CN107150439B - 数据处理方法、3d打印方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种数据处理方法、3D打印方法及3D打印设备、计算机设备，其中，所述3D打印设备包括：具有透明底部的容器以盛放待固化的光固化材料；曝光装置用于将3D构件模型中的分层图像通过透明底部照射光固化材料以获得图案固化层；构件平台用于附着经曝光装置照射后被固化的图案固化层；Z轴驱动机构与构件平台连接，用于调整构件平台与容器底部的间距以在容器底部填充待固化的光固化材料；控制装置与Z轴驱动机构和曝光装置均相连，用于在打印实体部分的预设结构期间，按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上。本申请有效解决了3D构件表面粗糙的问题。

Description

数据处理方法、3D打印方法及设备
技术领域
本申请涉及3D打印领域，尤其涉及一种数据处理方法、3D打印方法及3D打印设备、计算机设备。
背景技术
3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料和树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印设备通过执行该种打印技术制造3D物体。3D打印设备由于成型精度高在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。其中，基于底投影的3D打印设备由于使用投影曝光方式能在同一曝光时长内使整个物体横截面的光固化材料固化，进而有效提高打印效率，因此受到很多个性产品制造者的追宠。
在利用底投影的3D打印设备打印物体时，可利用调整单层固化层高的方式来调整打印速度和打印精度。比如，在打印物体的直体区间时，提高单层固化层的层高；在打印物体的倾斜、或弧面等区间时，降低单层固化层的层高。然而上述打印策略并不能适用于所有形状的物体，例如，当底投影的3D打印设备打印带有腔体结构等的物体时，易出现表面凸凹不平的问题。
发明内容
本申请提供一种数据处理方法、3D打印方法及3D打印设备、计算机设备，用于解决利用底投影的3D打印设备所打印的物体轮廓精准度低的问题。
为实现上述目的，本申请提供一种3D打印方法，应用于包括具有透明底部的容器及构件平台的3D打印设备中，所述3D打印方法包括：调整所述构件平台与所述容器底部的间距以在所述容器底部填充待固化的光固化材料；将3D构件模型中的分层图像照射到所填充的光固化材料以获得图案固化层；重复上述各步骤以在所述构件平台上累积图案固化层以形成对应的3D构件；其中，在打印所述3D构件中实体部分的预设结构期间，按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。
在某些实施方式中，基于所接收的对应预设结构的控制指令或所识别出的预设结构的标记信息，按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。
在某些实施方式中，所述按照对应预设结构的调整方式调整构件平台与容器底部的间距的步骤包括以下至少一种：采用间歇式下降的控制方式，控制所述构件平台下降至与所述容器底部相隔预设间距；控制所述构件平台以低于速度门限的速度下降至相距容器底部的间距位置；以及控制所述构件平台移动到相距容器底部对应间距，并进行一延时计时，以便在所述延时后照射相应分层图像。
在某些实施方式中，所述按照对应预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上的方式包括：按照将分层图像先照射内部区域后照射外轮廓区域的顺序逐步扫描光固化材料；或者将分层图像调整成其中的轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度，以及将调整后分层图像照射到光固化材料上。
在某些实施方式中，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构。
基于上述目的，本申请还提供一种3D打印设备，包括：具有透明底部的容器，盛放待固化的光固化材料；曝光装置，面向所述透明底部照射，用于将3D构件模型中的分层图像照射光固化材料以获得图案固化层；构件平台，用于附着经所述曝光装置照射后被固化的图案固化层，以便经由所述图案固化层积累形成3D构件；Z轴驱动机构，与所述构件平台连接，用于调整所述构件平台与所述容器底部的间距以在所述容器底部填充待固化的光固化材料；控制装置，与所述Z轴驱动机构和曝光装置均相连，用于控制所述Z轴驱动机构和曝光装置打印所述3D构件，其中，在打印所述3D构件中实体部分的预设结构期间，按照对应所述预设结构的调整方式控制所述Z轴驱动机构调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。
在某些实施方式中，所述控制装置用于基于所接收的对应预设结构的控制指令或所识别出的预设结构的标记信息，按照对应所述预设结构的调整方式控制所述Z轴驱动机构调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置将相应的分层图像照射到光固化材料上。
在某些实施方式中，所述控制装置按照对应所述预设结构的调整方式控制所述Z轴驱动机构调整所述构件平台与容器底部间距的方式包括以下至少一种：采用间歇式下降的控制方式，控制所述构件平台下降至与所述容器底部相隔预设间距；控制所述构件平台以低于速度门限的速度移动至相距容器底部的间距位置；以及控制所述构件平台移动到相距容器底部对应间距，并进行一延时计时，以便在所述延时后照射相应分层图像。
在某些实施方式中，所述曝光装置包括：DMD芯片、和光源阵列；
所述控制装置基于分层图像中的轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度控制所述光源阵列和DMD芯片将调整后分层图像照射到光固化材料上；和/或所述控制装置基于分层图像先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序控制所述光源阵列和DMD芯片分块照射光固化材料。
在某些实施方式中，所述曝光装置包括：激光发射器、位于所述激光发射器输出光路上的透镜组、和位于所述透镜组出光侧的振镜组；所述控制装置基于分层图像先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序控制所述激光发射器和振镜组扫描光固化材料。
在某些实施方式中，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、以及实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构。
本申请又提供一种3D构件模型的数据处理方法，包括：将3D构件模型进行分层处理，以将所述3D构件模型划分成多个横截层，每个横截层上描述有3D构件模型相应横截面的分层图像；其中，所述3D构件模型包括：包含预设结构的实体部分；将描述所述预设结构的至少一个分层图像进行标记。
在某些实施方式中，所述将描述预设结构的至少一个分层图像进行标记的步骤包括：基于相邻的多个分层图像的轮廓变化或至少一个分层图像的横截面积，确定所述预设结构的分层图像；将构成所述预设结构的至少一个分层图像进行标记。
在某些实施方式中，所述将描述预设结构的至少一个分层图像进行标记的步骤包括：基于所获取的标记指令，将所指示的分层图像进行标记，其中，所述标记指令基于所述预设结构而产生。
在某些实施方式中，还包括调整3D构件模型摆放方式的步骤，以将所述3D构件模型按照所摆放的方式进行分层处理。
在某些实施方式中，所述方法还包括基于所述实体部分表面识别预设结构的步骤。
在某些实施方式中，所述方法还包括将描述所述预设结构的各分层图像按照先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序标记各区域中的光斑扫描顺序的步骤。
