Expanding printing area of projection-based 3D printer by optical expansion

Aiming to enhance large-area additive manufacturing through Digital Light Processing (DLP) technology. We introduce the Second Version of SUP3R system -Stands for “Scale-Up Projection-based 3D printer”- project at SKKU LEE Lab. This project builds upon the foundation laid by its predecessor. By integrating an infinity-corrected optical system, inspired by microscopy, it achieves a two-dimensional expansion of the print area while preserving high resolution. This addresses the limitations of traditional 3D printing systems and focuses on overcoming the scalability challenges encountered in the previous version. This thesis details the integration of innovative features in the updated 3D Printer, focusing on the expansion of UV patterns using a single projector. The research involved a combination of detailed refinement in both the fine-tuning of projection parameters and the innovative design of printer parts like the resin vat, mechanical shutter, and data acquisition tools. Initially, the project set out to expand the printing area, achieve mass production, and enable mass customization. However, challenges in expanding the printing area redirected the focus towards refining mass production and customization capabilities. Experimental results demonstrated the system's ability to produce high-quality prints with enhanced dimensional accuracy, supporting reliable mass production. Through a series of experiments, including Modulation Transfer Function (MTF) analysis and dimensional inspection, the system’s performance was validated, demonstrating effective solutions for achieving uniform light distribution and precise print dimensions across multiple outputs. The successful implementation of these new features marks a significant step forward in large-area additive manufacturing, offering a scalable and efficient solution for high-resolution DLP 3D printing. This research highlights the potential of the updated 3D Printer to revolutionize the industry, providing a robust platform for future innovations.

Con l'obiettivo di migliorare la produzione additiva su larga scala attraverso la tecnologia di Digital Light Processing (DLP), presentiamo la Seconda Versione del sistema SUP3R - acronimo di "Scale-Up Projection-based 3D printer" - progetto presso il laboratorio LEE della SKKU. Questo progetto si basa sulle fondamenta stabilite dal suo predecessore. Integrando un sistema ottico corretto all'infinito, ispirato alla microscopia, raggiunge un'espansione bidimensionale dell'area di stampa pur mantenendo un'alta risoluzione. Questo affronta i limiti dei sistemi di stampa 3D tradizionali e si concentra sul superamento delle sfide di scalabilità riscontrate nella versione precedente. Questa tesi dettaglia l'integrazione di caratteristiche innovative nella stampante 3D aggiornata, concentrandosi sull'espansione dei modelli UV utilizzando un singolo proiettore. La ricerca ha coinvolto una combinazione di raffinamento dettagliato sia nella regolazione fine dei parametri di proiezione sia nella progettazione innovativa di parti della stampante come il bacino di resina, l'otturatore meccanico e gli strumenti di acquisizione dei dati. Inizialmente, il progetto si prefiggeva di espandere l'area di stampa, raggiungere la produzione di massa e abilitare la personalizzazione di massa. Tuttavia, le sfide nell'ampliare l'area di stampa hanno reindirizzato l'attenzione verso il perfezionamento delle capacità di produzione di massa e di personalizzazione. I risultati sperimentali hanno dimostrato la capacità del sistema di produrre stampe di alta qualità con un'accuratezza dimensionale migliorata, supportando una produzione di massa affidabile. Attraverso una serie di esperimenti, inclusa l'analisi della Funzione di Trasferimento della Modulazione (MTF) e l'ispezione dimensionale, le prestazioni del sistema sono state validate, dimostrando soluzioni efficaci per ottenere una distribuzione uniforme della luce e dimensioni di stampa precise su più uscite. L'implementazione riuscita di queste nuove caratteristiche segna un significativo passo avanti nella produzione additiva su larga scala, offrendo una soluzione scalabile ed efficiente per la stampa 3D DLP ad alta risoluzione. Questa ricerca evidenzia il potenziale della stampante 3D aggiornata di rivoluzionare l'industria, fornendo una piattaforma robusta per future innovazioni.