CN108189388B - 用于3d打印机x-y成型面缩放比的调试模型和校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于3D打印机X‑Y成型面缩放比的调试模型和校准方法，该校准方法包括：打印出粗测模型，该粗测模型具有一个矩形面和设置在该矩形面的四个角落处的四个光标，这四个光标之间的距离提供调试依据；根据粗测模型的点距测量，校准光机的平行度，并确定光机与成型面的光程；打印出细测模型，该细测模型具有若干细测单元，每个细测单元具有一个长方体和向上突伸地设置在该长方体的顶面的两端的两个塔尖，这两个塔尖之间的距离提供调试依据；结合光机本身的物理参数，确定X‑Y成型面两方向各自对应的精确缩放比数值。该方法高效、易于操作，最大化确保了成型件的尺寸精度等级。

Description

用于3D打印机X-Y成型面缩放比的调试模型和校准方法

技术领域

本发明涉及3D打印快速成型，尤其涉及3D打印快速成型的调试模型和校准方法。

背景技术

自上世纪八十年代以来，激光快速成型技术以其快速个性化制造、高精度制造、绿色制造等多重优势，广泛应用于健康医疗、珠宝首饰、教育创新及航空航天等领域。激光快速成型是一种基于激光高精度投影对光敏树脂进行逐层固化成型的3D打印技术。激光光源作为快速成型技术的主要动力来源，其在成型平面投影(在加工过程中)尺寸的精度将直接影响着加工模型最终的精度等级及成型件的结构性能。

光固化3D打印机由于其实际调试光程值与标准设计光程值存在一定偏差，导致其在成型面上的投影面积与标准设计成型幅面存在细微偏差，进而最终影响模型打印实际尺寸，因此，必须在X-Y成型面对打印模型数据进行一定比例的缩放补偿，以最终达到模型尺寸精确化展现的目的。故，在DLP(Digital Light Processing，数字光处理)或SLA(Stereolithograph，立体光刻)激光快速成型3D打印机调试校正过程中，确立一套科学、系统的X-Y成型面尺寸测试模型及补偿方法显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的调试模型和校准方法，能够有效确保成型件尺寸的精度等级，精确化展现模型的外观设计尺寸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的调试模型，所述调试模型包括粗测模型和细测模型；其中，该粗测模型包括一个矩形面以及设置在该矩形面的四个角处的四个光标，通过测量打印的四个光标中心点之间的距离，为调试光机与成型面之间的光程，及其两者间的平行度提供依据；该细测模型包括若干细测单元，每个细测单元包括一个长方体和向上突伸地设置在该长方体顶面两端的两个塔尖，通过测量打印细测单元的两个塔尖中心点之间的距离，调试及精确化在成型面上的缩放比。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还是：一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的校准方法，包括：

打印出粗测模型，该粗测模型包括一个矩形面和设置在该矩形面的四个角落处的四个光标，这四个光标之间的距离提供调试依据；

根据粗测模型的点距测量，确定与调整光机和成型面之间的平行度，并确定光机与成型面的光程；

打印出细测模型，该细测模型包括若干细测单元，每个细测单元具有一个长方体和向上突伸地设置在该长方体的顶面的两端的两个塔尖，这两个塔尖之间的距离提供细测缩放比的调试依据；

结合光机本身的物理参数，确定X-Y成型面两方向各自对应的精确缩放比数值。

本发明的有益效果在于，通过巧妙地采用粗测模型实现初步校准，再采用细测模型实现精准校准，能够有效确保成型件尺寸的精度等级，精确化展现模型的外观设计尺寸；该方法高效、易于操作，最大化确保了成型件的尺寸精度等级。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的校准方法的流程图。

图2是本发明的调试模型中的粗测模型的结构示意图。

图3是本发明的调试模型中的细测模型的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

参见图1，图1是本发明的校准方法的流程图。本发明提出一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的校准方法，该方法包括以下步骤：

S101、打印出粗测模型。

S103、根据粗测模型的各“十字光标”中心点之间的距离测量及偏差比较，确定与调整光机和成型面之间的平行度，并确定光机与成型面的光程。

S105、打印出细测模型。

S107、结合光机本身的物理参数及其打印出模型的尺寸分析，确定X-Y成型面两方向各自对应的精确缩放比数值。

参见图2和图3，图2是本发明的调试模型中的粗测模型的结构示意图。图3是本发明的调试模型中的细测模型的结构示意图。本发明提出一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的调试模型，该调试模型包括：粗测模型1和细测模型2。

