光栅3D印刷的制作原理与未来发展

立体印刷技术专栏- 43 -2021.2日益攀升，追求更真实可感知的立体信息已经成为信息技术发展的下一个热点。

正如影片《阿凡达》，凭借先进的3D 显示技术，吸引大众的好奇心，完美收获25亿美元的票房，成为拥有全球最高电影票房历史纪录的影片，这掀起了3D 的热潮，使3D 印刷产品逐渐走进大众的视野。

一、立体印刷1.立体印刷概述立体印刷，往往是指立体的光栅印刷。

它通过将不同角度和不同层次的像素记录在感光材料上，根据双眼视差原理和光学折射原理，利用光栅板的折射分像作用使左右眼分别观察各自对应的图像，形成双眼视差，使印刷图像呈现生动形象的记忆立体感和景深感，达到栩栩如生的效果，为印刷工艺带来了一抹亮眼的色彩。

2.光栅印刷技术的优势（1）立体层次感。

在二维图像前增加立体光栅，则意味着在图像上增加多个视点，从而使图像立体感增强，进而提升图像的真实感与层次感。

（2）色彩饱和度。

通过光栅处理后，二维图像的色彩饱和度便会有质的飞跃，画面颜色较为鲜艳，给观察者一种通透清亮的视觉感。

（3）视觉清晰度。

二维图像，即使印刷精度不断提高，画面清晰度也无法满意呈现；经光栅处理后，图像视觉清晰度显著提升，画质感得到进一步突破。

二、聚焦3D 印刷1.柱镜光栅立体成像柱透镜光栅成像是根据透镜折射原理实现图像的立体再现。

柱透镜光栅是由许多结构相同的小半圆柱透镜组成的透明塑料板（片），对图像具有“缩放”和“分离”的作用。

每个柱透镜单元相当于汇聚透镜，起聚光成像的作用。

因此，可以将柱透镜光栅覆盖在合成图像上，利用在不同视点上获取的二维影像来重建原空间物体的三维模型，获得聚集准确而清晰的立体效果。

2.柱镜光栅立体成像原理成像原理如图1所示，据人眼视差原理，人的两眼间存在距离，通过人眼自身调整聚焦角度，光线交叉传播再经大脑融合就会产生3D 空间感，即视差，柱镜光栅的作用在于折射。

