一种体积生物打印控制方法技术

本发明专利技术提出一种体积生物打印控制方法，包括：将三维模型沿

【技术实现步骤摘要】
一种体积生物打印控制方法


[0001]本专利技术属于
3D
打印
，尤其涉及一种体积生物打印控制方法
。

技术介绍

[0002]目前，体积生物打印的常规技术是采用逐层打印的技术，所谓逐层打印就是将三维模型按照垂直于
Z
轴进行切片，在打印时，将这些
XY
轴二维切片按照位置先后顺序在
Z
轴方向上进行垂直打印，最终由“二维”向“三维”逐层式堆叠出三维物体
。
[0003]这种逐层打印的技术目前主要有两种实现方案，分别是挤出式和光固化式
。
挤出式是利用气压或者机械驱动的喷头将生物墨水可控的挤出，
(
生物
)
墨水从喷头处被挤出，沉积到成形平台上形成二维结构，随着喷头或者成形平台
z
方向上的运动，二维结构层层堆积形成三维结构
。
而光固化式打印是利用数字光投射器对生物墨水的整个面进行固化，通过成形平台的上下运动，逐层固化得到三维结构
。
[0004]但是，这种逐层打印的技术，在打印精度要求越高时，切出的二维切片数量会快速升高，导致打印的时间很长，一般在几十分钟到几个小时
。
而过长的等待会导致生物墨水里的活细胞大量死亡
。
其次，逐层打印因为每个切片是按照顺序单独成型的，这就会造成打印物体中的细胞和血管网络无法有机融合，并且层与层之间在表面会有高度差，就会使得打印物体在表面会形成层状粗糙纹理，这与正常器官的比较光滑的表面不符
。
最后，光固化式逐层打印技术为了减小打印出的切片厚度会采用穿透力弱的紫外光照射生物墨水进行固化，对活细胞及其不友好，会进一步的降低细胞存活率
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种体积生物打印控制方法
、
装置
、
设备和存储介质，能够有效解决现有技术中存在的上述技术问题
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术实施例提供一种体积生物打印控制方法，所述方法包括步骤：
[0007]S1、
将三维模型沿
Z
轴进行等距横向切片，得到
M
张横向切片；其中，得到的每一张横向切片为横向切片二值图，
M≥1
；
[0008]S2、
对每一张所述横向切片进行
360
度的拉登变换，使每一张横向切片得到
W
行投影数据；其中，每一行投影数据为每一张所述横向切片的一个角度的拉登变换的投影数据，由同一张横向切片进行拉登变换得到的
W
行投影数据中，第
w
行投影数据为所述横向切片的
(w
‑
1)*
θ
角度的拉登变换的投影数据，
w
＝1，2……
W
，0°
<
θ
≤1
°
，
W*
θ
＝
360
°
；
[0009]S3、
对每一行投影数据进行滤波操作，并将
M
张所述横向切片的同一角度的滤波后的投影数据按照
Z
轴的方向依次堆叠构成同一角度的一张投影切片，从而获得所述三维模型的侧面
360
度的不同角度下的投影切片；
[0010]S4、
将获得的所述投影切片按照角度顺序依次投影到装有光固化生物墨水的打印瓶中，同时匀速旋转打印瓶使得投影的投影切片的角度与打印瓶的角度对应以执行对所述
三维模型的体积打印；其中，所述打印瓶中的所有横向切面的生物墨水同时光固化为对应的三维物体横向切片；
[0011]所述步骤
S4
包括：
[0012]S41、
启动步进电机，控制所述步进电机以每秒
K
度进行匀速转动，从而带动设于所述步进电机上的打印瓶同步转动；其中，所述打印瓶中装有光固化生物墨水；
[0013]S42、
启动投影设备以将所述投影切片投影到所述打印瓶的侧面，使所述投影切片在投影屏的位置满足：
[0014]X
＝
[(x0‑
x)
÷
2][0015]Y
＝
[(y0‑
y)
÷
2][0016]其中
(X
，
Y)
为所述投影切片的左上角在投影屏上的坐标，所述坐标的计算方法为以投影屏左上角为
(0
，
0)
原点，横向向右为
X
轴正方向，纵向向下为
Y
轴正方向；
x0，
y0为投影屏的宽和高；
x
，
y
为所述投影切片的宽和高；
[0017]S43、
控制所述投影切片按照角度顺序投影到所述打印瓶的侧面，且投影切片切换速度与所述步进电机相同，从而使所述投影切片与所述打印瓶的角度始终保持相同；其中，所述投影屏的中轴线与所述打印瓶的中轴线重合
。
[0018]作为上述方案的改进，在所述步骤
S3
和步骤
S4
之间还包括打印光强调整步骤，所述打印光强调整步骤包括：
[0019]将所述投影切片的所有像素的像素值与打印光强参数相乘，所得结果四舍五入取整；
[0020]将所述所得结果中大于
255
的像素值对应修改为
255
，并把修改后的结果作为对应像素的新像素值，从而得到像素值调整的投影切片，并将所述像素值调整的投影切片作为预投影切片；
[0021]在所述步骤
S4
中，所述投影切片为所述预投影切片；所述步骤
S4
还进一步包括：
[0022]S44、
通过红绿蓝三光光强参数调整投影的可见光亮度
。
[0023]作为上述方案的改进，在所述打印光强调整步骤前还包括打印尺寸调整步骤，所述打印尺寸调整步骤包括：
[0024]对每一张所述投影切片进行去边框的操作后得到有效投影切片；所述去边框的操作包括去除左侧与右侧全黑色列，去除上边与下边全黑色行，以及只保留中间有效区域；
[0025]根据放大或缩小的倍数，将所述放大或缩小的倍数与所述有效投影切片的边长相乘，得到缩放后的投影切片尺寸；