参见图2，粗测模型1为设定矩形11，该设定矩形11的四个顶点上分别设有四个带十字光标A、B、C、D。四个十字光标A、B、C、D的中心点之间的距离及其两两对边之间距离的偏差，能够很好的评估光机与成型面的平行度及其两者之间的光程值。在其他实施例中，将十字光标变换为Y形光标，X形光标，也是可以的。

参见图3，细测模型2由六个细测单元21、22、23、24、25、26组成。每个细测单元21、22、23、24、25、26为带两个塔尖T1、T2的长方体结构。两个塔尖T1、T2在长方体的顶侧面的两端，向上突伸。在本实施例中，塔尖T1、T2是锥度为30度的倒立四棱锥的锥尖。具体地，三个细测单元21、22、23是沿Y轴延伸、在X轴上间隔排布的。三个细测单元24、25、26是沿X轴延伸、在Y轴上间隔排布的。

以下，结合图1、图2和图3，对本发明的调试模型和校准方法予以更详尽说明。本发明的校准方法包括粗测、细调两部分组成。

首先，采用数据粗测模型1在3D打印机成型平面上，打印出相应带十字光标A、B、C、D实体粗测模型。通过测量光标A、B、C、D的中心点之间的距离，可以确定光机投影与打印平面是否处于平行位置。具体地，当AB两个光标的中心点的距离与CD两个光标的中心点的距离差＜20μm，且AB两个光标的中心点的长度、CD两个光标的中心点的长度与设计投影面的长度＜50μm；同时，AC两个光标的中心点的距离与BD两个光标的中心点的距离＜20μm时，且AC两个光标的中心点的长度、BD两个光标的中心点的长度与设计投影面的宽度＜50μm时，可认为光机与成型面趋于平行，且光机的与投影面的光程距离初步确认。

其次，细调模型2由一系列细测单元21、22、23、24、25、26组成。细调模型2是在初步调试(粗调)完成的情况下，在粗调好的3D打印机上，进一步依细测模型数据打印出实体模型。然后，通过二次元测量细测单元21、22、23、24、25、26上的两个塔尖T1、T2之间的距离，按照设定的算法，逐步调整3D打印机X、Y方向的具体缩放比例数值。

值得一提的是，本发明选用粗测、细测两级测试，可以有效保障X-Y缩放比调试的系统性、精确性。选用带有十字光标A、B、C、D的图形作为粗调模型1，可快捷、准确的测量两两光标之间的距离，有效地确保光机与成型面11处于平行状态且光程初步确认，有效地防止打印过程中扭曲、变形失真。选用一系列带塔尖T1、T2的长方体的细测单元21、22、23、24、25、26作为细调模型，可以有效保障测试过程的准确性、及X-Y成型面向的全面覆盖性，为后续逐步精确确定X-Y的缩放比提供可靠有效地数据支撑。

实施例一

按照粗调模型1和细调模型2，分别设计数据模型和分层存储打印数据包，选用一台DLP 3D打印机、一款光固化模型树脂，在DLP 3D打印机的成型平台上，按照粗调模型1的数据打印出四个十字光标A、B、C、D，然后取下成型平台，在二次元下，测量四个十字光标A、B、C、D的中心点之间的距离，根据光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差，以及光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差，调整前后、左右的光机的俯仰角度，直至光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差＜20μm，且AB之间距离与设计尺寸<50μm；同时，光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差＜20μm，且AC之间距离与设计尺寸<50μm，即可确定光机的准确安装角度。

然后，设计一组两个塔尖T1、T2之间的距离为30mm的细调模型数据，在粗调完成的3D打印机上，将细调模型2打印出来，测量每一个带塔尖T1、T2的长方体上的两个塔尖T1、T2之间的实际距离值，根据所测距离值，确定具体的缩放比。试验数据见下表。

首先，在二次元下，分别测量X轴方向的三个细测单元21、22、23和Y轴方向的三个细测单元24、25、26上的两个塔尖T1、T2之间的距离值，并计算各轴测量平均值。

然后，再计算出各轴方向测量平均值与理论设计值之间的缩放倍数(缩放比，根据光机本身的物理偏差半个像素的尺寸为0.0375mm，得到小数点后面精确到3位即可)。将计算出相应的各轴对应的缩放比输入机器。最后，在调好的机器上打印模型测量精度，其精度等级X＜50μm，Y＜50μm。