但是从柱透镜光栅的产品来看，它只有水平视差，而没有垂直视差，亦即观看者只能在水平方向上看到立体动态效果而在垂直方向上看不到效果，这是技术本身的缺陷。

光栅立体印刷的工艺原理及流程光栅立体印刷的原理基于光的干涉和衍射现象。

它利用激光或者强光源将待印刷的图像中的光信息分解成干涉的条纹，然后将这些条纹记录到光敏性材料上。

当光再次照射这个光敏材料时，条纹会衍射出光波，形成一个与原图像几乎相同的三维影像。

与传统印刷方式相比，光栅立体印刷能够提供更多细节和纹理，给人带来更加逼真和立体的感受。

1.图像准备：首先，需要将待印刷的图像准备好。

这包括使用计算机图像处理软件将图像转换为具有光栅特性的格式。

为了增强效果，还可以对图像进行调整和优化。

2.光栅制作：接下来，使用激光或者干涉仪器将图像中的光信息分解成干涉的条纹。

这些条纹是由相位和振幅信息构成的，会对应于图像中的不同部分。

这个过程需要激光束与参考光线干涉，来生成干涉条纹图案。

3.光敏感材料制备：将光栅制作好的图案记录到光敏感材料上。

光敏材料通常为光敏薄膜或者其他具有光反应性的物质。

这个过程可以使用激光束或者其他光源对光栅图案进行照射，将图案记录到材料上。

4.显影与加工：将光敏感材料进行显影和加工处理，去除未曝光或者未固化的部分。

这个过程可以使用化学试剂或者其他方式进行处理，以达到制作所需图像的要求。

5.转印：将光敏感材料上的图案转印到所需材料上。

这可以通过烫印或者其他方式进行。

最常见的应用是将光栅立体图案转印到纸张或者塑料薄膜上。

6.后续处理：根据需要，可以对印刷后的图案进行清洗、涂覆保护层或者其他后续处理。

这些步骤可以提高图案的耐久性和外观效果。

以上是光栅立体印刷的基本工艺原理和流程。

光栅立体印刷技术在防伪印刷、装饰印刷、艺术印刷等领域有广泛应用，并且随着技术的发展，其效果和应用范围还将不断扩大。

包装设计中的三维印刷技术与应用前景随着科技的不断发展和进步，包装设计行业也在不断创新与变革。

三维印刷技术作为其中的一种新兴技术，正在逐渐应用于包装设计领域，并展现出广阔的发展前景。

本文将从三维印刷技术的原理、应用领域以及市场前景等方面进行讨论。

一、三维印刷技术的原理三维印刷技术是利用特殊的打印设备和软件，通过叠加多层打印材料，使普通的二维图像具备立体的效果，达到视觉欺骗的效果。

它的原理主要包括材料选择、建模设计、层叠打印和后期处理等环节。

三维印刷技术能够精确控制每一层的材料成分和位置，以及其外观质感，从而实现真实的立体效果。

二、三维印刷技术在包装设计中的应用1. 提升产品包装的吸引力三维印刷技术能够展示出更加逼真的立体效果，为产品包装增添艺术感和科技感。

通过在包装上增加立体图形和纹理，使得产品更加吸引人的目光，增加消费者购买的欲望。

例如，在食品包装领域，添加立体印刷效果可以让食品更加美味诱人。

2. 提高品牌形象与效果三维印刷技术可以为品牌和企业带来独特的包装设计效果，使产品与众不同。

通过立体印刷技术，包装可以呈现出有质感的图案和文字，提升品牌形象和产品的档次感。

这在奢侈品、高端电子产品等领域尤为重要，帮助企业树立起高品质的形象。

3. 提升用户体验三维印刷技术可以为消费者带来全新的视觉体验。

当消费者拿起带有三维印刷包装设计的产品时，立体图案跃然纸上，给人一种身临其境的感觉，增强了用户的参与感和体验感。

这对于产品的销售和推广非常有利。

三、三维印刷技术在包装设计市场中的前景三维印刷技术作为一种创新的包装设计手段，将会在未来市场中发展壮大。

随着消费者对于个性化与定制化包装的需求不断提高，传统的二维印刷技术已经无法满足市场的需求。

而三维印刷技术具备独特的视觉效果和个性化的设计特点，能够满足消费者对于包装设计的多样化需求。

此外，随着科技的不断进步，三维印刷技术的成本也在逐步降低，这将进一步推动其在包装设计市场中的普及和应用。

光栅3D印刷的制作原理与未来发展根据柱透镜立体光栅成像原理利用光学方法制作的立体图片主要有如下特点:1.立体图片必须是对同一景物从不同视角所拍摄的一组图片组成。

由于光栅的单向立体特性，要求此组图片拍摄时的位!处于同一高度。

2.所合成的立体图片由平行于柱状光栅轴向的条纹组成.同一光栅栅距下等间距顺序排列一组图片中每张图片的相应位里信息。

如图!所示为由两幅图片合成的立体图片情况。

3.由于每张图片拍摄位置的原因.同一点在立体图片上相应有两个点，从而形成位置错动这正是立体感形成的原因所在。

光栅立体印刷面对的最大挑战是分色制版因为光栅的立体效果是通过将图像分离并重组到细小的光栅中得到。

关键是隔行扫描软件对图像进行处理，这类文件数据一般都比较大，要求计算机有足够的处理能力来处理扫描后的图像文件。

另外立体图像像素细腻的特点和柱镜光栅的放大作用，制版网线数器在120线/厘米以上。

由于立体图片影像是由一条条紧密排列的像素组成，经制版、印刷后还要复合柱镜板，所以在选择网线角度时除了要考虑网版之间不要形成龟纹外.还要注意各网屏角度与像素线、柱镜线形成的龟纹。