在某些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：将描述所述预设结构的各分层图像按照内部区域和轮廓区域进行分块，并按照先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序标记同一分层图像中各图像块的照射顺序；和/或将描述所述预设结构的各分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度进行标记。
在某些实施方式中，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构。
本申请还提供一种计算机设备，包括：存储单元，用于存储3D构件模型和数据处理程序；其中，所述3D构件模型包括：包含预设结构的实体部分；处理单元，用于执行所述数据处理程序以将所述3D构件模型进行数据处理，其中，所述数据处理的过程包括：将3D构件模型进行分层处理，以将所述3D构件模型划分成多个横截层，每个横截层上描述有3D构件模型相应横截面的分层图像；将描述所述预设结构的至少一个分层图像进行标记。
在某些实施方式中，所述处理单元将描述预设结构的至少一个分层图像进行标记的方式包括：基于相邻的多个分层图像的轮廓变化或至少一个分层图像的横截面积，确定所述预设结构的起始分层图像和结束分层图像；将所述起始分层图像和结束分层图像、或所述起始分层图像和结束分层图像之间的各分层图像进行标记。
在某些实施方式中，所述处理单元将描述预设结构的至少一个分层图像进行标记的方式包括：基于所获取的标记指令，将所指示的分层图像进行标记，其中，所述标记指令基于所述预设结构而产生。
在某些实施方式中，所述处理单元还用于执行所述分层程序中调整3D构件模型的摆放方式的步骤，以将所述3D构件模型按照所摆放的方式进行分层处理。
在某些实施方式中，所述处理单元还用于执行所述分层程序中基于所述实体部分表面识别预设结构的步骤。
在某些实施方式中，所述处理单元还用于执行以下步骤：将描述所述预设结构的各分层图像按照先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序标记各区域中的光斑扫描顺序。
在某些实施方式中，，所述处理单元还用于执行以下步骤：将描述所述预设结构的各分层图像按照内部区域和轮廓区域进行分块，并按照先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序标记同一分层图像中各图像块的照射顺序；和/或将描述所述预设结构的各分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度进行标记。
在某些实施方式中，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构。
本申请所提供的数据处理方法、3D打印方法及3D打印设备、计算机设备，通过控制Z轴驱动机构缓慢移动构件平台和/或调整为之后的延时操作，能够确保在打印预设结构时减少表面轮廓凸凹不平等的问题。
另外，通过在3D构件模型中识别预设结构并对预设结构的分层图像进行标记，有效解决了3D打印设备无法自适应的调整投影装置与Z轴驱动机构的时序调整问题。
附图说明
图1为本申请3D打印设备在一实施方式中的结构示意图。
图2为利用本申请所述3D打印设备进行打印的一种包含腔体结构的3D构件模型的剖视图。
图3为利用本申请所述3D打印设备进行打印的一种包含形状突变结构的3D构件模型的剖视图。
图4为本申请3D打印设备进行打印时构件平台下降高度变化示意图。
图5为利用本申请所述3D打印设备进行打印的又一种包含腔体结构的3D构件模型的剖视图。
图6为本申请3D构件打印方法在一实施方式中的流程图。
图7为本申请3D构件模型的数据处理方法在一实施方式中的流程图。
图8为本申请执行3D构件模型的数据处理方法的计算机设备在一实施方式中的结构示意图。
图9为本申请的一种包含腔体结构的3D构件模型的结构示意图。
图10为本申请的又一种包含腔体结构的3D构件模型的结构示意图。
图11为图9的3D构件模型分层示意图。
图12为本申请中将一分层图像的轮廓区域和内部区域划分后的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
请参阅图1，基于底曝光的3D打印设备包括：容器11、构件平台12、Z轴驱动机构13、曝光装置14和控制装置15。
其中，所述容器11具有透明底部，用于盛放光固化材料。所述光固化材料包括任何易于光固化的液态材料，其举例包括：光固化树脂液，或掺杂了添加剂、颜料、染料等混合材料的树脂液等。所述容器可以是整体透明或仅容器底透明在所述容器1底部表面铺设有便于剥离的透明柔性膜(未予图示)。
所述曝光装置14位于所述容器11下方且面向所述透明底部。所述曝光装置14可以包括激光发射器、位于所述激光发射器射出光路上的透镜组和位于所述透镜组出光侧的振镜组(均未予图示)，其中，所述激光发射器受控的调整输出激光束的能量，例如，所述激光发射器受控的发射预设功率的激光束以及停止发射该激光束，又如，所述激光发射器受控的提高激光束的功率以及降低激光束的功率。所述透镜组用以调整激光束的聚焦位置，所述振镜组用以受控的将激光束在所述容器底面的二维空间内扫描，经所述光束扫描的光固化材料被固化成对应的图案固化层。
或者，所述曝光装置14可以是投影装置，例如，所述投影装置包括DMD芯片、光源阵列、控制器和存储模块。其中，所述存储模块中存储将3D构件模型分层的分层图像。所述DMD芯片和光源阵列受控制器控制。其中，DMD芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内，事实上，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，所投影的图像就由这些像素所构成。DMD芯片可被简单描述成为对应像素点的半导体光开关和微镜片，所述控制器通过控制DMD芯片中各光开关来允许/禁止各微晶片反射光。所述光源阵列中的各光源对应DMD芯片中的一个微镜。在控制器的控制下，光源阵列和DMD芯片将相应分层图像经过容器的透明底部照射到光固化材料上，使得对应图像形状的光固化材料被固化，以得到图案化的固化层。
所述构件平台12用于附着经所述曝光装置14照射后被固化的图案固化层，以便经由所述图案固化层积累形成3D构件2。其中，所述构件平台12举例为构件板。
在大多数情况下，为了将所述构件平台12与容器11底部之间保留至少一层固化层高间距的光固化材料，所述构件平台12由Z轴驱动机构13带动，并配合曝光装置14的照射时长和照射时机上下移动。
其中，所述Z轴驱动机构13用于调整所述构件平台12与所述容器11底部的间距以在所述容器底部填充待固化的光固化材料。
具体地，所述Z轴驱动机构13包含驱动单元和连接单元。其中，所述驱动单元举例为驱动电机，其中，所述驱动电机举例为伺服电机，其基于所接收的控制指令选择向第一或第二方向旋转使得受其驱动的连接单元带动构件平台12进行升降移动。其中，所述控制指令包括升降方向或停止指令等，甚至还可以包含具体操作参数。所述操作参数举例为转速、转动加速度或扭力等参数值。所述连接单元举例包括一端固定在所述构件平台上的固定杆、与固定杆的另一端固定的齿轮、以及与齿轮配合的齿条，其中，所述齿条固定在3D打印设备的机架上，所述齿轮在驱动单元的驱动下沿齿条升降移动。又如，所述连接单元包括：丝杆和旋接所述丝杆的固定结构，其中所述固定结构固定在机架上，所述丝杆的一端固定连接构件平台、另一端连接驱动单元，所述丝杆在驱动单元的驱动下升降移动。再如，所述连接单元包括：带有齿条的限位槽以及位于限位槽中的移动杆，该移动杆的一端连接构件平台，另一端连接驱动单元，所述移动杆在驱动单元的驱动下升降移动。
在打印期间，当所述Z轴驱动机构13带动构件平台下降时，通常是为了将所述构件平台或附着在构件平台上的图案化固化层下降到相距容器底部一固化层层高的间距，以便照射填充在所述间距内的光固化材料。当所述升降装置Z轴驱动机构带动构件平台上升时，通常是为了将图案固化层自容器底部分离。
控制Z轴驱动机构13和曝光装置14协调工作的是控制装置15。
其中，所述控制装置15按照打印顺序逐个向曝光装置提供分层图像。例如，所述控制装置15按照当前的分层图像控制激光器进行图案扫描。又如，所述控制装置15将当前分层图像发送给投影装置以使其将整幅图照射到光固化材料上。