实施例二

按照粗调、细调模型分别设计数据模型、分层存储打印数据包，选用一台SLA 3D打印机、一款光固化模型树脂，在SLA 3D打印机成型平台上，按照粗调模型数据打印出四个十字光标A、B、C、D，然后取下成型平台，在二次元下，测量四个十字光标顶点A、B、C、D的中心点之间的距离，根据光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差，以及光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差，调整前后、左右的光机的俯仰角度，直至光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差＜20μm，且AB之间距离与设计尺寸<50μm；同时，光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差＜20μm，且AC之间距离与设计尺寸<50μm，即可确定光机的准确安装角度。

然后，在粗调完成的3D打印机上将细调模型打印出来，测量每一个带塔尖长方体上两塔尖之间的距离，根据所测距离确定具体的缩放比。试验数据见下表。

首先，在二次元下，分别测量X轴方向的三个细测单元21、22、23和Y轴方向的三个细测单元24、25、26上的两个塔尖T1、T2之间的距离值，并计算各轴测量平均值。

然后，再计算出各轴方向测量平均值与理论设计值之间的缩放倍数(缩放比，根据光机本身的物理偏差半个像素的尺寸为0.025mm，得到小数点后面精确到4位即可)。将计算出相应的各轴对应的缩放比输入机器。最后，在调好的机器上打印模型测量精度，其精度等级X＜50μm，Y＜50μm。

实施例三

按照粗调、细调模型分别设计数据模型、分层存储打印数据包，选用一台SLA 3D打印机、一款光固化模型树脂，在SLA 3D打印机成型平台上，按照粗调模型数据打印出四个十字光标A、B、C、D，然后取下成型平台，在二次元下，测量四个十字光标A、B、C、D的中心点之间的距离，根据光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差，以及光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差，调整前后、左右的光机的俯仰角度，直至光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差＜20μm，且AB之间距离与设计尺寸<50μm；同时，光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差＜20μm，且AC之间距离与设计尺寸<50μm，即可确定光机的准确安装角度。

然后，设计一组两塔间的距离为40mm的细调模型数据，在粗调完成的3D打印机上将细调模型打印出来，测量每一个带塔尖长方体上两塔尖之间的实际距离值，根据所测距离值确定具体的缩放比。试验数据见下表。

首先，在二次元下，分别测量X轴方向的三个细测单元21、22、23和Y轴方向的三个细测单元24、25、26上的两个塔尖T1、T2之间的距离值，并计算各轴测量平均值。

然后，再计算出各轴方向测量平均值与理论设计值之间的缩放倍数(缩放比，根据光机本身的物理偏差半个像素的尺寸为0.025mm，得到小数点后面精确到4位即可)。将计算出相应的各轴对应的缩放比输入机器。最后，在调好的机器上打印模型测量精度，其精度等级X＜50μm，Y＜50μm。

实施例四

按照粗调、细调模型分别设计数据模型、分层存储打印数据包，选用一台DLP 3D打印机、一款光固化模型树脂，在DLP 3D打印机成型平台上，按照粗调模型数据打印出四个十字光标A、B、C、D，然后取下成型平台，在二次元下，测量四个十字光标A、B、C、D的中心点之间的距离，根据光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差，以及光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差，调整前后、左右的光机的俯仰角度，直至光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差＜20μm，且AB之间距离与设计尺寸<50μm；同时，光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差＜20μm，且AC之间距离与设计尺寸<50μm，即可确定光机的准确安装角度。

然后，设计一组两塔间的距离为40mm的细调模型数据，在粗调完成的3D打印机上将细调模型打印出来，测量每一个带塔尖长方体上两塔尖之间的实际距离值，根据所测距离值确定具体的缩放比。试验数据见下表。

首先，在二次元下，分别测量X轴方向的三个细测单元21、22、23和Y轴方向的三个细测单元24、25、26上的两个塔尖T1、T2之间的距离值，并计算各轴测量平均值。

然后，再计算出各轴方向测量平均值与理论设计值之间的缩放倍数(缩放比，根据光机本身的物理偏差半个像素的尺寸为0.025mm，得到小数点后面精确到4位即可)。将计算出相应的各轴对应的缩放比输入机器。最后，在调好的机器上打印模型测量精度，其精度等级X＜50μm，Y＜50μm。