立体印刷中网线角度不宜选择。

因为横向的网线最明显，且。

’与像素线、柱镜线正交，干扰了图像的清晰度和深度感。

又因立体印刷使用的是极精细的300线网屏.在晒版时只藉晒到8.5成或9成点否则印刷时易糊版.这样就需加大暗调区域的色量以达到9-9.5成点的效果。

所以，立体印刷比平面四色印刷的彩色印墨实地密度要高。

光栅立体印刷要求非常精确，目前印刷工艺主要有两种方式，一种是在光栅材料上直接印刷，另一种是先在纸张上印刷再粘贴到光栅上或粘贴到塑料薄膜上再压出光栅。

光栅厚度在0.008-0.385英寸之间。

因此，如果印刷套印不准哪怕是极其微小的偏差，印出的产品都会变成废品很细小的差距都会影响整个版面的效果因此.光栅立体印刷对印刷设备的精度要求很高，套印误差应该小于0.0l mm。

如果是柱面光栅板与印刷品的贴合成型的印刷工艺.将图像和光栅板精确贴合到一起的过程就非常关键。

光栅分为3D立体光栅,光栅尺,安全光栅,复制光栅,全息光栅,反射光栅,透射(衍射)光栅.基本上都是由一系列等宽等间距的平行狭缝组成，在1毫米的长度上往往刻有N多条的刻痕。

刻痕处不透光，未刻处透光，我们称之为透射光栅，另一种光栅是反射光栅,有些需要进行特殊的镀膜处理,根据这种阴阳效果演变出更多的图形镜,图案镜等,简单原理就像是手电筒对着手指投影到对面墙壁,看到的图形.只是一个是微光一个是宏光制做.犹如在发丝上雕刻,工艺的难易不同. 最早的光栅是1821年由德国科学家J.夫琅和费用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成的。

因形如栅栏，故名为“光栅”。

现代光栅是用精密的刻划机在玻璃或金属片上刻划而成的。

光栅是光栅摄谱仪的核心组成部分，其种类很多。

按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅。

反射光栅使用较为广泛;按其形状又分为平面光栅和凹面光栅。

此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、炫耀光栅、阶梯光栅等。

(光栅尺)应用于: 数控加工中心，机床，磨床，铣床，自动卸货机，金属板压制和焊接机，机器人和自动化科技，生产过程测量机器，线性产品, 直线马达, 直线导轨定位。

(立体光栅)应用于:印刷,展示,立体相片,具有立体效果,通过角度或摆产生幻变,动画,缩放使图像列漂亮,已成为办公文具,家居装饰用户首选产品.(全息光栅)应用于:商标防伪,印刷,光学仪器,激光演示等.(反射光栅)应用于:大同小异,光学仪器等(透射光栅)应用于:光学仪器,激光演示,激光玩具…等产品.随着光栅刻划技术和复制技术进一步的提高，光栅已走出实验室,从工业到民用及玩具礼品都有光栅的影子,可能光栅进行控制电源开关,可以用光栅出来了的光点做防盗安全网(物体一碰到光线,马上报警),可以做十字架瞄准用,可以做水平线用,还可以做激光图形镜,要想做什么图形就做什么图形.单片使用,有双片自转使用,有十几片旋转使用.只要合适的光源,光栅就会让光源变得更改多样和丰富.满足大家的爱好和需求.任何一种具有空间周期性的衍射的光学元件都可以称为光栅，如果在一块镀铝的光学玻璃毛胚上刻划一系列等宽，等距而平行的狭缝就是透射光栅。

