CN109532003A - 一种用于3d光固化打印的模糊带拼接打印方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于3D光固化打印的模糊带拼接打印方法及设备，其用于多个扫描振镜的拼接打印，步骤为：S1、构建待打印物体的三维模型数据，并将三维模型数据离散化，得到若干个层模型；S2、针对每一层层模型根据多个扫描振镜的位置分布，将层模型划分为多个相对应的区域，每个区域分别生成扫描线；S3、在相邻两个区域的邻接处，设置一段模糊带；S4、获得(0,1)区间内的随机数，将每一随机数对应模糊带扫描线上的一个点，点为拼接点；S5、每个区域对应的扫描振镜，均扫描打印至区域的拼接点处，直至打印完成。本发明，用于多个扫描振镜拼接打印大型物体，解决了大型物体难以打印的难题，并且打印的物体在邻接处不容易断裂，确保打印物体的质量。

Description

一种用于3D光固化打印的模糊带拼接打印方法及设备

技术领域

本发明涉及一种用于3D光固化打印的模糊带拼接打印方法及设备。

背景技术

3D光固化打印技术是一种利用激光照射光敏树脂材料，使液态树脂快速凝固成产品形状的产品快速成型技术；其以数字模型为基础，以液态光敏树脂为材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

3D光固化打印，在开始"打印"物体前，需要获得待打印物体的三维模型数据，再将三维模型进行切片，得到每一层需要打印的层模型。每一层模型通过设定打印参数，生成紫外激光扫描路径的光栅扫描线。再通过紫外激光会沿着各个层模型的光栅扫描线，对液态树脂进行逐条扫描，被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应，由线逐渐形成面，最终形成零件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。

如今，3D光固化打印技术应用已普遍存在，其优势显而易见，如打印精度高，结构精细和复杂的零件制作方便等。

但是，目前的3D打印，通常为一个扫描振镜进行扫描，一个扫描振镜能够移动并扫描到的位置有限，这就造成了打印物体大小的限制。遇到较大型的打印物体时，一个扫描振镜难以完成，于是，需要通过多个扫描振镜进行拼接打印，现有的拼接打印中，两相邻的扫描振镜，依区域划分各自独立扫描，然后在区域的邻接处粘接；其区域划分的邻接处，通常为直线或者光滑的弧线，导致，打印的物体在邻接处容易有断裂的现象。因此，多个扫描振镜的拼接打印，还没有被广泛使用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于3D光固化打印的模糊带拼接打印方法及设备，其用于多个扫描振镜拼接打印大型物体，打印的物体在邻接处不容易断裂，确保打印物体的质量和强度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于3D光固化打印的模糊带拼接打印方法，其用于多个扫描振镜的拼接打印，包括以下步骤：

S1、构建待打印物体的三维模型数据，并将三维模型数据离散化，得

到若干个层模型；

S2、针对每一层层模型，根据多个扫描振镜的位置分布，将层模型划分为多个相对应的区域，每个区域分别生成扫描线；

S3、在相邻两个区域的邻接处，设置一段模糊带，并生成模糊带扫描线；

S4、获得(0,1)区间内的随机数，将每一随机数对应模糊带扫描线上的一个点，点为拼接点；

S5、每个区域对应的扫描振镜，均扫描打印至区域的拼接点处，直至打印完成。

本发明中，通过在两个扫描振镜对应的扫描区域中，设置一段两个扫描振镜均能扫描到的模糊带，在模糊带区域生成扫描线，通过获得(0，1)范围内的随机数，根据扫描线模长与相对应随机数的比例关系来确定扫描线上的随机拼接点，扫描振镜依次扫描至拼接点处。由于拼接点的位置为随机产生，并分布于模糊带的任意位置，使得每个层模型中的拼接点的连线(粘接线)为B样条曲线，打印物体的粘接面为B样条曲面，从而，打印的物体不容易断裂，确保打印物体的质量。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S2和步骤S3中，扫描振镜的设置与划分的区域一一对应设置，相邻两个区域的扫描振镜，均能扫描至模糊带的任意位置，使得拼接点可以设置于模糊带中的任意位置处。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S3中，模糊带的宽度为1-5mm，模糊带的宽度，可以根据打印物体的力学性能要求进行设定，力学性能要求高的，可以设置较宽的模糊带，反之，可较窄。较窄的模糊带打印时，每个扫描振镜对应扫描的区域就宽一些，相同数量的扫描振镜就可以打印更大面积的物体。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S4中，(0，1)区间内的随机数通过混合同余法获得。混合同余法是获得随机数的常用方法，当然，也可采用任意其他能够获得随机数的方法。混合同余法：