实施例五

按照粗调、细调模型分别设计数据模型、分层存储打印数据包，选用一台DLP 3D打印机、一款光固化模型树脂，在DLP 3D打印机成型平台上，按照粗调模型数据打印出四个十字光标A、B、C、D，然后取下成型平台，在二次元下，测量四个十字光标A、B、C、D的中心点之间的距离，根据光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差，以及光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差，调整前后、左右的光机的俯仰角度，直至光标A与光标B之间的距离和光标C与光标D之间的距离之差＜20μm，且AB之间距离与设计尺寸<50μm；同时，光标A与光标C之间的距离和光标B与光标D之间的距离之差＜20μm，且AC之间距离与设计尺寸<50μm，即可确定光机的准确安装角度。

然后，设计一组两塔间的距离为50mm的细调模型数据，在粗调完成的3D打印机上将细调模型打印出来，测量每一个带塔尖长方体上两塔尖之间的实际距离值，根据所测距离值确定具体的缩放比。试验数据见下表。

首先，在二次元下，分别测量X轴方向的三个细测单元21、22、23和Y轴方向的三个细测单元24、25、26上的两个塔尖T1、T2之间的距离值，并计算各轴测量平均值。

然后，再计算出各轴方向测量平均值与理论设计值之间的缩放倍数(缩放比，根据光机本身的物理偏差半个像素的尺寸为0.0375mm，得到小数点后面精确到4位即可)。将计算出相应的各轴对应的缩放比输入机器。最后，在调好的机器上打印模型测量精度，其精度等级X＜50μm，Y＜50μm。

本发明通过粗调、细测两级测试校准，可以实现对模型打印尺寸的精确化控制。通过粗调设计模型的点距精确测量，可快速调整光机的平行度及确定光机与成型面的光程；进一步，通过多组细测设计模型，结合光机本身的物理参数可快速确定X-Y成型面两方向各自对应的精确缩放比数值，进而可有效控制模型的打印精度偏差。测试方法符合逐级校准，合理调试、精确补偿的思路；设计模型遵从精准模拟、简便易操作的原则。该方法可有效的保障打印模型尺寸精度等级。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的调试模型，其特征在于，所述调试模型包括粗测模型和细测模型；其中，该粗测模型包括一个矩形面以及设置在该矩形面的四个角处的四个光标，通过测量打印的四个光标中心点之间的距离，为调试光机与成型面之间的光程及其两者间的平行度提供依据；该细测模型包括若干细测单元，每个细测单元包括一个长方体和向上突伸地设置在该长方体顶面两端的两个塔尖，通过测量打印细测单元的两个塔尖中心点之间的距离，调试及精确化在成型面上的缩放比。

2.根据权利要求1所述的调试模型，其特征在于：每个细测单元包括向上突伸地设置在该长方体的倒立四棱锥，该倒立四棱锥的锥尖构成所述的塔尖。

3.根据权利要求1或2所述的调试模型，其特征在于：该细测模型包括多个沿Y轴延伸、在X轴上等距间隔排布的第一细测单元，以及多个沿X轴延伸、在Y轴上等距间隔排布的第二细测单元。

4.根据权利要求3所述的调试模型，其特征在于：通过分别测量打印的多个第一细测单元和多个第二细测单元的两塔尖中心点之间的距离，调试及精确化在成型面X轴方向和Y轴方向的缩放比。

5.一种用于3D打印机X-Y成型面缩放比的校准方法，其特征在于，包括：

打印出粗测模型，该粗测模型包括一个矩形面和设置在该矩形面的四个角落处的四个光标，这四个光标之间的距离提供调试依据；

根据粗测模型的点距测量，确定与调整光机和成型面之间的平行度，并确定光机与成型面的光程；

打印出细测模型，该细测模型包括若干细测单元，每个细测单元具有一个长方体和向上突伸地设置在该长方体的顶面的两端的两个塔尖，这两个塔尖之间的距离提供细测缩放比的调试依据；

结合光机本身的物理参数，确定X-Y成型面两方向各自对应的精确缩放比数值。

6.根据权利要求5所述的校准方法，其特征在于：每个光标为十字光标，两个光标之间的距离是指两个光标的中心点之间的距离。

7.根据权利要求5所述的校准方法，其特征在于：每个细测单元包括向上突伸地设置在该长方体的倒立四棱锥，该倒立四棱锥的锥尖构成所述的塔尖。

8.根据权利要求5至7任一项所述的校准方法，其特征在于：该细测模型包括多个沿Y轴延伸、在X轴上等距间隔排布的第一细测单元，以及多个沿X轴延伸、在Y轴上等距间隔排布的第二细测单元。

9.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于：通过分别测量打印的多个第一细测单元和多个第二细测单元的两塔尖中心点之间的距离，调试及精确化在成型面X轴方向和Y轴方向的缩放比。

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