所述控制装置15还在曝光装置14的照射间隙控制Z轴驱动机构13一方面带动所述构件平台12上升以分离所述容器底面与经曝光装置14照射后所形成的图案固化层，另一方面带动构件平台12下降，以与容器底面保持预设间距，以便在所述透明底面填充待固化的光固化材料。其中，所述控制装置15可通过向Z轴驱动机构13中的驱动单元发送包含升降方向和转速等的控制指令的方式来控制所述Z轴驱动机构13。具体地，在控制Z轴驱动机构13上升以分离图案固化层与容器底面的阶段，所述控制装置15向所述Z轴驱动机构13中的驱动单元发送包含上升方向和预设转速的控制指令，同时监测构件平台12的上升位置，当上升位置达到预设高度位置，或上升距离达到预设距离阈值时，确定完成分离，并向驱动单元发出停止指令。在控制驱动单元使得构件平台12下降以调整构件平台12与容器11底部之间的间距时，所述控制装置15基于构件平台12与容器底面邻接的初始位置和累积的固化层厚调整所述构件平台12与容器底面的间距。其中，所述初始位置是预先标定构件平台12贴接于容器底面的位置。例如，从打印3D构件的第一层固化层开始，所述控制装置15根据控制驱动单元以使构件平台上升的最高位置相距初始位置之间的高度差h1'，附着在构件平台12上的累积固化层的层高h2'，以及当前待固化的固化层层高h3'，计算控制驱动单元以令构件平台12下降的高度h＝(h1'-h2'-h3')，并在控制驱动单元下降h高度后，将构件平台12停留在相应位置。
需要说明的是，上述控制装置控制驱动单元的方式仅为举例而非对本申请的限制。事实上，控制装置控制驱动单元以调整构件平台与容器底面的间距的方式还可以采用每次上升固定高度h4再按照当前待固化的固化层层高h3'进行下降控制的方式，其中，(h4-h3')高度即为构件平台的下降高度。本领域技术人员可以理解，在上述调整方式的基础上所衍生及改进的其他控制方式也属于本申请的调整示例。
所述控制装置15举例为包含MCU或CPU、和存储器的电子电路，以及与所述电子电路相连的多个数据接口，甚至网络接口等。经预先处理的3D构件模型文件可通过网络接口或数据接口存储在存储器中，其中，所述3D构件模型文件包括3D构件模型及属性信息，其中，所述3D构件模型被预先横截出多个横截层，每个横截层表面描述了3D模型在相应位置横截后形成的分层图像。所述3D构件模型可以仅包含实体部分，还可以包含支撑部分。其中，所述实体部分是指使用3D打印设备打印的目标三维物体。所述支撑部分用于支撑实体部分以防止其变形，其包括但不限于柱状支撑结构、板状支撑结构、螺旋结构、或网状结构等。所述属性信息可以用于记录3D构件模型各横截层标记，甚至一些自定义参数等。其中，所述自定义参数包括但不限于：实体部分中预设结构的起止标记、支撑部分与实体部分的各连接点标记、扫描分层图像的光斑扫描顺序、分层图像中各图像块的曝光顺序等。
所述控制装置15按照所述文件中横截层标记逐个地将分层图像通过数据接口发送给曝光装置14，以令曝光装置14进行照射图像。所述控制装置15还通过另一数据接口连接Z轴驱动机构13，以根据横截层标记中的层高控制Z轴驱动机构13的升降操作，使得曝光装置14和Z轴驱动机构13依时序配合，完成各横截层的图案固化操作。
当3D构件模型中的实体部分包含预设结构时，在打印至少所述预设结构期间，所述控制装置通过控制Z轴驱动机构13和/或曝光装置14以提高累积固化预设结构各固化层时该预设结构轮廓表面平滑度。或者，为避免预设结构未被识别的情况出现，在打印整个实体部分时，所述控制装置即调整控制方式以提高累积固化实体部分各固化层时表面平滑度。
在此，所述实体部分可以仅包含所述预设结构，也可以由多种结构组合构成，在这些结构中包含所述预设结构。在此，所述预设结构包括但不限于以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构等。其中，所述腔体结构包括但不限于：全封闭的腔体结构、至少一侧开口的腔体结构等，例如，所述腔体结构为封闭的且留有通孔以便于排出积留在腔体结构中的光固化材料，所述腔体结构的形状并不限于图2中所示，其可呈任意形状，例如，呈弯曲状、螺旋状、桶状、U形、或C形等。所述形状突变的结构可以是如T型、P型、b型、L型、或星型等在轮廓上存在拐点，甚至在相邻横截层变化不连续的结构，例如，在横截分层时通常将包含相邻表面的覆盖率小于预设阈值的相邻的两个横截层标记为属于预设结构。所述实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构可以是根据人为设定的实体部分或实体部分中的局部需具有更高的要求而确定的结构，其中，轮廓精度可通过轮廓尺寸准确度来表现，轮廓精细度可通过轮廓细节表现，如尖部处理、和分辨率等(resolution)来表现。例如，所述实体部分为面部个性化模型，又如所述实体部分为人造珠宝、医疗假体等精细物品的模型，其整体结构的轮廓精度要求较高。
以腔体结构为例，在控制装置控制Z轴驱动机构13带动构件平台直接下降至与容器底面相距预设间距时停止，随即控制曝光装置14照射光固化材料的过程中，受构件平台下降影响固化后的固化层将导致腔体结构的内外侧壁凸凹不平。在通过逐层打印腔体结构期间，已打印的腔体结构部分呈封闭空间，且当该封闭空间仅依靠调整后的间距与外部连通时，该种凸凹不平的情况尤为明显。
上述轮廓凸凹不平的情况在形状突变的结构中的突变位置也尤为明显。例如，如图3所示，按上述打印过程打印包含T型主体区域期间，若第(n-1)层和第n层构成形状突变结构，则在第n层覆盖第(n-1)层的衔接表面处易出现形状或视觉上的差别，比如说出现凸起或者光泽度上出现差异。
同样的，针对表面精度要求较高的3D打印物品，各层的轮廓上出现的光泽不统一、层间楞格都是需要避免或减少的。
为了解决上述问题，在打印所述3D构件中实体部分的预设结构期间，所述控制装置15采用以下方式进行控制。
具体地，所述控制装置15可以在打印整个实体部分期间，均采用控制所述Z轴驱动机构13按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置14将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。
或者，所述3D打印设备可以在打印3D构件的非预设结构期间可采用控制Z轴驱动机构以将构件平台从一高度直接降至相应间距处随机控制曝光装置将整幅分层图像进行曝光的打印方式；当打印到3D构件的预设结构期间，所述控制装置15控制所述Z轴驱动机构13按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置14将相应的分层图像照射到光固化材料上。
其中，所述控制装置15控制Z轴驱动机构13按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置14将相应的分层图像照射到光固化材料上可以是基于所接收的对应预设结构的控制指令或所识别出的标记信息来启动的。
例如，由技术人员在监测到3D打印设备所打印的固化层接近预设结构时，通过连接至控制装置15的人机交互装置(未予图示)向所述控制装置15发出对应预设结构的控制指令，则所述控制装置15控制Z轴驱动机构13按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距。
又如，所述控制装置15基于3D构件模型文件中的属性信息中读取预设结构的标记信息，其中，所述标记信息可包含层数，当所述控制装置15待传输至曝光装置14的分层图像对应所述标记信息中的层数时，控制Z轴驱动机构13按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距。
在一种实施方式中，所述控制装置15控制Z轴驱动机构13按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距。
具体地，所述控制装置15可采用以下至少一种方式对Z轴驱动机构13进行控制：
1)控制所述构件平台以低于速度门限的速度下降至相距容器底部的间距位置。其中，所述速度门限可以是固定值。或者，所述速度门限是3D打印设备在打印非预设结构期间构件平台移动时的速度最大值。例如，在打印预设结构期间，所述控制装置15在每次构件平台下降阶段将Z轴驱动机构中的转速最大值由V1降至V2，使得Z轴驱动机构以较低的转速带动构件平台平缓下降，并最终停在相距容器底面预设间距的位置，其中，V1是3D打印设备在打印非预设结构期间控制Z轴驱动机构的最大转速。停下后，控制装置将相应的分层图像提供给曝光装置，以进行图像照射。
