光固化型三维打印方法技术

本发明专利技术涉及一种光固化型三维打印方法和设备。该方法包括以下步骤：获得打印对象的三维数据模型；将该三维数据模型划分为多层；将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案；通过第一次曝光步骤曝光该第一图案；以及通过第二次曝光步骤曝光该第二图案。

A three dimensional printing method for light curing

【技术实现步骤摘要】
光固化型三维打印方法
本专利技术涉及光固化型三维打印方法和设备，尤其是涉及光固化型三维打印设备的图像曝光系统。
技术介绍
三维打印技术，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，三维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各种形状复杂的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。目前三维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。光固化法是利用光固化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。图1示出光固化型三维打印设备的基本结构。这一三维打印设备100包括用于容纳光固化树脂的物料槽110、用于使光固化树脂固化的成像系统120、以及用于连接成型工件的升降台130。曝光系统120位于物料槽110上方，并可照射光束图像使物料槽110液面的一层树脂被固化。每次曝光系统120照射光束图像致使一层树脂固化后，升降台130都会带动成型的那层树脂略微下降，并通过刮板131使固化后的工件顶面均匀铺展光固化树脂，等待下一次照射。如此循环，将会得到逐层累加成型的三维工件。然而，光固化树脂在固化过程会有放热，同时有一定的收缩，收缩率一般在2-8％，这会造成工件内应力聚集，最终产生变形。当大面积树脂一并固化时，发热和材料收缩问题更为明显，这种应力会十分显著，从而导致固化后树脂出现翘曲、变形。
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光固化型三维打印方法和设备，可以改善光固化树脂翘曲、变形的问题。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光固化型三维打印方法，包括以下步骤：获得打印对象的三维数据模型；将该三维数据模型划分为多层；将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案；通过第一次曝光步骤曝光该第一图案；以及通过第二次曝光步骤曝光该第二图案。在本专利技术的一实施例中，该三维数据模型各层的第一图案和第二图案之间有位移。在本专利技术的一实施例中，该位移是随机的。在本专利技术的一实施例中，对将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案的步骤包括：对各层，识别尺寸达到一阈值的底壳区域和用于支撑该底壳区域的一个或多个支持部在该层的岛型区域；将该底壳区域分为互补的第一图案和第二图案；通过该第一时期的第一子时期曝光该第一图案，通过该第一时期的第二子时期曝光该第二图案；以及通过该第一时期的第一子时期和第二子时期曝光各岛型区域。在本专利技术的一实施例中，该第一图案和该第二图案为棋盘格中对角的方格。在本专利技术的一实施例中，每一方格的一维尺寸为2-20个像素。在本专利技术的一实施例中，该第一图案为被井字形条纹隔开的方格，该第二图案为井字形条纹。在本专利技术的一实施例中，每一方格的一维尺寸为10-50个像素，每一井字形条纹的宽度为2-10个像素。本专利技术还提出一种光固化型三维打印设备，包括：用于获得打印对象的三维数据模型的模块；用于将该三维数据模型划分为多层的模块；用于将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案的模块；用于控制图像曝光系统通过第一次曝光步骤曝光该第一图案的模块；以及用于控制图像曝光系统通过第二次曝光步骤曝光该第二图案的模块。本专利技术上述方案的光固化型三维打印方法通过分区域的曝光，可以大大降低总体发热和收缩情况，减少大面积收缩对物件变形的影响。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明，其中：图1示出光固化型三维打印设备的基本结构。图2示出本专利技术一实施例的光固化型三维打印方法流程图。