LCD光固化樹脂3D打印可大幅提高精度，雙面結構準直薄膜

2026年5月1日，南極熊獲悉，中國臺灣省科技大學研究團隊開發出一種雙面結構準直薄膜（DSSCF），能夠顯著提升基于LCD的樹脂3D打印機的光質量。這項技術有望使醫療、工業和消費應用領域的預算型系統也能達到專業級的打印精度。

△DSSCF消除了大角度漏光（上圖），與標準擴散模塊（下圖）相比，實現了緊湊的光束準直

液晶樹脂3D打印（光固化成型）的原理是將短波長光投射到液態光敏樹脂上，逐層固化。許多價格適中的系統依賴LCD背光模組，但背光系統光線角度分布不當，會導致零件表面粗糙或尺寸誤差。

臺灣科技大學研究團隊負責人Ding-Zheng Lin表示：“基于液晶顯示屏的液態3D打印由于背光系統光線角度分布不當，存在表面粗糙或尺寸誤差等問題。我們的目標是在不增加設備尺寸的前提下解決這些問題，從而將打印性能提升至專業級水平。”

△這項成果已發表于《Optical Materials Express》，研究題目為“用于高對比度液晶顯示器和3D打印的直下式背光雙面結構準直膜（DSSCF）”（傳送門）

雙面微結構實現光學校正

該研究介紹的雙面結構準直薄膜，可集成到LCD背光模塊中。研究團隊利用光學模擬軟件計算出微陣列透鏡和梯形微結構的最佳幾何參數，這些微陣列能夠同時操控薄膜兩側的光線，在極其緊湊的空間內實現有效的光學校正。

背光穿過薄膜時，散射光線發生折射和重新排列，最終均勻投射到整個打印區域。任何超出逃逸角的光線都會被重新反射回高反射模塊，而不是被浪費掉。

Ding-Zheng Lin表示：“與現有技術（例如笨重的透鏡組件或老式的單面結構薄膜）相比，雙面薄膜更薄，同時精度更高，成本效益也更好。這使得微小細節能夠被精確復制，同時節省3D打印機內部空間，非常適合大規模生產和集成到消費級設備中。”

△DSSCF在RTR0.39-HCA54deg-AR0.01-MSA16deg-HRP0.143參數下的實驗與模擬光分布曲線對比

強度均勻性超81%，光束準直性顯著改善

為評估薄膜性能，研究團隊圍繞角度相關光度計構建了一套定制測量系統，能夠同時捕捉光束發散角和光強分布。結果證實，準直性得到顯著改善，同時光分布高度均勻。

研究人員將兩層雙面薄膜與擴散器組合，組裝成完整的背光模塊原型。該模塊強度均勻性超過81%，第一峰值半峰全寬小于10度，這意味著光輸出具有相對的方向性而非廣泛散射，正是實現精準樹脂固化所需的條件。

下一步研究包括減少能量損失以提高整體光利用效率，以及在多個波長下測試薄膜，確保與目前市場上不同3D打印樹脂具有廣泛的兼容性。

△(a) DSSCF的制備流程，以及梯形微結構的光學顯微鏡圖像：(b)無針孔、(c)有針孔。(d) DSSCF測試樣品的光分布曲線測量裝置

低成本路徑彌補LCD與專業級打印差距

臺灣科技大學的研究針對樹脂3D打印市場中長期存在的矛盾：價格適中的LCD打印系統與醫療、牙科和工業應用的精度要求之間存在差距。

多年來，業界一直在硬件方面努力解決這個問題。Formlabs的Form 4通過在LFD打印引擎中集成60個LED和準直透鏡，實現了超高功率光的均勻區域投影。奧地利In-Vision公司采用模塊化設計，專門為工業DLP打印機OEM廠商打造專用的紫外光源引擎（如Phoenix），以解決光強度和透光率問題。兩種方法都有效，但都面向高端市場，需要購買整套系統或進行OEM級別的集成。

中國臺灣省科技大學的方法獨樹一幟，在光源層面進行校正，在光線到達樹脂之前就修正了角度分布。如果大規模驗證成功，該方法可以與現有的硬件技術相輔相成，使精度不再依賴于昂貴的屏幕升級，而是可以通過一種易于制造的薄膜來實現，這種薄膜可以嵌入到現有系統中。

參考論文https://opg.optica.org/captcha/(S(fthv1sjn5cqh2uvsdm2eicnh))/?guid=69DB4CF1-D61C-468D-856B-1D430A6E3F47&uri=ome-16-5-1427

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