2)采用间歇式下降的控制方式，控制所述Z轴驱动机构将构件平台下降至与所述容器底部相隔预设间距。例如，在打印预设结构期间，所述控制装置15在每次构件平台下降阶段，间歇地向Z轴驱动机构中的驱动单元发送包含下降方向的控制指令，在两次控制指令的间歇，向所述驱动单元发送包含停止的控制指令，如此，在所述驱动单元的驱动下，构件平台以如图4所示的行程向容器底面移动，直至位于相距所述容器对面预设间距的位置，其中，构件平台从高度h1降至h2，在t0、t2、t4、t6期间以预设速度下降，在t1、t3、t5期间停止下降。停下后，控制装置将相应的分层图像提供给曝光装置，以进行图像照射。
3)结合上述两种，采用低于速度门限的速度控制构件平台向容器底面移动，并间隔的停歇n毫秒或n秒，其中，n≥1，直到构件平台移动至相距所述容器底面相应间距的位置。停下后，控制装置将相应的分层图像提供给曝光装置，以进行图像照射。
4)控制所述构件平台移动到相距容器底部对应间距，进行一延时计时，以及在所述延时后控制曝光装置照射相应分层图像。
在此，所述控制装置控制Z轴驱动机构以带动构件平台12移动至相距所述容器底部的预设间距位置的过程可采用：如上述任一种方式，按照打印其他层时的控制方式，以高于或低于等于预设加速度门限的速度变化方式，或上述任意多种方式的组合。例如，控制装置在解析出带有预设结构标记的分层图像时，采用比预设速度门限更低的速度控制构件平台向容器底面移动。又如，为了不延长打印总时长又确保打印出的预设结构的轮廓满足精度和精细度要求，所述控制装置以高于加速度门限的加速度控制Z轴驱动机构中的驱动电机转动，如此压缩了移动耗时，再执行延时操作，使得调整过程的总时长不变甚至缩短。
当所述构件平台停留在相距所述容器底部的预设间距位置时，所述控制装置启动预设的延时计时，其中，该延时计时的时长可预设呈毫秒或秒级。在延时计时结束后，所述控制装置控制所述曝光装置14照射对应分层图像，以及控制Z轴驱动机构13以带动附着了对应图案固化层的构件平台12上升，使得该图案固化层与容器底面分离。例如，如图5所示，若3D构件模型中包含腔体结构，且按照自腔底A1至开口A2的顺序进行逐层打印，则曝光装置14和Z轴驱动机构13自腔底A1所在分层图像开始直至开口A2所在分层图像为止，逐层的延时照射相应分层图像。
在另一中实施方式中，所述控制装置按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。其中，所述曝光方式根据曝光装置的类型而定。
若曝光装置是包含激光发射器的光学系统，则曝光装置采用扫描光斑的形式将分层图像逐点照射到光固化材料上，所述曝光方式是指光斑扫描的顺序。
具体地，所述光学系统包括如前所述的：激光发射器、位于所述激光发射器输出光路上的透镜组、和位于所述透镜组出光侧的振镜组。所述控制装置根据所接收的指令、或所识别的预设结构标记或光斑移动顺序标记，选用预存储的先扫描分层图像的内部区域后扫描轮廓区域的扫描策略进行扫描。其中，所述控制装置可根据光斑尺寸将分层图像分为轮廓区域和内部区域，例如，如图12所示，控制装置按照预设的光斑直径和光斑重叠率沿分层图像轮廓将相距图像轮廓线一个、两个或三个扫描光斑的宽度所覆盖的区域作为轮廓区域(虚线与邻近实线所围成的区域)，其他区域为内部区域(两虚线之间所围成的区域)。接着控制激光发射器持续地或按照光斑位置间歇式发出激光束同时控制振镜组在内部区域内扫描相应的光斑，以固化光固化材料，再控制振镜组和激光发射器扫描轮廓区域。在此，控制装置可按照逐行扫描的扫描策略控制振镜组和激光发射器扫描分层图像的内部区域，并按照沿轮廓线的扫描策略扫描相应轮廓区域。所述控制装置还可以根据所标记的光斑扫描顺序直接控制振镜组和激光发射器执行相应分层图像的扫描操作。
另外，若所述曝光装置是包含DMD芯片和光源阵列的投影装置，则曝光装置采用面曝光方式将分层图像整体照射到光固化材料上，所述曝光方式包括：将分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度，和/或分层图像中先照射内部区域图像块后照射轮廓区域图像块的照射顺序。其中，所述轮廓区域是指将分层图像中轮廓线所经过的像素点所形成的区域，甚至还包括接近轮廓线所经过的像素点的一个或两个像素点所形成的区域，而分层图像中除轮廓区域之外的区域被视为内部区域。控制装置根据所接收的指令或所识别的预设结构标记、能量密度标记和分块照射顺序标记中的至少一种，选用将分层图像照射到光固化材料上。其中，所述控制装置中预存有对应能量密度标记的能量密度，所述能量密度可以用单位面积的灰度和/或光源功率来表示。例如，所述控制装置根据所接收的指令，将分层图像的轮廓线映射到光源阵列的各像素点(即光源)上，将所映射到的像素点作为该分层图像的轮廓区域，以及将轮廓区域以内的各像素点作为内部区域，并按照预设的轮廓区域和内部区域的能量密度分别设置该分层图像中轮廓区域和内部区域各像素点的对应能量密度，再按照相应的能量密度控制光源阵列中的各光源和DMD芯片中的微镜，使得所述分层图像照射到光固化材料上。又如，所述控制装置根据所识别的分层图像中轮廓区域和内部区域的各能量密度标记，控制光源阵列中的各光源的照射功率，并控制DMD芯片中的微镜将相应分层图像照射到光固化材料上。再如，所述控制装置根据所识别的分层图像中轮廓区域和内部区域的各图像块标记，控制光源阵列中的各光源和DMD芯片中的微镜分多次将各图像块照射到光固化材料上，使得对应分层图像的图案固化层经多次照射而形成。
需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述控制Z轴驱动机构和曝光装置的方式可单独实施，也可结合使用，甚至根据实际工程需要在此技术上进行调整。无论采用基于本申请中描述的方案的何种变形，都应视为本申请的具体实施例。
所述3D打印设备中的控制装置通过控制Z轴驱动机构以带动构件平台，以及控制曝光装置固化光固化材料协调工作，实现3D构件模型的实物化打印。
图6示出了本申请利用3D打印设备进行打印的打印方法的一种实施例。所述3D打印设备包括：容器、构件平台、Z轴驱动机构、曝光装置和控制装置。其中，所述容器、构件平台、Z轴驱动机构和曝光装置可利用前述图1所示的对应硬件，控制装置通过控制Z轴驱动机构来带动构件平台的Z轴移动，以及控制曝光装置来固化光固化材料。所述3D打印设备也可以是基于图1所示结构的启发而得到的经改进的各硬件。
本实施例中，所述打印方法主要基于控制装置对Z轴驱动机构和曝光装置的控制改进来实现对预设结构打印的精度需要。
在步骤S110中，调整所述构件平台与所述容器底部的间距以在所述容器底部填充待固化的光固化材料。
在步骤S120中，将3D构件模型中的分层图像照射到所填充的光固化材料以获得图案固化层。
在步骤S130中，判断相应层是否接收到对应预设结构的控制指令或识别出预设结构的标记信息，若是，则执行步骤S140，若否，则执行步骤S110。
在步骤S140中，按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。
具体地，所述控制装置控制Z轴驱动机构一方面带动所述构件平台上升以分离所述容器底面与经曝光装置照射后所形成的图案固化层，另一方面根据3D构件模型文件中的层高带动构件平台下降，以与容器底面保持预设间距，使得在所述透明底面填充待固化的光固化材料。其中，所述控制装置可通过向Z轴驱动机构中的驱动单元发送包含升降方向和转速等的控制指令的方式来控制所述Z轴驱动机构。例如，在控制Z轴驱动机构上升以分离图案固化层与容器底面的阶段，所述控制装置向所述Z轴驱动机构中的驱动单元发送包含上升方向和预设转速的控制指令，同时监测构件平台的上升位置，当上升位置达到预设高度位置，或上升距离达到预设距离阈值时，确定完成分离，并向驱动单元发出停止指令。在控制驱动单元使得构件平台下降以调整构件平台与容器底面之间的间距时，所述控制装置基于构件平台与容器底面邻接的初始位置和累积的固化层厚调整所述构件平台与容器底面的间距。其中，所述初始位置是预先标定构件平台贴接于容器底面的位置。例如，从打印3D构件的第一层固化层开始，所述控制装置根据控制驱动单元以使构件平台上升的最高位置相距初始位置之间的高度差h1'，附着在构件平台上的累积固化层的层高h2'，以及当前待固化的固化层层高h3'，计算控制驱动单元以令构件平台下降的高度h＝(h1'-h2'-h3')，并在控制驱动单元下降h高度后，将构件平台停留在相应位置。