3D打印中的光栅结构设计与优化方法3D打印技术在各个领域发展迅猛，成为一种快速、灵活的生产方式。

而光栅结构设计与优化方法在3D打印中具有重要意义，可以提高组件的强度、减少材料消耗、增加通气性等。

本文将介绍光栅结构的概念、设计原则以及优化方法。

光栅结构是一种具有重复排列的几何结构，类似于蜂窝结构。

它具有高强度、轻量化和良好的通气性等优点。

在3D打印中，采用光栅结构可以降低零部件的重量，提高材料利用率，减少打印时间，同时也能够增加零部件的刚性和强度。

在设计光栅结构时，有几个基本原则需要注意。

首先，光栅结构的尺寸应该适当，既要考虑到所需性能，又要保证打印的可行性。

如果光栅结构的尺寸过小，可能会导致打印困难，甚至打印失败。

其次，光栅的形状应该均匀分布，并且具有良好的连通性。

这样可以提高材料的承载能力和强度。

最后，光栅结构应该考虑到材料的特性，例如热膨胀系数等。

这样可以避免由于温度变化引起的应力集中。

一种常见的光栅结构设计方法是方形光栅结构。

这种结构具有简单的几何形状和均匀的分布，容易实现和优化。

而优化方法可以通过调整光栅结构的参数来实现。

例如，改变方形光栅结构的单元尺寸、层数、填充密度等参数，可以对材料的使用量、强度和通气性进行优化。

此外，还可以使用拓扑优化方法来实现结构的优化。

拓扑优化是一种利用数学方法确定结构的最优形状与分布的方法，能够在保证结构强度的前提下，最大限度地减少材料的使用量。

除了方形光栅结构，还有其他形状的光栅结构可以被设计和优化。

例如，六边形光栅结构、三角形光栅结构等。

这些结构不仅可以提供与方形光栅类似的优点，还可以根据特定的应用需求进行进一步的优化。

例如，六边形光栅结构可以提供更高的刚度和强度，而三角形光栅结构可以提供更好的通风效果。

在实际应用中，光栅结构的设计与优化方法需要结合具体的打印设备、材料和应用场景进行。

不同的打印设备有不同的精度和制造能力，不同的材料有不同的物理和力学性质，不同的应用场景对性能的要求也不同。

3d印刷原理3D打印的原理是一种快速制造技术，它利用计算机辅助设计(CAD) 软件将数字模型转化为可打印的三维物体。

该过程通常涉及将设计文件切分成薄片或图层，并逐层建立物体。

打印材料，通常是塑料或金属，被加热至可塑性状态，然后通过喷头（挤出器，喷嘴）或激光束被逐层层叠在一起，形成一个完整的三维物体。

具体地说，常见的3D打印技术包括：挤出成型、聚合粉末烧结、光固化和多材料打印等。

1. 挤出成型（FDM）：这是最常见的3D打印技术之一。

它使用一个挤出喷嘴，将预先加热的塑料线材（或其他可塑性材料）从一个卷轴上逐层挤出，添加到构建平台上。

喷嘴通过控制挤压材料的流动来绘制物体的剖面。

完成一层后，构建平台会向下移动一小段距离，继续打印下一层。

该过程循环进行，将所有层次一一叠加形成完整的对象。

2. 聚合粉末烧结（SLS）：这种技术使用一种激光束来熔化金属或塑料粉末。

激光通过扫描并熔融粉末的表面，将其固化在所需形状的层上。

完成一层后，工作台降低一段距离，以便覆盖一层新的粉末。

然后，激光继续扫描和熔融新一层的粉末，并与之前的层进行熔合。

重复此过程直到打印完成。

未被熔化的粉末可用于支撑打印对象构建，在完成后可以轻松去除。

3. 光固化（SLA）：在这种技术中，液态树脂会通过光固化进行固化。

液态树脂位于一个容器中，而一个紫外线激光通过照射的方式，逐层照亮液体，使其发生固化反应。

光学镜头会准确地将激光束聚焦在液体表面上，并控制光束在每个层次上的位置，直到形成完整的物体。

4. 多材料打印：这种技术允许同时使用不同的打印材料。

通过使用多个挤出喷嘴或激光束，可以打印出具有不同颜色、硬度或特性的物体。

这种技术扩展了3D打印的应用范围，使得更加复杂和功能性的物体成为可能。

总而言之，无论采用哪种具体的3D打印技术，其基本原理都是通过将物体逐层构建起来，为数字模型提供物质形式。

这种先进的制造方法正在迅速发展，并在各个领域中发挥着重要作用。