Xn+1＝(Lambda*Xn+Mu)％M

Rn+1＝Xn/M

M＝2^q

Lambda＝2^c+1,c取q/2附近的值

Mu＝(1/2+sqrt(3))/M

X0为任意非负整数

根据本发明另一具体实施方式，拼接点，由对应的随机数根据模糊带扫描线的模长按比例计算得到。

根据本发明另一具体实施方式，扫描振镜的数目为2-6个。

根据本发明另一具体实施方式，扫描振镜的位置分布为线状分布，或者网状分布，具体地，根据打印物体的结构进行设置。

本发明的另一方面，还提供了一种上述打印方法相应的打印设备，其包括多个扫描振镜，多个扫描振镜呈线状分布，或者网状分布。

根据本发明另一具体实施方式，打印设备还包括PC机，PC设有模糊带设定模块，拼接点获取模块、扫描振镜分配模块；

模糊带设定模块被配置为层模型的区域划分，以及相邻两个区域之间模糊带的设定划分；

拼接点获取模块被配置为获取模糊带的扫描线，通过随机数算法获得随机数，并根据模糊带扫描线的模长获取拼接点；

扫描振镜分配模块被配置为将扫描振镜与待扫描区域的匹配，以及每个扫描振镜的路径规划。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

1、本发明通过在两个扫描振镜对应的扫描区域中，设置一段两个扫描振镜均能扫描到的模糊带，在模糊带区域生成扫描线，通过获得(0，1)范围内的随机数，根据扫描线模长与相对应随机数的比例关系来确定扫描线上的随机拼接点，扫描振镜依次扫描至拼接点处。由于拼接点的位置为随机产生，并分布于模糊带的任意位置，使得每个层模型中的拼接点的连线(粘接线)为B样条曲线，打印物体的粘接面为B样条曲面，从而，打印的物体不容易断裂，确保打印物体的质量。

2、本发明的多振镜模糊带拼接打印方法，操作简单，拼接效果好，拼接打印后的物体不容易断裂，便于广泛应用，以提高3D光固化打印设备的打印范围。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1的用于3D光固化打印的多扫描振镜拼接模糊带打印方法的步骤示意图；

图2是实施例1的用于3D光固化打印的多扫描振镜拼接模糊带打印方法的拼接示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种用于3D光固化打印的模糊带3拼接打印方法，如图1所示，其包括以下步骤：

S1、构建待打印物体的三维模型数据，并将三维模型数据离散化，得到若干个层模型。如图2所示，为一个层模型。

S2、针对每一层层模型，根据多个扫描振镜的位置分布，将层模型划分为多个相对应的区域，每个区域分别生成扫描线。参见图2，图中为2个扫描振镜，对应的两个区域：左扫描区1、右扫描区2；扫描振镜的设置与划分的区域一一对应设置，即：包括2个扫描振镜，2个扫描振镜左右分布，左边扫描振镜对应左扫描区1扫描，右边扫描振镜对应右扫描区2扫描。

具体地，扫描振镜的数目可设置为2-6个。

扫描振镜的位置分布为线状分布，或者网状分布，具体地，根据打印物体的结构进行设置。

S3、在相邻两个区域的邻接处，设置一段模糊带3。模糊带3为左扫描区1与右扫描区2均能扫描到的区域，其具体地，相当于左扫描区1和右扫描区2的交集的一部分，具体的宽度，根据打印物体的需要确定。左扫描振镜和右扫描振镜，均能扫描至模糊带3的任意位置。使得拼接点32可以设置于模糊带3中的任意位置处。

其中，模糊带3的宽度为1-5mm，具体地，模糊带的宽度，可以根据打印物体的力学性能要求进行设定，力学性能要求高的，可以设置较宽的模糊带3，反之，可较窄。较窄的模糊带3打印时，每个扫描振镜对应扫描的区域就宽一些，相同数量的扫描振镜就可以打印更大面积的物体。

S4、获得(0,1)区间内的随机数，将每一随机数对应模糊带3扫描线上的一个点，点为拼接点32。

本实施例中，随机数通过乘同余法获得。混合同余法是获得随机数的常用方法，当然，也可采用任意其他能够获得随机数的方法。混合同余法获得随机数的方法如下：

Xn+1＝(Lambda*Xn+Mu)％M

Rn+1＝Xn/M

M＝2^q

Lambda＝2^c+1,c取q/2附近的值

Mu＝(1/2+sqrt(3))/M

X0为任意非负整数

本实施例中，参见图2，获得的(0，1)区间的随机数，通过模糊带扫描线的模长按比例计算得到拼接点32。模糊带扫描线的模长为扫描线的实际长度。

S5、每个区域对应的扫描振镜，均扫描打印至区域的拼接点32处，直至打印完成。

打印时，左扫描振镜沿着左扫描线11打印至拼接点32处，右扫描振镜沿着右扫描线21打印至拼接点32处。具体地，也可首先将模糊带3中的拼接点32形成一条连线，其连线可以为折线，也可以为光滑曲线；再将左扫描振镜沿着左扫描线11打印至连线处，右扫描振镜沿着右扫描线21打印至连线处。