需要说明的是，上述控制装置控制驱动单元的方式仅为举例而非对本申请的限制。事实上，控制装置控制驱动单元以调整构件平台与容器底面的间距的方式还可以采用每次上升固定高度h4再按照当前待固化的固化层层高h3'进行下降控制的方式，其中，(h4-h3')高度即为构件平台的下降高度。本领域技术人员可以理解，在上述调整方式的基础上所衍生及改进的其他控制方式也属于本申请的调整示例。
为了实现3D构件的逐层打印，控制装置按照打印顺序逐个向曝光装置提供分层图像。例如，所述控制装置按照当前的分层图像控制激光发射器及振镜组进行图案式扫描。又如，所述控制装置将当前分层图像发送给投影装置以使其将整幅图照射到光固化材料上。
其中，所述3D构件模型文件包括3D构件模型及属性信息，其中，所述3D构件模型被预先横截出多个横截层，每个横截层表面描述了3D模型在相应位置横截后形成的分层图像。所述3D构件模型可以仅包含实体部分，还可以包含支撑部分。其中，所述实体部分是指使用3D打印设备打印的目标三维物体。所述支撑部分用于支撑实体部分以防止其变形，其包括但不限于柱状支撑结构、板状支撑结构、螺旋结构、或网状结构等。所述属性信息可以用于记录3D构件模型各横截层标记，甚至一些自定义参数等。其中，所述自定义参数包括但不限于实体部分中预设结构的起止标记、支撑部分与实体部分的各连接点标记、扫描分层图像的光斑扫描顺序、分层图像中各图像块的曝光顺序等。
在此，所述实体部分可以仅包含所述预设结构，也可以由多种结构组合构成，在这些结构中包含所述预设结构。在此，所述预设结构包括但不限于以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构等。其中，所述腔体结构包括但不限于：全封闭的腔体结构、至少一侧开口的腔体结构等，例如，所述腔体结构为封闭的且留有通孔以便于排出积留在腔体结构中的光固化材料，所述腔体结构的形状并不限于图2中所示，其还可呈任意形状，例如，呈弯曲状、螺旋状、桶状、U形、或C形等。所述形状突变的结构可以是如T型、P型、b型、L型、或星型等在轮廓上存在拐点，甚至在相邻横截面层变化不连续的结构，例如，在横截分层时通常将包含相邻表面的覆盖率小于预设阈值的相邻的两个横截层标记为属于预设结构。所述实体部分中轮廓精度和/或轮廓精细度满足预设要求的结构可以是根据人为设定的实体部分或实体部分中的局部需具有更高的要求而确定的结构，其中，轮廓精度可通过轮廓尺寸准确度来表现，轮廓精细度可通过轮廓细节表现，如尖部处理、和分辨率等(resolution)来表现。例如，所述实体部分为面部个性化模型，又如所述实体部分为人造珠宝、医疗假体等精细物品的模型，其整体结构的轮廓精度要求较高。
以腔体结构为例，由于Z轴驱动机构调整间距时，会产生从加速/匀速下降直到减速停止的阶段，在此阶段受移动速度变化的影响，腔体结构之内与腔体结构之外的液压不相同，从而带来腔体结构中光固化材料的高度与腔体结构外光固化材料受压流动的情况，当控制装置采用控制Z轴驱动机构带动构件平台从预设高度直接下降至与容器底面相距预设间距时停止，随即控制曝光装置照射光固化材料的方式时，将导致腔体结构的内侧壁凸凹不平。在通过逐层打印腔体结构期间，已打印的腔体结构部分呈封闭空间，且该封闭空间仅依靠调整后的间距与外部连通时，该种凸凹不平的情况尤为明显。
上述轮廓凸凹不平的情况在形状突变的结构中的突变位置也尤为明显。例如，如图3所示，按上述打印过程打印包含T型主体区域期间，若第(n-1)层和第n层构成形状突变结构，则在第n层覆盖第(n-1)层的衔接表面处易出现形状或视觉上的差别，比如说出现凸起或者光泽度上出现差异。
同样的，针对表面精度要求较高的3D打印物品，按上述打印过程打印横截面较大、或精细的小物品时，各层的轮廓上也会出现凸凹不平的情况。
为了解决上述问题，当3D构件模型中的实体部分包含预设结构时，在打印至少所述预设结构期间，所述控制装置在每层打印时均执行步骤S130以进行预设结构的判断，再采用步骤S140控制Z轴驱动机构和/或曝光装置以提高累积固化预设结构各固化层期间该预设结构轮廓表面精度和精准度。或者，为避免预设结构未被识别的情况出现，在打印整个实体部分时，所述控制装置根据所接收的指令，执行步骤S140以提高累积固化实体部分各固化层时表面平滑度。
其中，所述控制装置可以基于所接收的控制指令来执行步骤S140。
例如，由技术人员在监测到打印3D构件的预设结构时，通过连接至控制装置的人机交互装置(未予图示)向所述控制装置发出控制指令，则所述控制装置控制Z轴驱动机构和/或曝光装置对应改变调整策略和曝光策略。
又如，所述控制装置基于3D构件模型文件中的属性信息中读取预设结构的标记信息，其中，所述标记信息可包含层数，当所述控制装置待传输至曝光装置的分层图像对应所述标记信息中的层数时，执行步骤S140。
在此，所述步骤S140的具体执行过程可如下描述：
在一种实施方式中，所述控制装置控制Z轴驱动机构按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距。
具体地，所述控制装置可采用以下至少一种方式对Z轴驱动机构进行控制：
1)控制所述构件平台以低于速度门限的速度下降至相距容器底部的间距位置。其中，所述速度门限可以是固定值。或者，所述速度门限是3D打印设备在打印非预设结构期间构件平台移动时的速度最大值。例如，在打印预设结构期间，所述控制装置在每次构件平台下降阶段将Z轴驱动机构中的转速最大值由V1降至V2，使得Z轴驱动机构以较低的转速带动构件平台平缓下降，并最终停在相距容器底面预设间距的位置，其中，V1是3D打印设备在打印非预设结构期间控制Z轴驱动机构的最大转速。停下后，控制装置将相应的分层图像提供给曝光装置，以进行图像照射。
2)采用间歇式下降的控制方式，控制所述Z轴驱动机构将构件平台下降至与所述容器底部相隔预设间距。例如，在打印预设结构期间，所述控制装置在每次构件平台下降阶段，间歇地向Z轴驱动机构中的驱动单元发送包含下降方向的控制指令，在两次控制指令的间歇，向所述驱动单元发送包含停止的控制指令，如此，在所述驱动单元的驱动下，构件平台以如图4所示的行程向容器底面移动，直至位于相距所述容器对面预设间距的位置，其中，构件平台从高度h1降至h2，在t0、t2、t4、t6期间以预设速度下降，在t1、t3、t5期间停止下降。停下后，控制装置将相应的分层图像提供给曝光装置，以进行图像照射。
3)结合上述两种，采用低于速度门限的速度控制构件平台向容器底面移动，并间隔的停歇n毫秒或n秒，其中，n≥1，直到构件平台移动至相距所述容器底面相应间距的位置。停下后，控制装置将相应的分层图像提供给曝光装置，以进行图像照射。
4)控制所述构件平台移动到相距容器底部对应间距，进行一延时计时，并在所述延时后控制曝光装置照射相应分层图像。
在此，所述控制装置控制Z轴驱动机构以带动构件平台移动至相距所述容器底部的预设间距位置的过程可采用：如上述任一种方式，按照打印其他层时的控制方式，以高于或低于等于预设加速度门限的速度变化方式，或上述任意多种方式的组合。例如，控制装置在解析出带有预设结构标记的分层图像时，采用比预设速度门限更低的速度控制构件平台向容器底面移动。又如，为了不延长打印总时长又确保打印出的预设结构的轮廓满足精度和精细度要求，所述控制装置以高于加速度门限的加速度控制Z轴驱动机构中的驱动电机转动，如此压缩了移动耗时，再执行延时操作，使得调整过程的总时长不变甚至缩短。
当所述构件平台停留在相距所述容器底部的预设间距位置时，所述控制装置启动预设的延时计时，其中，该延时计时的时长可预设呈毫秒或秒级。在延时计时结束后，所述控制装置控制所述曝光装置照射对应分层图像，以及控制Z轴驱动机构以带动附着了对应图案固化层的构件平台上升，使得该图案固化层与容器底面分离。例如，如图5所示，若3D构件模型中包含腔体结构，且按照自腔底A1至开口A2的顺序进行逐层打印，则曝光装置和Z轴驱动机构自腔底A1所在分层图像开始直至开口A2所在分层图像为止，逐层的延时照射相应分层图像。
在另一中实施方式中，所述控制装置按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。其中，所述曝光方式根据曝光装置的类型而定。
