SLA. Вместо лазерных установок используются световые проекторы, которые стоят гораздо меньше, и, соответственно, снижается стоимость самого 3D принтера. В технологии SLA сканирование происходит с помощью одной или нескольких головок, принтеры 3D DLP в Челябинске проецирует изображение целого слоя до его полного затвердения. После того как слой затвердел, наносится следующий слой и так до самого конца, пока не будет готов объект. 3D принтеры в Челябинске, работающие по технологии DLP показывают высокие результаты точности и качества и ничуть не уступают оригинальной технологии стереолитографии.

Более того, принтеры DLP составляют большую конкуренцию принтерам SLA. Широко применение технологий DLP в стоматологии, машиностроении, ювелирной промышленности, дизайне и производстве сувениров.

Плюсы и минусы технологии DLP

3D принтеры по технологии DLP имеют ряд своих достоинств и недостатков. Какие плюсы DLP принтеров ?

• Высокое качество;
• Точность;
• Фотополимер – материал построения, имеет широкий диапазон механических характеристик, и может быть как твердым, так и мягким;

Минусы технологии :

• Высокая стоимость фотополимерной смолы;
• Более высокая точность может быть достигнута только за счет снижения скорости печати. Иными словами, чем точнее нужен объект, тем медленнее он будет воспроизводиться.

Тем не менее, несмотря на некоторые недоставки, такая технология очень хорошо заявила о себе и нашла широкое применение в среде профессионалов и 3 D прототипирования . Благодаря ей, можно воссоздавать самые сложные конструкции, самые мелкие детали. А смола, которая является основой, экологически чистая и достаточно прочная. Поэтому готовые изделия прослужат долгое время и будут максимально реалистичными.