图3示出根据本专利技术一实施例的图案区分示意图。图4A和图4B示出根据本专利技术一实施例的分区曝光过程。图5示出根据本专利技术另一实施例的图案区分示意图。图6A和图6B示出根据本专利技术另一实施例的图案区分示意图。图7A示出根据本专利技术一实施例的三维数据模型。图7B示出根据本专利技术一实施例的三维数据模型分层示意图。图8A、8B示出根据本专利技术一实施例的三维数据模型区域识别示意图。具体实施方式本专利技术的实施例描述一种光固化型三维打印方法，可以降低光固化树脂在大面积固化时产生的内应力，从而改善了打印工件翘曲和变形的程度。图1示出光固化型3D打印设备的基本结构。这一3D打印设备100包括用于容纳光固化树脂的物料槽110、用于使光固化树脂固化的图像曝光系统120、以及用于连接成型工件的升降台130。图像曝光系统120位于物料槽110上方，并可照射光束图像使物料槽110液面的一层光固化树脂被固化。每次图像曝光系统120照射光束图像致使一层光固化树脂固化后，升降台130都会带动成型的那层光固化树脂略微下降，并通过刮板131使固化后的工件顶面均匀铺展光固化树脂，等待下一次照射。如此循环，将会得到逐层累加成型的三维工件。图像曝光系统120可以照射光束图像至光固化树脂，形成所需的曝光图案。图像曝光系统120可以使用能够形成光束图像的各种已知技术。举例来说，在一个实施例中，图像曝光系统120可以使用数字光处理(DigitalLightProcession,DLP)投影技术。DLP投影成像技术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。在另一个实施例中，图像曝光系统120还可以使用液晶(LCD)投影技术。液晶面板中包含了许多像素，每个像素可以单独控制偏振光的偏振方向，配合液晶面板两侧的偏振光滤光器可控制某一像素的光线是否通过，因此经过液晶面板系统的光束是图像化的。光固化型3D打印设备100输入的是打印对象的三维数据模型，再将三维数据模型分解成许多二维图像，将这些图像发送给图像曝光系统120后，由后者进行投影。根据本专利技术的实施例，将二维图像中需要曝光的部分分成互补的两个图案，分两次曝光，以减少大面积收缩对物件变形的影响。根据本专利技术的实施例，对三维数据模型进行图案区分所需的预处理后，再发送给图像曝光系统120，从而让图像曝光系统120进行曝光。图2示出本专利技术一实施例的光固化型三维打印方法流程图。参考图2所示，本实施例包含如下步骤：在步骤201，获得打印对象的三维数据模型；在步骤202，将三维数据模型划分为多层；在步骤203，将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案；在步骤204，通过第一次曝光步骤曝光第一图案；以及在步骤205，通过第二次曝光步骤曝光第二图案。在步骤202中，将三维数据模型分为许多二维图像，每个二维图像的厚度是一层。在步骤203中即可以进行图案划分。在步骤204和205中，设备可以通过控制图像曝光系统120来进行第一次和第二次曝光。图3示出根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光固化型三维打印方法，包括以下步骤：获得打印对象的三维数据模型；将该三维数据模型划分为多层；将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案；通过第一次曝光步骤曝光该第一图案；以及通过第二次曝光步骤曝光该第二图案。

【技术特征摘要】
1.一种光固化型三维打印方法，包括以下步骤：获得打印对象的三维数据模型；将该三维数据模型划分为多层；将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案；通过第一次曝光步骤曝光该第一图案；以及通过第二次曝光步骤曝光该第二图案。2.如权利要求1所述的光固化型三维打印方法，其特征在于，该三维数据模型各层的第一图案和第二图案之间有位移。3.如权利要求2所述的光固化型三维打印方法，其特征在于，该位移是随机的。4.如权利要求1所述的光固化型三维打印方法，其特征在于，对将各层数据的至少部分区域分为互补的第一图案和第二图案的步骤包括：对各层，识别尺寸达到一阈值的底壳区域和用于支撑该底壳区域的一个或多个支持部在该层的岛型区域；将该底壳区域分为互补的第一图案和第二图案；通过该第一时期的第一子时期曝光该第一图案，通过该第一时期的第二子时期曝光该第二图案；以及通过该第一时期的第一子...

【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，
类型：发明
国别省市：上海,31