若曝光装置是包含激光发射器的光学系统，则曝光装置采用扫描光斑的形式将分层图像逐点照射到光固化材料上，所述曝光方式是指光斑扫描的顺序。
具体地，所述光学系统包括如前所述的：激光发射器、位于所述激光发射器输出光路上的透镜组、和位于所述透镜组出光侧的振镜组。所述控制装置根据所接收的指令或所识别的预设结构标记或光斑移动顺序标记，选用预存储的先扫描分层图像的内部区域后扫描轮廓区域的扫描策略进行扫描。其中，所述控制装置可根据光斑尺寸将分层图像分为轮廓区域和内部区域，例如，如图12所示，控制装置按照预设的光斑直径和光斑重叠率沿分层图像轮廓将相距图像轮廓线一个、两个或三个扫描光斑的宽度所覆盖的区域作为轮廓区域(虚线与邻近实线所围成的区域)，其他区域为内部区域(两虚线之间所围成的区域)；接着控制激光发射器持续地或按照光斑位置间歇式发出激光束同时控制振镜组在内部区域内扫描相应的光斑，以固化光固化材料，再控制振镜组和激光发射器扫描轮廓区域。在此，控制装置可按照逐行扫描的扫描策略控制振镜组和激光发射器扫描分层图像的内部区域，并按照沿轮廓线的扫描策略扫描相应轮廓区域。所述控制装置还可以根据所标记的光斑扫描顺序直接控制振镜组和激光发射器执行相应分层图像的扫描操作。
另外，若所述曝光装置是包含DMD芯片和光源阵列的投影装置，则曝光装置采用面曝光方式将分层图像整体照射到光固化材料上，所述曝光方式包括：将分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度，和/或分层图像中先照射内部区域图像块后照射轮廓区域图像块的照射顺序。其中，所述轮廓区域是指将分层图像中轮廓线所经过的像素点所形成的区域，甚至还包括接近轮廓线所经过的像素点的一个或两个像素点所形成的区域，而分层图像中除轮廓区域之外的区域被视为内部区域。控制装置根据所接收的指令或所识别的预设结构标记、能量密度标记和分块照射顺序标记中的至少一种，选用将分层图像照射到光固化材料上。其中，所述控制装置中预存有对应能量密度标记的能量密度，所述能量密度可以用单位面积的灰度和/或光源功率来表示。例如，所述控制装置根据所接收的指令，所述控制装置将分层图像的轮廓线映射到光源阵列的各像素点(即光源)上，将所映射到的像素点作为该分层图像的轮廓区域，以及将轮廓区域以内的各像素点作为内部区域，并按照预设的轮廓区域和内部区域的能量密度分别设置该分层图像中轮廓区域和内部区域各像素点的对应能量密度，再按照相应的能量密度控制光源阵列中的各光源和DMD芯片中的微镜，使得所述分层图像照射到光固化材料上。又如，所述控制装置根据所识别的分层图像中轮廓区域和内部区域的各能量密度标记，控制光源阵列中的各光源的照射功率，并控制DMD芯片中的微镜将相应分层图像照射到光固化材料上。再如，所述控制装置根据所识别的分层图像中轮廓区域和内部区域的各图像块标记，控制光源阵列中的各光源和DMD芯片中的微镜分多次将各图像块照射到光固化材料上，使得对应分层图像的图案固化层经多次照射而形成。
需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述控制Z轴驱动机构和曝光装置的方式可单独实施，也可结合使用，甚至根据实际工程需要在此技术上进行调整。无论采用基于本申请中描述的方案的何种变形，都应视为本申请的具体实施例。
所述3D打印设备中的控制装置通过控制Z轴驱动机构以带动构件平台，以及控制曝光装置固化光固化材料协调工作，实现3D构件模型的实物化打印。
为了减少3D打印设备在打印期间的人工干预，本申请还提供一种3D构件模型的数据处理方法，用于为带有预设结构的3D构件模型的各分层添加标记。具体地，图7示出了本申请在一实施例中的流程图。所述数据处理方法主要由数据处理系统来执行。其中，所述数据处理系统为安装在计算机设备中的软件及硬件。如图8所示，所述计算机设备可以是用户设备或服务器，其包括：存储单元21、处理单元22、以及数据接口23和/或网络接口24等。其中，所述存储单元21用于存储执行所述数据处理方法的程序、基于CAD构建的3D构件模型、和经由所述数据处理方法处理后的3D构件模型文件等。其中，所述3D构件模型可仅包含实体部分，还可以包含支撑部分，在此，所述实体部分是指使用3D打印设备打印的目标三维物体。所述支撑部分用于支撑实体部分以防止其变形，其包括但不限于柱状支撑结构、板状支撑结构、螺旋结构、或网状结构等，所述属性信息可以用于记录3D构件模型各横截层标记，甚至一些自定义参数等。其中，所述自定义参数包括但不限于实体部分中预设结构的起止标记、支撑部分与实体部分的各连接点标记等。
在此，所述存储单元21包括但不限于：内置在计算机设备的存储器、或利用USB接口外接于计算机设备的移动硬盘或U盘等外部存储器。所述处理单元22用于从存储单元21中调取所述程序以执行所述数据处理方法。其中，所述处理单元22包括：CPU，与CPU连接的内存和寄存器等缓存器等。在存储单元21的配合下，所述处理单元22运行程序所执行的方法包括如下步骤：
在步骤S210中，导入3D构件模型。在此，所述3D构件模型包括但不限于基于CAD构建的3D构件模型，其举例为STL文件。所述3D构件模型可通过数据接口23或网络接口24保存在存储单元21中，并由所述处理单元22从存储单元21读取3D构件模型。所导入的3D构件模型中的实体部分可以为任意形状，例如，所述实体部分包括球状、房屋状、齿状、或带有预设结构的任意形状等。其中，所述预设结构包括但不限于以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和对于实体部分中轮廓精度有预设要求的结构等。其中，所述腔体结构包括但不限于：全封闭的腔体结构、至少一侧开口的腔体结构等，例如，所述腔体结构为封闭的且留有通孔以便于排出积留在腔体结构中的光固化材料，所述腔体结构的形状并不限于图2中所示，其可呈任意形状，例如，呈弯曲状、螺旋状、桶状、U形、或C形等。所述形状突变的结构可以是如T型、P型、b型、L型、或星型等在轮廓上存在拐点，甚至在对其分层时相邻横截面变化不连续的结构，其在横截分层时通常包含相邻的两个横截层的相邻表面的覆盖率小于预设阈值。所述对于实体部分中轮廓精度有预设要求的结构可以是根据人为设定的实体部分或实体部分中的局部需具有表面平整度更高的要求而确定的结构，其举例包括横截面积大于预设值的结构，或横截面积小于预设值的结构等，例如，所述实体部分为面部个性化模型，又如所述实体部分为人造珠宝、医疗假体等精细物品的模型，其整体结构的轮廓精度要求较高。
技术人员可借助人机交互装置将3D构件模型导入数据处理程序中，以由处理单元22对3D构件模型进行分层处理，其中，所述处理单元22按照具体程序的指令执行步骤S220，或者直接执行步骤S230。
在步骤S220中，基于所述实体部分表面识别预设结构，和/或调整3D构件模型的摆放方式。
以预设结构为形状突变的结构为例，所述处理单元22可通过识别所述实体部分表面轮廓是否存在预设角度的拐点来确定所述实体部分中是否包含形状突变的结构，若存在相应拐点，则确定其包含形状突变的结构，反之，则确定其不包含形状突变的结构。
以预设结构为腔体结构为例，所述处理单元22可通过识别所述实体部分表面轮廓是否存在开口端来确定所述实体部分中是否包含腔体结构，若存在开口端，则确定其包含腔体结构，反之，则确定其不包含腔体结构。其中，所述开口端为一首尾相接的封闭轮廓线，所述开口端可以是3D构件模型的轮廓内二维平面封闭曲线，如图9所示；也可以为所述轮廓内自二维平面向Z轴弯曲的三维封闭曲线，如图10所示。
当确定包含腔体结构时，所述处理单元22将3D构件模型按照将所识别的腔体结构开口端向下的方式摆放，并执行步骤S230。在此，按照腔体结构开口端向下摆放3D构件模型的方式包括但不限于以下任一种或综合以下多种而确定的方式：1)若3D构件模型沿Z轴(竖直轴向)对称，则将3D构件模型以Z轴为对称轴竖直摆放且腔体结构开口端向下；2)根据腔体结构的横纵比选择将较长轴或较短轴作为Z轴并腔体结构开口端向下的方式摆放3D构件模型；3)根据3D构件模型估计所打印物体的重心，选择重心位置较高且腔体结构开口端向下的方式摆放所述3D构件模型；4)人工摆放3D构件模型等。
需要说明的是，所述腔体结构的开口端可以朝向其他方向，选择将腔体结构的开口端向下摆放，有利于令3D构件的实体部分均匀分配重量，以减少3D构件中对实体部分的支撑部分的支撑面积和支撑数量。
