一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法，S1，对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片；S2，将待处理图片分割为若干个测试区域；S3，对每个测试区域进行位图灰度变换；S4，获得测试块；S5，对各测试块进行二次固化；S6，获得各测试块的尺寸误差；S7，获得各测试块的最优尺寸误差；S8，获得与最优尺寸误差对应的灰度补偿值Q；S9，获得测试块最优尺寸误差对应的实际功率W，S10，获得最优尺寸误差对应的实际固化激光能E；S11，获得最优尺寸误差所需要的单层曝光时间。本发明专利技术避免了大量重复实验确定单层曝光时间的盲目性和不确定性，避免了重复实验对贵重材料的浪费；采用Dino‑Lite显微镜测量DLP测试块的尺寸偏差，较传统的打印精度评价方法更具科学性和准确性。

A Fast Method for Determining Exposure Time Parameters of DLP Photosensitive Resin in 3D Printing

【技术实现步骤摘要】
一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法
本专利技术属于增材制造光固化快速成型
，特别是一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法。
技术介绍
DLP光敏树脂3D打印为光固化快速成型技术的一种，其打印原理是以通过掩膜曝光或紫外光扫描，使液态的光敏树脂发生聚合反应,产生固化层；然后升降平台移动一个切片层厚的距离，固化下一层，重复上述步骤直至整个模型固化完成。DLP光敏树脂3D打印以成本低廉、成型速度快、打印精度高等特点，广泛应用在生物医疗、精密铸造、以及航空制造业的单件小批量生产或快速原型制造等领域。在DLP成型中，工艺参数(包括温度、基板成型时间、光照均匀度、单层固化深度、单层曝光时间等)对打印精度有重要的影响。现有的研究表明：温度过高或过低都会对打印精度造成影响，一般设置为材料的固化温度和室温之间；基板成型时间的设置主要目的是使树脂材料与成型基板发生粘黏，使后期的打印过程不会发生脱落，对成型件的精度没有直接影响；单层固化深度对打印精度的影响主要体现在光机的投影像的分辨率上，深度设置越小，打印精度越高，一般设置为DMD芯片最高投影精度下的最小厚度为0.02mm。对于单层曝光时间参数，对于同一款光敏树脂材料在不同的打印设备和打印环境下，单层曝光时间的大小往往有较大的差异。对于传统的方法确定单层曝光时间需要进行多次打印实验，且光敏树脂材料一般比较昂贵，在进行多次实验时不仅浪费材料，且费时耗力。
技术实现思路
本专利技术要解决的是传统方法确定DLP光敏树脂3D打印单层曝光时间确定的盲目性及不确定性，从而提供一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法，为光固化快速成型中工艺参数的制定提供了依据和参考，有助于推进我国增材制造技术的发展。本专利技术所采用的技术方案为：一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法，步骤如下：S1，对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片。采用CreationWorkshop软件对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片。S2，将待处理图片分割为若干个测试区域；根据像素将待处理图片分割为若干个测试区域，根据实际测试需要进行划分，本专利技术划分为16个。S3，对每个测试区域进行位图灰度变换，使每个测试区域的光强不相同且成梯度变换。采用MATLAB通过改变每个测试区域的灰度值，进而改变每个测试区域的光强大小；设待处理图片有w×h个像素，对每个像素定义一个灰度值Hij，灰度值范围为[0,255]，进而，在MATLAB中，通过改变灰度值矩阵H可调节曝光平面内不同区域内的光强。为实现一次实验打印不同光强下的试样，本专利技术在一个待处理图片中分割成16个试样投影区域，通过Matlab编程分别改变每个区域的灰度值如下表所示，进而改变每个试样的光强大小，此次梯度为15。2552402252101951801651501351201059075604530S4，获得测试块；使用3D打印设备一次打印获得各测试区域对应的测试块，各测试块仅灰度不同；一次打印16个测试块，节省时间。S5，对各测试块进行二次固化；由于打印出的测试块的表面仍残留有少量的未固化完全的液态光敏树脂材料，所首先需要对打出的测试块用无水乙醇擦拭干净，然后将测试块放入紫外光固化箱中进行二次固化，以得到更加质硬的测试块。S6，用Dino-Lite显微镜测量获得各测试块的尺寸误差。用Dino-Lite显微镜分别测量各测试块在X方向和Y方向上的尺寸大小，为减小测量误差，分别对X方向和Y方向进行3次测量取其平均值。S6.1，获得各测试块在x方向上的尺寸误差δx：式中，n为相同参数下打印测试块的次数；li为第i次打印的测试块在x方向上的长度，l0为标准样块在x方向上的长度，为8mm；S6.2，获得各测试块在y方向上的尺寸误差δy：式中，n为相同参数下打印测试块的次数；bi为第i次打印的测试块在y方向上的长度，b0为标准样块在y方向上的长度，为8mm。S7，获得各测试块的最优尺寸误差。S7.1，通过步骤S6，得到各测试块中最小尺寸误差。S7.2，将获得的最小尺寸误差与标准误差ε进行比较，若得到的最小尺寸误差小于等于标准误差ε，则当前最小尺寸误差为最优尺寸误差；否则，构造以当前最小尺寸误差对应的灰度补偿值为中心的灰度范围，并改变灰度梯度重复步骤S3-S6，直至得到最优尺寸误差。S8，获得与最优尺寸误差对应的灰度补偿值Q；S9，根据步骤S8，获得测试块最优尺寸误差对应的实际功率W；式中，Q为测试块二次固化后在X、Y方向上尺寸误差最优时所对应的灰度补偿值；Qmax为最大的灰度补偿值；W1为光机最大固化功率。S10，获得最优尺寸误差对应的实际固化激光能E；E＝Wt1式中，t1为初次设置的单层曝光时间，以确保光敏树脂固化成型；W为最优尺寸误差对应的实际功率；S11，获得最优尺寸误差所需要的单层曝光时间：式中，E为最优尺寸误差对应的实际固化激光能；W1为光机的最大固化功率。本专利技术避免了大量重复实验确定单层曝光时间的盲目性和不确定性，避免了重复实验对贵重材料的浪费；采用Dino-Lite显微镜测量DLP测试块的尺寸偏差，较传统的打印精度评价方法更具科学性和准确性；本专利技术的研究成果对DLP光敏树脂3D打印设备的研发及工艺参数的制定提供了依据和参考，有助于推进我国智能制造技术的发展。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为通过在DLP控制器中添加灰度补偿值，将投影区域划分为16等份的示意图。图2为传统的实验方法确定打印精度最高时的单层曝光时间图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法，步骤如下：S1，对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片。采用CreationWorkshop软件对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片。S2，将待处理图片分割为若干个测试区域，如图1所示；根据像素将待处理图片分割为若干个测试区域，根据实际测试需要进行划分，本专利技术划分为16个。S3，对每个测试区域进行位图灰度变换，使每个测试区域的光强不相同且成梯度变换。采用MATLAB通过改变每个测试区域的灰度值，进而改变每个测试区域的光强大小；设待处理图片有w×h个像素，对每个像素定义一个灰度值Hij，灰度值范围为[0,255]，进而，在MATLAB中，通过改变灰度值矩阵H可调节曝光平面内不同区域内的光强。为实现一次实验打印不同光强下的试样，本专利技术在一个待处理图片中分割成16个试样投影区域，通过Matlab编程分别改变每个区域的灰度值如下表所示，进而改变每个试样的光强大小，梯度为15。2552402252101951801651501351201059本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法，其特征在于，步骤如下：S1，对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片；采用CreationWorkshop软件对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片；S2，将待处理图片分割为若干个测试区域；根据像素将待处理图片分割为若干个测试区域；S3，对每个测试区域进行位图灰度变换，使每个测试区域的光强不相同且成梯度变换；采用MATLAB通过改变每个测试区域的灰度值，进而改变每个测试区域的光强大小；S4，获得测试块；使用3D打印设备一次打印获得各测试区域对应的测试块，各测试块仅灰度不同；S5，对各测试块进行二次固化；首先对打出的测试块用无水乙醇擦拭干净，然后将测试块放入紫外光固化箱中进行二次固化；S6，用Dino‑Lite显微镜测量获得各测试块的尺寸误差；S7，获得各测试块的最优尺寸误差；S8，获得与最优尺寸误差对应的灰度补偿值Q；S9，根据步骤S8，获得测试块最优尺寸误差对应的实际功率W；