[0026]使用图像缩放算法对所述有效投影切片按照所述放大或缩小的倍数进行缩放，在放大时，若所述缩放后的投影切片尺寸超过了投影屏尺寸，则将所述中间有效区域与所述投影屏尺寸相同的部分进行计算，并将计算后的投影切片作为缩放后投影切片；
[0027]其中，所述打印光强调整步骤中的所述投影切片为所述缩放后投影切片
。
[0028]作为上述方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种体积生物打印控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1、
将三维模型沿
Z
轴进行等距横向切片，得到
M
张横向切片；其中，得到的每一张横向切片为横向切片二值图，
M≥1
；
S2、
对每一张所述横向切片进行
360
度的拉登变换，使每一张横向切片得到
W
行投影数据；其中，每一行投影数据为每一张所述横向切片的一个角度的拉登变换的投影数据，由同一张横向切片进行拉登变换得到的
W
行投影数据中，第
w
行投影数据为所述横向切片的
(w
‑
1)*
θ
角度的拉登变换的投影数据，
w
＝1，2……
W
，0°
<
θ
≤1
°
，
W*
θ
＝
360
°
；
S3、
对每一行投影数据进行滤波操作，并将
M
张所述横向切片的同一角度的滤波后的投影数据按照
Z
轴的方向依次堆叠构成同一角度的一张投影切片，从而获得所述三维模型的侧面
360
度的不同角度下的投影切片；
S4、
将获得的所述投影切片按照角度顺序依次投影到装有光固化生物墨水的打印瓶中，同时匀速旋转打印瓶使得投影的投影切片的角度与打印瓶的角度对应以执行对所述三维模型的体积打印；其中，所述打印瓶中的所有横向切面的生物墨水同时光固化为对应的三维物体横向切片；其中，所述步骤
S4
包括：
S41、
启动步进电机，控制所述步进电机以每秒
K
度进行匀速转动，从而带动设于所述步进电机上的打印瓶同步转动；其中，所述打印瓶中装有光固化生物墨水，
0<K
；
S42、
启动投影设备以将所述投影切片投影到所述打印瓶的侧面，使所述投影切片在投影屏的位置满足：
X
＝
[(x0‑
x)
÷
2]Y
＝
[(y0‑
y)
÷
2]
其中，
(X
，
Y)
为所述投影切片的左上角在投影屏上的坐标，所述坐标的计算方法为以投影屏左上角为
(0
，
0)
原点，横向向右为
X
轴正方向，纵向向下为
Y
轴正方向；
x0，
y0为投影屏的宽和高；
x
，
y
为所述投影切片的宽和高；
S43、
控制所述投影切片按照角度顺序投影到所述打印瓶的侧面，且投影切片切换速度与所述步进电机相同，从而使所述投影切片与所述打印瓶的角度始终保持相同；其中，所述投影屏的中轴线与所述打印瓶的中轴线重合
。2.
根据权利要求1所述的一种体积生物打印控制方法，其特征在于，在所述步骤
S3
和步骤
S4
之间还包括打印光强调整步骤，所述打印光强调整步骤包括：将所述投影切片的所有像素的像素值与打印光强参数相乘，所得结果四舍五入取整；将所述所得结果中大于
255
的像素值对应修改为
255
，并把修改后的结果作为对应像素的新像素值，从而得到像素值调整的投影切片，并将所述像素值调整的投影切片作为预投影切片；在所述步骤
S4
中，所述投影切片为所述预投影切片；所述步骤
S4
还进一步包括：
S44、
通过红绿蓝三光光强参数调整投影的可见光亮度
。3.
根据权利要求2所述的一种体积生物打印控制方法，其特征在于，在所述打印光强调整步骤前还包括打印尺寸调整步骤，所述打印尺寸调整步骤包括：对每一张所述投影切片进行去边框的操作后得到有效投影切片；所述去边框的操作包括去除左侧与右侧全黑色列，去除上边与下边全黑色行，以及只保留中间有效区域；
根据放大或缩小的倍数，将所述放大或缩小的倍数与所述有效投影切片的边长相乘，得到缩放后的投影切片尺寸；使用图像缩放算法对所述有效投影切片按照所述放大或缩小的倍数进行缩放，在放大时，若所述缩放后的投影切片尺寸超过了投影屏尺寸，则将所述中间有效区域与所述投影屏尺寸相同的部分进行计算，并将计算后的投影切片作为缩放后投影切片；其中，所述打印光强调整步骤中的所述投影切片为所述缩放后投影切片
。4.
根据权利要求3所述的一种体积生物打印控制方法，其特征在于，所述图像缩放算法为双次三插值算法
。5.
根据权利要求1所述的一种体积生物打印控制方法，其特征在于，在所述步骤
S4
中，还包括打印时间控制步骤，所述打印时间控制步骤从启动投影设备开始投影时开始计时，到达打印时间参数时停止打印；其中，停止打印时先关闭投影，再停止步进电机转动
。6.
根据权利要求1所述的一种体积生物打印控制方法，其特征在于，所述步骤
S3
具体包括：
S31、
对所述三维模型的侧面
360
度的不同角度下的投影切片的每一行投影数据进行快速傅里叶变换；其中，采用的所述快速傅里叶变换中的宽度
N
大于等于得到每一张所述横向切片的每一行投影数据的像素数量；
S32、
使用窗函数对斜坡滤波器进行加窗操作，并利用加窗操作后的斜坡滤波器对每一张所述投影切片经过快速傅里叶变换后的每一行投影数据进行过滤；
S33、
对每一张所述投影切片经过过滤后的每一行投影数据进行快速傅里叶逆变换，从而得到滤波后的投影切片
。7.
根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢茂彬，景浩淼，
申请(专利权)人：绿钥生物科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：