所述处理单元22可将按照导入实体部分时的摆放方式执行步骤S230，或者由技术人员将标记有预设结构的3D构件模型按打印需要摆放后交由处理单元22执行步骤S230。
需要说明的是，所述打印方法可在分层前仅执行调整摆放方式的步骤，而识别预设结构的步骤在分层期间或分层之后执行。
在步骤S230中，将3D构件模型进行分层处理，以将所述3D构件模型划分成多个横截层，每个横截层上描述有3D构件模型相应横截面的分层图像。
具体地，所述处理单元22将3D构件模型沿Z轴(竖直方向)自上而下进行横截划分，其中，在每相邻横截划分的横截面层上形成由3D构件模型的轮廓所勾勒的横截面图形，其中，所述横截面图形视为用于3D打印设备的投影装置照射的分层图像。在所述横截面层足够薄的情况下，我们认定所述横截面层上横截表面和下横截表面的轮廓线是一致的。每个横截面层的层高可以相等或不等。例如，按照预设的层高，将3D构件模型按照自上而下的打印顺序进行分层。又如，在公开的US6084980中描述了对3D构件按照打印顺序进行分层的方式，在此整体引为参考。
在步骤S240中，将描述所述预设结构的至少一个分层图像进行标记。
具体地，所述处理单元22在对3D构件模型逐层划分期间或划分之后，执行步骤S240中的子步骤S241：基于相邻的多个分层图像的轮廓变化和/或至少一个分层图像的横截面积，确定所述预设结构的分层图像。
以及子步骤S242，将构成所述预设结构的至少一个分层图像进行标记。
以所述预设结构是腔体结构为例，如图11所示，所述处理单元22识别第一个分层图像是否包含与图像外轮廓E1不相交且被所述外轮廓包围的内轮廓E2，若是，则将第一个分层图像设为起始分层图像，若不存在所述内轮廓，则从第二个分层图像开始，将后一个分层图像与前一个分层图像的轮廓进行轮廓差异的识别，若所识别的结果为：前一个分层图像中不包含内轮廓线且后一个分层图像包含内轮廓线，则确定后一分层图像为腔体结构的起始分层图像，继续对相邻的分层图像轮廓进行识别，直到所识别的结果为：后一个分层图像中不包含内轮廓线且前一个分层图像包含内轮廓线，或者后一个分层图像为3D构件模型的最后一个分层图像，则确定前一分层图像或最后一个分层图像为所述腔体结构的结束分层图像。分层后的3D构件模型被保存在3D构件模型文件中，该文件中还包括属性信息。所述属性信息可以用于记录3D构件模型各横截层标记，甚至一些自定义参数等。其中，所述自定义参数包括但不限于：实体部分中预设结构的起止标记、支撑部分与实体部分的各连接点标记、扫描分层图像的光斑扫描顺序、分层图像中各图像块的曝光顺序等。所述属性信息可配置在单独文件中，或附加在3D构件模型文件头的描述信息中。在某些实施方式中，所述属性信息针对预设结构的各标记信息可仅标记在预设结构的起始横截层和结束横截层，3D打印设备可通过解析起始横截层和结束横截层来确定在两横截层之间的所有横截层均具有标记。如此，有效精简属性信息的信息量。
以所述预设结构为形状突变结构为例，所述处理单元22比较划分实体区域内相邻分层图像的面积覆盖率，若面积覆盖率低于预设覆盖门限，则将该两个相邻分层图像进行标记。
再以所述预设结构为横截面积大于预设面积阈值的结构为例，所述处理单元22基于分层图像像素点的数量确定每次横截划分的实体部分的横截面积，当所确定的横截面积大于预设面积阈值，则将相应分层图像进行标记。
在另外的某些实施方式中，当确定了实体部分包含预设结构后，所述处理单元22执行步骤S140的方式还可以如子步骤S243所示。为此，所述计算机设备还包含人机交互单元，所述人机交互单元与处理单元22相连，以将技术人员所输入的指令提供给处理单元22，以及将处理单元22所分层的3D构件模型展示给技术人员。其中，所述人机交互单元包括但不限于：触屏，显示器、鼠标和键盘，语音输入输出模块，画板输入端等。
在子步骤S243中，基于所获取的针对预设结构的标记指令，将所指令的分层图像进行标记，其中，所述标记指令基于所述腔体结构所在分层图像而产生。
在进行分层期间或分层之后，通过人机交互单元，所述处理单元22将3D构件展示给技术人员，由技术人员监测对已分层的分层图像的轮廓，并在监测到预设结构的各分层图像时，发出对应的标记指令，则处理单元22基于所接收的标记指令将从对应的各分层图像进行预设结构的标记；或者，处理单元22仅在所指示的起始分层图像和结束分层图像进行标记，使得3D打印设备根据所述起始分层图像和结束分层图像的标记信息来确定其间的所有分层图像均具有预设结构的标记。
或者，在所述处理单元22按照步骤S241方式确定预设结构的各分层图像时，产生所述标记指令，并根据所述标记指令在预设结构的各分层图像中进行标记。
在某些实施方式中，所述处理单元22还根据用户所勾选的曝光装置类型对预设结构中各横截层的分层图像进行曝光标记。
若曝光装置类型为激光扫描类型，则处理单元22将描述所述预设结构的各分层图像按照先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序标记各区域中的光斑扫描顺序。
具体地，处理单元22将所识别出的属于预设结构的各分层图像按照轮廓区域和内部区域进行划分，再按照预设的内部区域的光斑扫描顺序设置所划分的内部区域的各光斑扫描顺序，以及按照预设的轮廓区域光斑扫描顺序设置所划分的轮廓区域的各光斑扫描顺序，其中，内部区域的各光斑扫描顺序在轮廓区域的各光斑扫描顺序之前。在此，处理单元22可根据光斑尺寸将分层图像分为轮廓区域和内部区域，例如，如图12所示，处理单元22按照预设的光斑直径和光斑重叠率沿分层图像轮廓将相距图像轮廓线一个、两个或三个扫描光斑的宽度所覆盖的区域作为轮廓区域(虚线与邻近实线所围成的区域)，其他区域为内部区域(两虚线之间所围成的区域)。所述预设的内部区域的光斑扫描顺序举例为逐行扫描、逐列扫描、蛇形扫描中的一种。所述预设的轮廓区域光斑扫描顺序举例为逐行扫描、逐列扫描、蛇形扫描、围绕内部区域的轮廓扫描中的一种。所述处理单元22将所设置的光斑扫描顺序进行标记并保存在3D构件模型文件中。
若曝光装置类型为投影类型，则所述处理单元22将描述所述预设结构的各分层图像按照内部区域和轮廓区域进行分块，并按照先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序标记同一分层图像中各图像块的照射顺序；和/或将描述所述预设结构的各分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度进行标记。其中，该轮廓区域是指将分层图像中轮廓线所经过的像素点所形成的区域，甚至还包括接近轮廓线所经过的像素点的一个或两个像素点所形成的区域，而分层图像中除轮廓区域之外的区域被视为内部区域。
在一种更为具体的示例中，处理单元22根据所识别出的分层图像的轮廓线确定相应的轮廓区域和内部区域，并将相应分层图像进行分块处理和标记曝光时的分块曝光顺序。
在另一种更为具体的示例中，处理单元22将分层图像的轮廓线或轮廓区域标记为第一能量密度标记，将分层图像的其他区域标记为第二能量密度标记。如此，3D打印设备根据第一能量密度标记控制经由轮廓线或轮廓区域的光源使用较低的功率，根据第二能量密度标记控制分层图像中的其他光源使用较高的功率。
需要说明的是，本领域技术人员可在本申请所述的曝光标记的基础上进行改进，或结合上述两种曝光标记进行改进，但其改进仍属于本申请的实施例。所述处理单元22将所设置的分块曝光顺序标记和/或能量密度标记保存在3D构件模型文件中。
附加了标记信息的3D构件模型以3D构件模型文件的形式提供给3D打印设备，以便所述3D打印设备按照所述3D构件文件所提供的数据和信息进行逐层打印。
本申请虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本申请技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种3D打印方法，应用于包括具有透明底部的容器及构件平台的3D打印设备中，其特征在于，所述3D打印方法包括：
调整所述构件平台与所述容器底部的间距以在所述容器底部填充待固化的光固化材料；
将3D构件模型中的分层图像照射到所填充的光固化材料以获得图案固化层；
重复上述各步骤以在所述构件平台上累积图案固化层以形成对应的3D构件；
