提高分辨率的3D打印方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种提高分辨率的3D打印方法和设备。该方法包括以下步骤：依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种3D打印方法，尤其涉及一种提高分辨率的3D打印方法和设备。
技术介绍
3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。目前3D打印技术的成型方式仍在不断演变，所使用的材料也多种多样。在各种成型方式中，光固化法是较为成熟的方式。光固化法是利用光敏树脂被紫外激光照射后发生固化的原理，进行材料累加成型，具有成型精度高、表面光洁度好、材料利用率高等特点。为了制作更为精细的产品，需要3D打印设备的分辨率持续提高。3D打印设备的分辨率由图像曝光系统决定。图像曝光系统的分辨率往往取决于系统硬件上的分辨率。以使用数字光处理(DigitalLightProcession,DLP)投影技术的图像曝光系统来说，它是使用数字微镜元件(DigitalMicromirrorDevice,DMD)控制对光的反射来实现的。数字微镜元件可视为一镜面。这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。每一个微镜代表一个像素，图像就由这些像素所构成。每一个微镜可独立受控以决定是否反射光线到投影镜头。最终，整面镜子反射出所需的光束图像。DLP投影技术的分辨率基本上由DMD芯片分辨率决定，无法有效提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种提高分辨率的3D打印方法和设备。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种提高分辨率的3D打印方法，包括以下步骤：依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n。在本专利技术的一实施例中，依序提供多个第一光束子图像的步骤包括：经过严格设计的光源发射的光束透过一聚焦阵列进行聚焦，以分别形成该第一光束子图像，光点被聚焦到原尺寸的1/m。在本专利技术的一实施例中，依序提供多个第一光束子图像的步骤包括：使用一空间光调制器接收一光束，并在该空间光调制器的各个像素元件上聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供各该第一光束子图像，其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。在本专利技术的一实施例中，该多个第一光束子图像的数量为n2。在本专利技术的一实施例中，m为2-4之间的正整数。在本专利技术的一实施例中，n为3-6之间的正整数。本专利技术提出一种提高分辨率的3D打印设备，包括：图像源，依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多像素点和多非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；偏移机构，依次透过各第一光束子图像，并将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n；控制器，命令该图像源按照预定的时序提供该多个第一光束子图像，且针对各第一光束子图像，命令该偏移机构按照对应的水平偏移值和垂直偏移值进行偏移后投影到该光敏材料表面，组成完整的曝光图像。在本专利技术的一实施例中，该图像源包括：光源，出射一光束；液晶装置，接收该光束；聚焦阵列，对光束进行聚焦，以分别形成该多个第一光束子图像。在本专利技术的一实施例中，该图像源包括：空间光调制器，接收一光束，并在其各个像素元件上聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供该多个第一光束子图像，其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。在本专利技术的一实施例中，该多个第一光束子图像的数量为n2。在本专利技术的一实施例中，m为2-4之间的正整数。在本专利技术的一实施例中，n为3-6之间的正整数。在本专利技术的一实施例中，该液晶装置包括：液晶面板，位于该光源的出光光路上，该液晶面板具有第一分辨率；第一偏振光滤光器，设置于该液晶面板的入光侧；第二偏振光滤光器，设置于该液晶面板的出光侧，该第一偏振光滤光器和该第二偏振光滤光器配合该液晶面板遮挡该光束的一部分，以形成该第一光束子图像；该聚焦阵列设置于该液晶面板的入光侧，该聚焦阵列包含多个聚焦透镜，每一聚焦透镜对应该液晶面板的每一像素，每一聚焦透镜能够会聚照射到其上的光束，使该光束尽可能多的透过该像素的透光区域，并在该液晶面板的出光侧成像，且像的尺寸小于对应像素的透光区域的尺寸。在本专利技术的一实施例中，该空间光调制器具有多个微镜，每一微镜对应一像素，用于根据控制信号调节照射到其上的光的反射方向，该反射方向包括该预定方向和另一方向，其中每一微镜为凹面镜，将照射到其上的光会聚成尺寸小于该微镜所对应的像素尺寸的微光斑。在本专利技术的一实施例中，设该光源与该聚焦透镜的距离为L1，该聚焦透镜到成像面的距离是L2，该聚焦透镜的前焦距和后焦距分别为f和f’，该光源的尺寸为A，该像的尺寸为d，则满足以下条件：f’/L2+f/L1＝1；L1/L2＝A/d。在本专利技术的一实施例中，假设各微镜的焦距为f，微镜所对应的像素尺寸为p，入射到各微镜的光束的半夹角为β，微光斑的像高为a，出射光最大半角为W，则满足：tan(β)＝(a/2)/f；tan(w)＝((a+p)/2)/f；Fno＝1/(2tan(w))。在本专利技术的一实施例中，该偏移机构包括：偏转镜片，布置在该图像源的出光侧，该偏转镜片能够围绕垂直于该图像源的光轴的至少一转轴偏转，以微调该第二光束子图像投影到该光敏材料表面的位置。在本专利技术的一实施例中，该偏移机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高分辨率的3D打印方法，包括以下步骤：依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔m‑1个非像素点，m为大于1的正整数；使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n‑1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n。

【技术特征摘要】
1.一种提高分辨率的3D打印方法，包括以下步骤：
依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各
第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔
m-1个非像素点，m为大于1的正整数；
使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应
的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该
水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，
n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸
的m/n。
2.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，依序提供
多个第一光束子图像的步骤包括：
经过严格设计的光源发射的光束透过一聚焦阵列进行聚焦，以分别形成该
第一光束子图像，光点被聚焦到原尺寸的1/m。
3.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，依序提供
多个第一光束子图像的步骤包括：
使用一空间光调制器接收一光束，并在该空间光调制器的各个像素元件上
聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供各该第一光束子图像，
其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。
4.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，该多个第
一光束子图像的数量为n2。
5.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，m为2-4
之间的正整数。
6.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，n为3-6
之间的正整数。
7.一种提高分辨率的3D打印设备，包括：
图像源，依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨
率，且各第一光束子图像包含多像素点和多非像素点，各个相邻像素点之间相

\t隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；
偏移机构，依次透过各第一光束子图像，并将各第一光束子图像按照对应
的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该
水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，
n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸
的m/n；
控制器，命令该图像源按照预定的时序提供该多个第一光束子图像，且针
对各第一光束子图像，命令该偏移机构按照对应的水平偏移值和垂直偏移值进
行偏移后投影到该光敏材料表面，组成完整的曝光图像。
8.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该图像源
包括：
光源，出射一光束；
液晶装置，接收该光束；
聚焦阵列，对光束进行聚焦，以分别形成该多个第一光束子图像。
9.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该图像源
包括：
空间光调制器，接收一光束，并在其各个像素元件上聚焦光束且选择性地
反射光束，从而在预定方向上提供该多个第一光束子图像，其中各个像素元件
将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。
10.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该多个第<...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯锋，
申请(专利权)人：上海普利生机电科技有限公司，上海普利生信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31