光固化型三维打印方法和设备技术

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；对该三维数据模型的至少部分层，识别各层的裸露区域和内部区域；执行第一次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第一图案，其中用于曝光的光束图像在基准位置；以及执行第二次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第二图案，其中用于曝光的光束图像相对于基准位置在第一方向和/或第二方向有小于该光束图像的像素点尺寸的偏移。

Photosolidified 3-D Printing Method and Equipment

【技术实现步骤摘要】
光固化型三维打印方法和设备
本专利技术涉及三维打印技术，尤其是涉及光固化型三维打印方法和设备。
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。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液面的一层树脂被固化。每次图像曝光系统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。光固化型三维打印设备还存在一些问题，例如当大面积树脂一并固化时，这种应力会十分显著，从而导致固化后树脂出现翘曲、变形，再如三维工件在边缘会出现台纹(数码锯齿)，分辨率有待提高。
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光固化型三维打印方法和设备，可以解决现有技术的至少一部分问题。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；对该三维数据模型的至少部分层，识别各层的裸露区域和内部区域；将该内部区域分为互补的第一图案和第二图案；执行第一次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第一图案，其中用于曝光的光束图像在基准位置；执行第二次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第二图案，其中用于曝光的光束图像相对于基准位置在第一方向和/或第二方向有小于该光束图像的像素点尺寸的偏移。在本专利技术的一实施例中，上述方法还包括赋予该裸露区域第一曝光强度，赋予该内部区域第二曝光强度，其中该第一曝光强度大于该第二曝光强度。在本专利技术的一实施例中，该第二曝光强度不超过该第一曝光强度的66％。在本专利技术的一实施例中，该裸露区域包括上壳、侧缘和/或底壳。在本专利技术的一实施例中，该裸露区域的法向厚度为1-5像素。在本专利技术的一实施例中，对该三维数据模型从底层开始的数层，统一赋予该第一曝光强度。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，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，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，该偏移为该光束图像的像素点尺寸的一半。在本专利技术的一实施例中，在该第一次曝光过程和第二次曝光过程中，用于曝光的光束图像是依序提供的多个第一光束子图像之一，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；其中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，该水平偏移次数和垂直偏移次数分别为0-2m-1次和0-m次，或者该水平偏移次数和垂直偏移次数分别为0-m次和0-2m-1次，或者该水平偏移次数和该垂直偏移次数分别为0-2m-1次和0-2m-1次，每一次偏移的偏移量为该第一光束子图像的像素点的尺寸的1/2。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2m2。在本专利技术的一实施例中，m为2-8之间的正整数。本专利技术还提出一种光固化型三维打印设备，包括：图像源，提供用于曝光的光束图像；偏移机构，将曝光的光束图像相对于基准位置进行小于该光束图像的像素点尺寸的偏移；存储器，存储有计算机程序；处理器，执行该计算机程序以实现如下步骤：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；对该三维数据模型的至少部分层，识别各层的裸露区域和内部区域；将该内部区域分为互补的第一图案和第二图案；命令该图像源执行第一次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第一图案，其中用于曝光的光束图像在基准位置；命令该图像源执行第二次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第二图案，其中用于曝光的光束图像相对于基准位置在第一方向和/或第二方向有小于该光束图像的像素点尺寸的偏移。本专利技术还提出一种计算机存储介质，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：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；对该三维数据模型的至少部分层，识别各层的裸露区域和内部区域；将该内部区域分为互补的第一图案和第二图案；执行第一次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第一图案，其中用于曝光的光束图像在基准位置；执行第二次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第二图案，其中用于曝光的光束图像相对于基准位置在第一方向和/或第二方向有小于该光束图像的像素点尺寸的偏移。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，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；并且在分区域曝光的同时，在边缘进行了曝光图像的微小偏移，提高了边缘的打印分辨率，减小了三维工件边缘的台纹。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3A根据本专利技术一实施例的三维数据模型。图3B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4A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。图4B示出根据本专利技术另一实施例的三维数据模型区域识别示意图。图5示出根据本专利技术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一实施例的分区曝光过程。图7示出根据本专利技术另一实施例的图案区分示意图。图8A和图8B示出根据本专利技术另一实施例的图案区分示意图。图9示出图像曝光系统通常提供的光束子图像的部分像素点。图10A示出图9所示光束子图像水平移动1个偏移单位所形成的光束图像。图10B示出图9所示光束子图像垂直移动1个偏移单位形成的光束图像。图10C示出图9所示光束子图像水平和垂直各移动1个偏移单位形成的光束图像。图11示出图9所示像素光斑经过汇聚缩小后的光束子图像的部分像素点。图12-14示出图11所示光束子图像所进行的各次偏移。图15示出图12-14所示光束子图像组合形成的光束图像。图16示出图11所示光束子图像水平移动1个偏移单位所形成的光束图像。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；对该三维数据模型的至少部分层，识别各层的裸露区域和内部区域；将该内部区域分为互补的第一图案和第二图案；执行第一次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第一图案，其中用于曝光的光束图像在基准位置；执行第二次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第二图案，其中用于曝光的光束图像相对于基准位置在第一方向和/或第二方向有小于该光束图像的像素点尺寸的偏移。

【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；对该三维数据模型的至少部分层，识别各层的裸露区域和内部区域；将该内部区域分为互补的第一图案和第二图案；执行第一次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第一图案，其中用于曝光的光束图像在基准位置；执行第二次曝光过程以曝光裸露区域，以及内部区域的第二图案，其中用于曝光的光束图像相对于基准位置在第一方向和/或第二方向有小于该光束图像的像素点尺寸的偏移。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括赋予该裸露区域第一曝光强度，赋予该内部区域第二曝光强度，其中该第一曝光强度大于该第二曝光强度。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该第二曝光强度不超过该第一曝光强度的66％。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该裸露区域包括上壳、侧缘和/或底壳。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该裸露区域的法向厚度为1-5像素。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对该三维数据模型从底层开始的数层，统一赋予该第一曝光强度。7.如权利要求6所述的方法，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。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该位移是随机的。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该第一图案和该第二图案为棋盘格中对角的方格。10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，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。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该偏移为该光束图像的像素点尺寸的一半。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该第一次曝光过程和第二次曝光过程中，用于曝光的光束图像是依序提供的多个第一光束子图像之一，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...

【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