快速成形技术(Rapid Prototyping,简称RP)是一种基于离散/堆积原理的先进制造技术,该技术能快速将零件的CAD模型转换为实体原型,是产品研发阶段必不可少的重要技术。当前,低成本、桌面化快速成形系统已成为国内外快速成形领域的研究热点。所谓低成本,就是保证成形质量的前提下,将系统的硬件成本、软件开发成本降到最低;所谓桌面化,就是要求系统适合于家庭、办公应用,具有体积小、重量轻、速度快、噪音小等特点。作者在研究了多种快速成形系统的工艺特点之后,结合自身的设计经验和技术优势,选择面曝光快速成形工艺(Mask Projection Stereolithography,简称MPSLA)作为低成本桌面快速成形系统的成形工艺,结合桌面化快速成形系统的特点,以模块化设计思想完成了低成本桌面化面曝光快速成形系统的总体方案设计、结构布局设计和零部件设计。为了简化面曝光快速成形机的控制系统,降低面曝光快速成形机的成本,本文提出了一种基于开源硬件Raspberry Pi(树莓派)卡片电脑的面曝光快速成形机控制系统。该系统以Raspberry Pi为控制核心,以Linux为操作系统,通过Python编程控制,实现了对面曝光快速成形机的掩模图形投影控制和工作台运动控制;利用接入以太网的Raspberry Pi,实现了对面曝光快速成形机的远程登录、文件传输以及实时监控等。该控制系统大大减小了面曝光快速成形机的占用空间,降低了面曝光快速成形机的成本,且具备远程操作功能,有利于面曝光快速成形机进入大众市场。为了提高低成本桌面化面曝光快速成形系统的制作分辨率,制作出具有细微结构特征的小尺寸零件,本文提出了一种基于灰度变换处理的掩模图形优化方法。本文通过研究光照强度分布影响细微结构制作的机理,建立了掩模图形优化模型,采用几何启发式算法,在VC++6.0环境下进行位图灰度变换处理,改变了曝光平面的光照强度分布。通过试验得到掩模图形优化后制作的零件,其轮廓更加清晰、光滑,表明了该低成本桌面面曝光快速成形系统具备较高的制作分辨率。