CN109693371A

CN109693371A - 三维列印系统及其制造方法

Info

Publication number: CN109693371A
Application number: CN201710987082.7A
Authority: CN
Inventors: 许明福; 陈昭舜; 陈长钧
Original assignee: Young Optics Inc
Current assignee: Young Optics Inc
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-04-30

Abstract

一种三维列印系统包括第一投影机、第二投影机及成型区。成型区可容置光固化材料且包括第一区域与第二区域。第一投影机可投影第一影像至第一区域，第二投影机可投影第二影像至第二区域，第一影像与第二影像相互迭合的区域仅为一拼接线，且拼接线的宽度小于与拼接线交叉排列的连续5个画素的横距。

Description

三维列印系统及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种三维列印系统及三维列印系统制造方法。

背景技术

投影影像容易因为光学镜头本身的像差和系统组装公差而产生失真变形，故必须进行调整或校正才能精准控制投影尺寸，如此当投影影像运用于三维列印工作中，才能达到三维列印的精确度要求。再者，于例如三维列印工作中，为了增加列印尺寸需要将两台以上的投影机的投射影像拼接在一起，然而，光学镜头像差和系统组装公差的影响容易使影像拼接变得困难。习知的拼接作法是先让影像重迭并校正影像变形，再将重迭处的影像混合使其亮度均匀，但所述作法不仅耗时且不易提高调整精确度，且采影像混合的方式拼接，重迭处的影像容易变得模糊，故难以符合三维列印的品质和速度要求。

「先前技术」段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在「先前技术」段落所揭露的内容可能包括一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。在「先前技术」段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。

发明内容

根据本发明的一个观点，提供一种三维列印系统包括第一投影机、第二投影机及成型区。成型区可容置光固化材料且包括第一区域与第二区域。第一投影机可投影第一影像至第一区域，第二投影机可投影第二影像至第二区域，第一影像与第二影像相互迭合的区域仅为一拼接线，且拼接线的宽度小于与拼接线交叉排列的连续5个画素的横距。再者，可利用第一位置校正档案校正第一待投影的影像以形成第一影像，且利用第二位置校正档案校正第二待投影的影像以形成第二影像

根据本发明的另一个观点，提供一种三维列印系统制造方法，包括如下步骤：提供一壳体；提供第一投影机并将第一投影机设于壳体内；以及提供第二投影机并将第二投影机设于壳体内。第一投影机可投影第一影像至成形区的第一区域，第二投影机可投影第二影像至成形区的第二区域，第一影像与第二影像相互迭合的区域仅为一拼接线，且拼接线的宽度小于与拼接线交叉排列的连续5个画素的横距。再者，可利用第一位置校正档案校正第一待投影的影像以形成第一影像，利用第二位置校正档案校正第二待投影的影像以形成第二影像，且第一影像及第二影像可分别传送至第一投影机及第二投影机。

根据本发明的另一个观点，提供一种三维列印系统制造方法，包括如下步骤：提供复数校正图案与这些校正图案的投射影像，其中每两相邻校正图案形成一校正图案拼接线，且各个投射影像均迭合邻近的校正图案拼接线；以及侦测各个投射影像与其对应的校正图案的位置偏移量以产生至少一位置校正档案。

藉由上述实施例的设计，因复数投影机所投射出的拼接影像是已经由各个位置校正档案校正的影像，故可投射出已修正变形失真的精确尺寸且两相邻影像可自动密接于一宽度极小(小于5个画素的横距)的拼接线上，因此不需习知设计将影像重迭并调整重迭处亮度的繁琐流程，故可简化运算架构而减少校正拼接影像所需时间，同时提高拼接影像的投影速度并节省成本。再者，于进行三维列印工作时可由储存装置取得对应的位置校正档案，故易于导入自动校正流程而缩短生产工时并降低制造成本，且校正后的拼接影像可得到大尺寸、高精确度且高速的三维列印效果。

为让本发明更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1显示本发明一实施例的三维列印系统的示意图。

图2A为依本发明一实施例，显示复数投影机投射经校正的一拼接影像的示意图。

图2B为依本发明一实施例，显示拼接线宽度范围的示意图。

图3A及3B为显示制作位置校正档案的一实施例的示意图。

图4为依本发明一实施例，显示取得位置偏移量的一例的示意图。

具体实施方式

有关本发明前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。另外，下列实施例中所使用的用语”第一”、”第二”是为了辨识相同或相似的元件而使用，且方向用语例如”前”、”后”等，仅是参考附加图式的方向，并非用以限定所述元件。