【技术特征摘要】
1.一种快速确定DLP光敏树脂3D打印曝光时间参数的方法，其特征在于，步骤如下：S1，对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片；采用CreationWorkshop软件对三维实体模型进行切片处理，得到待处理图片；S2，将待处理图片分割为若干个测试区域；根据像素将待处理图片分割为若干个测试区域；S3，对每个测试区域进行位图灰度变换，使每个测试区域的光强不相同且成梯度变换；采用MATLAB通过改变每个测试区域的灰度值，进而改变每个测试区域的光强大小；S4，获得测试块；使用3D打印设备一次打印获得各测试区域对应的测试块，各测试块仅灰度不同；S5，对各测试块进行二次固化；首先对打出的测试块用无水乙醇擦拭干净，然后将测试块放入紫外光固化箱中进行二次固化；S6，用Dino-Lite显微镜测量获得各测试块的尺寸误差；S7，获得各测试块的最优尺寸误差；S8，获得与最优尺寸误差对应的灰度补偿值Q；S9，根据步骤S8，获得测试块最优尺寸误差对应的实际功率W；式中，Q为测试块二次固化后在X、Y方向上尺寸误差最优时所对应的灰度补偿值；Qmax为最大的灰度补偿值；W1为光机最大固化功率；S10，获得最优尺寸误差对应的实际固化激光能E；E＝Wt1式中，t...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小锋，齐剑峰，施兰枚，黄鑫祥，杨旭，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41