面投影光固化3D打印技术凭借其成型精度高、速度快、成本低等优点,展现出巨大的应用前景。它的成型原理为通过光源将动态掩膜图案投影在液态光敏树脂表面,引发液态光敏树脂的特定区域发生聚合反应而固化,一次性完成单层切片图案的打印,再通过层层累积以完成三维结构的制造。然而,如何进一步提高基于面投影光固化3D打印技术的成型精度,仍然是亟待解决的难题。本文旨在设计用于制造较高成型精度微结构的面投影光固化3D打印系统,最终达到成型精度优于10μm的性能指标。本文选择DMD作为面投影光固化3D打印技术的掩膜发生器。通过对其成型精度的影响因素分析可知,它的成型精度与成像系统的分辨率、液态树脂表面能量分布的均匀性、树脂特性和Z轴位移平台运动精度有关。因此,本文采用理论分析、仿真模拟与实验研究相结合的方法,对照明系统、成像系统和机械系统这三个子系统进行独立设计,最终通过实验对所设计的3D打印系统的成型能力进行验证,具体的研究内容如下:完成了DMD表面较高光照均匀度的照明系统设计。根据LED光源的特性,提出了照明系统的整体设计方案,完成了组成照明系统的准直透镜、微透镜阵列和TIR棱镜的结构设计,并借助Trace Pro软件进行仿真分析,验证其结构设计的合理性。最后,对照明系统的整体结构进行仿真,结果表明,DMD目标区域内光照度的均匀度为89.68%,光学效率为53.28%。因此,固化层厚度的均匀度接近90%,从而保证固化厚度接近一致,提高3D打印系统的固化厚度精度。完成了高分辨率的成像系统设计。首先,根据投影物镜的成像质量要求,确定了投影物镜的主要设计参数。随后,采用分组设计法得到了双远心物镜的初始结构。其次,借助Zemax光学软件,调整透镜组的内部结构参数以对广义像差进行优化。再次,通过MTF值、点列图等方法对优化后的物镜进行综合像质评价,对结果进行分析后可以得出结论:所设计的物镜在焦深5μm的范围内的分辨率优于1μm,成像质量良好。最后,对所设计的镜头分配合适的公差,并采用蒙特卡洛方法模拟加工装配过程,结果表明,超过80%的镜头,在全视场处的MTF值略小于0.4,能满足预期的像质要求。完成了机械系统的设计与整体实验平台的搭建。开展了水平方向成型精度实验,确定了其成型精度为6μm,满足技术指标要求。进行了具有复杂结构的微尺度模型打印实验,进一步验证了所设计的3D打印系统的成型能力。