图1显示本发明一实施例的三维列印系统的示意图。如图1所示，一种三维列印系统10包括复数投影机(projector)12(例如第一投影机12a、第二投影机12b)、一成型区16、及对应复数投影机12的复数位置校正档案(图中未显示)。于成型区16中例如可利用一固化槽161容置光固化材料162，且成型区16包括一第一区域16a与一第二区域16b。第一位置校正档案可用以校正一第一待投影的影像，以形成由第一投影机12a投射出的一第一影像P1。第二位置校正档案可用以校正一第二待投影的影像，以形成由第二投影机12b投射出的一第二影像P2。第一投影机12a可投影第一影像P1至第一区域16a，且第二投影机12b可投影第二影像P2至第二区域16b。再者，于一实施例中，一处理器14可横切一待列印物建构的立体模型以产生待列印物的各个切片档，且处理器14可使用第一、第二位置校正档案校正待投影的影像，并分别输出第一影像P1、第二影像P2至投影机12a、12b，使投影机12a、12b投射出组合影像P1及影像P2的一拼接影像P。密接于拼接线L的影像P1、P2可整个投射至光固化材料162，使光固化材料162逐层硬化成型。于本实施例中，复数投影机12系位于成型区16下方并朝上投射影像P1、P2至成型区16，但其并不限定，于另一实施例中复数投影机12亦可位于成型区16上方并朝下投射影像P1、P2至成型区16。

如图2A所示，因投射出的拼接影像P已依据各个位置校正档案进行变形校正，故拼接影像P中的第一影像P1与第二影像P2可仅相互迭合于拼接线L上，亦即第一影像P1与第二影像P2相互迭合的区域仅为拼接线L，故彼此可密接而不产生如习知设计般的额外重迭区域(习知设计的重迭区域沿横向X的宽度会超过数十到数百画素)。于本实施例中，第一影像P1与第二影像P2沿横向X排列并拼接，且拼接线L系沿纵向Y延伸。如图2B所示，第一影像P1与第二影像P2可分别包括多个画素PX，且于本实施例中，拼接线L的宽度W(即于横向X上的长度)小于5个画素的横距D5，于此5个画素的横距D5代表沿横向X排列且与拼接线L交叉的连续5个画素的两端侧的距离。再者，于本实施例中，拼接线的延伸方向(纵向Y)可与连续5个画素的排列方向(横向X)实质垂直但不限定。于另一实施例中，拼接线L的宽度W小于连续3个画素的横距。

藉由上述实施例的设计，因复数投影机所投射出的拼接影像是已经由各个位置校正档案校正的影像，故可投射出已修正变形失真的精确尺寸且两相邻影像可自动密接于一宽度极小(小于5个画素的横距)的拼接线上，因此不需习知设计将影像重迭并调整重迭处亮度的繁琐流程，使影像拼接流程更迅速且节省成本。再者，利用拼接不同投影机投射出的影像，可获得于同一分层列印出不同种类的图案或者拼接成一个大图案的效果，增加有效列印面积。

需注意上述的投影机数量及拼接的投射影像数目完全不限定，仅需达到每两相邻投射影像相互迭合于一宽度小于5个画素的横距的拼接线的效果即可。再者，处理器14的种类及架构完全不限定，例如可为中央处理器(CPU)、现场可程式逻辑闸阵列(FPGA)或图形处理器(GPU)等而不限定。

于一实施例中，可利用一校正图案与校正图案的投射影像，藉由投射影像与其对应的校正图案的位置偏移量来产生一位置校正档案。图3A及图3B为制作校正拼接影像的位置校正档案的一实施例的示意图。于本实施例中，可利用一校正平面22及彼此相连的复数校正图案24(例如校正图案24a、24b)进行。复数校正图案24例如可设于校正平面22上但不限定。于一实施例中，校正图案24可包括复数彼此交错的印刷格子线241，且各个投影机12可轮流投射出一校正图案24的影像至校正平面22上以产生位置校正档。举例而言，投影机12a、12b可先安装于一例如三维列印装置的壳体内，再个别对投影机12a、12b进行校正，如图3A所示，首先投影机12a参考定位点25的位置投射校正图案24a，以于校正平面22的预定位置上形成投射影像Q1，藉由比较投射影像Q1与其对应的校正图案24a的位置偏移量可产生一第一位置校正档案，接着再轮到投影机12b，如图3B所示，投影机12b参考定位点25的位置投射校正图案24b，以于校正平面22的预定位置上形成投射影像Q2，藉由比较投射影像Q2与其对应的校正图案24b的位置偏移量可产生一第二位置校正档案。藉由第一、第二位置校正档案的修正可分别让投影机12a、12b投射出的各个影像格子线与印刷格子线对齐，故投射影像Q1、Q2的边界会自动修正至对齐校正图案拼接线M。因此，当进行三维列印工作时，投影机12a、12b投射出依据位置校正档案校正后的拼接影像P时，两相邻影像P1、P2可自动密接于宽度极小的拼接线L上。于本实施例中，利用校正平面22所采的平面式校正可解决镜头景深问题，使校正更为容易并提高准确度，但其并不限定，于另一实施例中亦可不采用平面校正方式获得位置校正档案。

于一实施例中，如图3A及图3B所示，投射影像Q1及投射影像Q2的范围可分别迭合邻近的校正图案拼接线M(即拼接线M会落入虚线方框范围内)，如此利于进行影像格子线与印刷格子线间的对齐修正。再者，依据位置校正档案校正后的投射影像Q1、Q2，可分别与校正图案24a、24b再次比较以产生新的位置校正档案，并依据新位置校正档案修正投射影像，重复验证直至位置偏移量小于一预定值，藉以获得更精确的变形校正及边界拼接效果。