在打印所述3D构件中实体部分的预设结构期间，按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构；
其中，所述预设结构的调整方式调整构件平台与容器底部的间距的步骤包括以下至少一种：
采用间歇式下降的控制方式，控制所述构件平台下降至与所述容器底部相隔预设间距；
控制所述构件平台以低于速度门限的速度下降至相距容器底部的间距位置；以及
控制所述构件平台移动到相距容器底部对应间距，并进行一延时计时，以便在所述延时后照射相应分层图像；
其中，所述按照对应预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上的方式包括：
按照将分层图像先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序照射光固化材料；或者
将分层图像调整成其中的轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度，以及将调整后分层图像照射到光固化材料上。
2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，基于所接收的对应预设结构的控制指令或所识别出的预设结构的标记信息，按照对应所述预设结构的调整方式调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层。
3.一种3D打印设备，其特征在于，包括：
具有透明底部的容器，盛放待固化的光固化材料；
曝光装置，面向所述透明底部照射，用于将3D构件模型中的分层图像照射光固化材料以获得图案固化层；曝光装置包括：DMD芯片、和光源阵列；构件平台，用于附着经所述曝光装置照射后被固化的图案固化层，以便经由所述图案固化层积累形成3D构件；
Z轴驱动机构，与所述构件平台连接，用于调整所述构件平台与所述容器底部的间距以在所述容器底部填充待固化的光固化材料；
控制装置，与所述Z轴驱动机构和曝光装置均相连，用于控制所述Z轴驱动机构和曝光装置打印所述3D构件，其中，在打印所述3D构件中实体部分的预设结构期间，按照对应所述预设结构的调整方式控制所述Z轴驱动机构调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置将相应的分层图像照射到光固化材料上以获得对应的图案固化层，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构；
其中，控制装置按照对应所述预设结构的调整方式控制所述Z轴驱动机构调整所述构件平台与容器底部间距的方式包括以下至少一种：
采用间歇式下降的控制方式，控制所述构件平台下降至与所述容器底部相隔预设间距；
控制所述构件平台以低于速度门限的速度移动至相距容器底部的间距位置；以及
控制所述构件平台移动到相距容器底部对应间距，并进行一延时计时，以便在所述延时后照射相应分层图像；
其中，所述控制装置基于分层图像中的轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度控制所述光源阵列和DMD芯片将调整后分层图像照射到光固化材料上；和/或
所述控制装置基于分层图像先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序控制所述光源阵列和DMD芯片分块照射光固化材料。
4.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述控制装置用于基于所接收的对应预设结构的控制指令或所识别出的预设结构的标记信息，按照对应所述预设结构的调整方式控制所述Z轴驱动机构调整所述构件平台与容器底部间距，和/或按照对应所述预设结构的曝光方式控制所述曝光装置将相应的分层图像照射到光固化材料上。
5.根据权利要求3或4所述的3D打印设备，其特征在于，所述曝光装置包括：激光发射器、位于所述激光发射器输出光路上的透镜组、和位于所述透镜组出光侧的振镜组；
所述控制装置基于分层图像先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序控制所述激光发射器和振镜组扫描光固化材料。
6.一种3D构件模型的数据处理方法，其特征在于，包括：
将3D构件模型进行分层处理，以将所述3D构件模型划分成多个横截层，每个横截层上描述有3D构件模型相应横截面的分层图像；其中，所述3D构件模型包括：包含预设结构的实体部分，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构；
将描述所述预设结构的至少一个分层图像进行标记以得到标记的分层图像，以便3D打印设备按照包含有所述分层图像的3D构件模型的数据进行逐层打印；
其中，所述将描述预设结构的至少一个分层图像进行标记的步骤包括以下至少一种：
基于相邻的多个分层图像的轮廓变化或至少一个分层图像的横截面积，确定所述预设结构的分层图像，将构成所述预设结构的至少一个分层图像进行标记；或
基于所获取的标记指令，将所指示的分层图像进行标记，其中，所述标记指令基于所述预设结构而产生；
其中，对所述预设结构的分层图像的标记步骤还包括将描述所述预设结构的各分层图像按照先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序标记各区域中的光斑扫描顺序；或
将描述所述预设结构的各分层图像按照内部区域和轮廓区域进行分块，并按照先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序标记同一分层图像中各图像块的照射顺序；和/或
将描述所述预设结构的各分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度进行标记。
7.根据权利要求6所述的3D构件模型的数据处理方法，其特征在于，还包括调整3D构件模型摆放方式的步骤，以将所述3D构件模型按照所摆放的方式进行分层处理。
8.根据权利要求6所述的3D构件模型的数据处理方法，其特征在于，还包括基于所述实体部分表面识别预设结构的步骤。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储单元，用于存储3D构件模型和数据处理程序；其中，所述3D构件模型包括：包含预设结构的实体部分，所述预设结构包括以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构；
处理单元，用于执行所述数据处理程序以将所述3D构件模型进行数据处理，其中，所述数据处理的过程包括：
将3D构件模型进行分层处理，以将所述3D构件模型划分成多个横截层，每个横截层上描述有3D构件模型相应横截面的分层图像；
将描述所述预设结构的至少一个分层图像进行标记以得到标记的分层图像，以便3D打印设备按照包含有所述分层图像的3D构件模型的数据进行逐层打印；
其中，所述处理单元将描述预设结构的至少一个分层图像进行标记的方式包括以下至少一种：
基于相邻的多个分层图像的轮廓变化或至少一个分层图像的横截面积，确定所述预设结构的起始分层图像和结束分层图像；
将所述起始分层图像和结束分层图像、或所述起始分层图像和结束分层图像之间的各分层图像进行标记；
基于所获取的标记指令，将所指示的分层图像进行标记，其中，所述标记指令基于所述预设结构而产生；
其中，所述处理单元执行的步骤还包括将描述所述预设结构的各分层图像按照先扫描内部区域后扫描轮廓区域的顺序标记各区域中的光斑扫描顺序；或
将描述所述预设结构的各分层图像按照内部区域和轮廓区域进行分块，并按照先照射内部区域后照射轮廓区域的顺序标记同一分层图像中各图像块的照射顺序；和/或
将描述所述预设结构的各分层图像中轮廓区域的能量密度低于内部区域的能量密度进行标记。
10.根据权利要求9所述的计算机设备，其特征在于，所述处理单元还用于执行所述分层程序中调整3D构件模型的摆放方式的步骤，以将所述3D构件模型按照所摆放的方式进行分层处理。
11.根据权利要求9所述的计算机设备，其特征在于，所述处理单元还用于执行所述分层程序中基于所述实体部分表面识别预设结构的步骤。
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