本实施例中，由于每一层层模型都设有随机数产生的拼接点32，其每一层的随机数均为随机产生，因此，不会形成一个粘接面，从而确保打印物体不会断裂，确保打印物体的质量。

另一方面，本实施例还提供了一种上述打印方法相应的打印设备，其包括多个扫描振镜，多个扫描振镜呈线状分布，或者网状分布，其根据打印物体的需要确定数量和位置分布，并且，对应于扫描振镜的设置，对层模型进行划分。

打印设备还包括PC机，PC机设有模糊带3设定模块，拼接点32计算模块、扫描振镜分配模块。

模糊带3设定模块被配置为层模型的区域划分，以及相邻两个区域之间模糊带3的设定划分；即，根据配置的扫描振镜，将导入的层模型，对每一层进行区域分配，并在相邻区域中设定一定宽度的模糊带3，其模糊带3的宽度参数可分别设定，也可统一设定。

拼接点32计算模块被配置为获取模糊带3的扫描线，通过随机数算法获得随机数，并根据模糊带扫描线的模长获取拼接点。其中，模糊带3中的扫描线，可以选择两个区域的其中任意一个区域的扫描线，即相当于，模糊带3与左扫描区1作为一个区域获得扫描线，或者模糊带3与右扫描区2作为一个区域获得扫描线，也可以单独为模糊带3获取模糊带扫描线。以模糊带扫描线的扫描线长度为模长，获得拼接点。

扫描振镜分配模块被配置为将扫描振镜与待扫描区域的匹配，以及每个扫描振镜的路径规划，获得每一个扫描区域的扫描线数据，并将每个扫描区域的扫描线数据发送给RTC4光路控制板卡，RTC4光路控制通过扫描线数据，控制每台激光器、扫描振镜按照对应的扫描线数据进行打印，直至打印完成。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种用于3D光固化打印的模糊带拼接打印方法，其特征在于，所述打印方法用于多个扫描振镜的拼接打印，其包括以下步骤：

S1、构建待打印物体的三维模型数据，并将所述三维模型数据离散化，

得到若干个层模型；

S2、针对每一层所述层模型，根据多个所述扫描振镜的位置分布，将所述层模型划分为多个相对应的区域，每个所述区域分别生成扫描线；

S3、在相邻两个区域的邻接处，设置一段模糊带，并生成模糊带扫描线；

S4、获得(0,1)区间内的随机数，将每一所述随机数对应所述模糊带扫描线上的一个点，所述点为拼接点；

S5、每个所述区域对应的扫描振镜，均扫描打印至所述区域的拼接点处，直至打印完成。

2.如权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述步骤S2和所述步骤S3中，所述扫描振镜的设置与所述划分的区域一一对应设置，相邻两个区域的所述扫描振镜，均能扫描至所述模糊带的任意位置。

3.如权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述模糊带的宽度为1-5mm。

4.如权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述(0，1)区间的随机数通过混合同余法获得。

5.如权利要求4所述的打印方法，其特征在于，所述拼接点，由对应的随机数根据所述模糊带扫描线的模长按比例计算得到。

6.如权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述扫描振镜的数目为2-6个。

7.如权利要求6所述的打印方法，其特征在于，所述扫描振镜的位置分布为线状分布，或者网状分布。

8.一种如权利要求1-7任一所述的打印方法相应的打印设备，其特征在于，所述打印设备包括多个扫描振镜，多个扫描振镜呈线状分布，或者网状分布。

9.如权利要求8所述的打印设备，其特征在于，所述打印设备还包括PC机，所述PC设有模糊带设定模块，拼接点获取模块、扫描振镜分配模块；

所述模糊带设定模块被配置为层模型的区域划分，以及相邻两个区域之间模糊带的设定划分；

所述拼接点获取模块被配置为获取所述模糊带的扫描线，通过随机数算法获得随机数，并根据模糊带扫描线的模长获取拼接点；

所述扫描振镜分配模块被配置为将扫描振镜与待扫描区域的匹配，以及每个所述扫描振镜的路径规划。