图4为图3的一局部放大示意图N。于一实施例中，如图3所示，彼此交错的印刷格子线241会形成多个交点242，交点242可作为校正的标准点，藉由找出投射影像线341的交点342与对应的印刷格子线的交点242两者的座标值差异量，可藉以制作位置校正档案并验证校正的精确度。

前述制作位置校正档案的流程可用不同装置或系统达成而不限定。举例而言，投影机可将校正图案投射至一校正平面，例如投射至用于成像的扩散片(Diffuser)以形成投射影像，再由反射镜反射投射影像至取像装置。取像装置可拍摄例如由印刷格子线构成的校正图案及格子线的投射影像，且取得的影像可传送至一处理单元。处理单元可辨识定位点、印刷格子线与投影格子线的位置差异值，再利用这些差异值产生位置校正档案。位置校正档案可储存在例如3D印表机、电脑或云端的一储存装置。当进行三维列印工作时，处理单元可由储存装置取得对应的位置校正档案，利用位置校正档案校正对应切片档的拼接影像再投射出，即可得到精确的影像拼接列印结果。

藉由上述实施例的设计，依据位置校正档案进行变形校正所投射出的拼接影像，可自动密接于一宽度极小的拼接线上而不产生额外的重迭区域，因此不需进行影像重迭区域的亮度均匀化处理，故可简化运算架构而减少校正拼接影像所需时间，同时提高拼接影像的投影速度并节省成本。再者，于进行三维列印工作时可由储存装置取得对应的位置校正档案，故易于导入自动校正流程而缩短生产工时并降低制造成本，且校正后的拼接影像可得到大尺寸、高精确度且高速的三维列印效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。

Claims

1.一种三维列印系统，包括：

一第一投影机；

一第二投影机；以及

一成型区，可容置光固化材料，所述成型区包括一第一区域与一第二区域，

其中，所述第一投影机可投影一第一影像至所述第一区域，所述第二投影机可投影一第二影像至所述第二区域，所述第一影像与所述第二影像相互迭合的区域仅为一拼接线，且所述拼接线的宽度小于与所述拼接线交叉排列的连续5个画素的横距。

2.如权利要求1所述的三维列印系统，其特征在于，所述三维列印系统更包括：

一第一位置校正档案，可用以校正一第一待投影的影像，成为所述第一影像；以及

一第二位置校正档案，可用以校正一第二待投影的影像，成为所述第二影像。

3.如权利要求1或2所述的三维列印系统，其特征在于，所述拼接线的延伸方向与所述连续5个画素的排列方向实质垂直。

4.如权利要求1或2所述的三维列印系统，其特征在于，所述三维列印系统更包括：

一处理器，所述处理器可使用所述第一校正档案校正所述第一待投影的影像并输出所述第一影像至所述第一投影机，且可使用所述第二校正档案校正所述第二待投影的影像并输出所述第二影像至所述第二投影机。

5.如权利要求4所述的三维列印系统，其特征在于，所述处理器为中央处理器(CPU)、现场可程式逻辑闸阵列(FPGA)或图形处理器(GPU)。

6.如权利要求1或2所述的三维列印系统，其特征在于，所述第一及所述第二位置校正档案系分别藉由侦测一校正图案与所述校正图案的一投射影像的位置偏移量而得。

7.一种三维列印系统制造方法，包括如下步骤：

提供一壳体；

提供一第一投影机，将所述第一投影机设于所述壳体内；以及

提供一第二投影机，将所述第二投影机设于所述壳体内，

其中，所述第一投影机可投影一第一影像至一成形区的一第一区域，所述第二投影机可投影一第二影像至所述成形区的一第二区域，所述第一影像与所述第二影像相互迭合的区域仅为一拼接线，且所述拼接线的宽度小于与所述拼接线交叉排列的连续5个画素的横距。

8.如权利要求7所述的三维列印系统，其特征在于，所述三维列印系统更包括：

利用一第一位置校正档案校正一第一待投影之影像以形成所述第一影像；

利用一第二位置校正档案校正一第二待投影之影像以形成所述第二影像；

分别传送所述第一影像及所述第二影像至所述第一投影机及所述第二投影机。

9.一种三维列印系统制造方法，包括如下步骤：

提供复数校正图案与所述这些校正图案的投射影像，其中每两相邻校正图案形成一校正图案拼接线，且所述各投射影像均迭合邻近的所述校正图案拼接线；以及

侦测所述各投射影像与其对应的校正图案的位置偏移量以产生至少一位置校正档案。

10.如请求项9所述之三维列印系统制造方法，其中所述制造方法还满足下列条件之一：(1)所述这些校正图案系设置于一校正平面，且所述这些校正图案的投射影像系投射于所述校正平面上，(2)所述各校正图案包括复数个以预定方式配置的标准点，所述各投射影像包括复数个投影交点，且所述位置校正档案由侦测各个投影交点与对应的标准点的座标值差异量而得，所述校正图案包括复数彼此交错的印刷格子线，且所述这些标准点为所述这些印刷格子线的交点。