CN109795113A - 3d打印机及三维模型打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种3D打印机及三维模型打印方法。3D打印机包括机架和位于所述机架内的可移动光学系统、料盘组件、剥离机构、可移动成型平台和图形预处理系统；通过3D打印机的各部件的配合实现对大幅面三维模型的逐层逐区域的打印，从而保证大幅面三维模型打印过程的稳定性和三维模型成型的一致性。同时在料盘的两种物理状态之间的切换和剥离机构配合，实现对离型膜和打印模型的安全剥离，只需提供较小的力即可完成剥离，避免剥离力过大导致剥离过程中对离型膜和模型损坏，从而进一步提高打印的稳定性。

Description

3D打印机及三维模型打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印机及使用该3D打印机的三维模型打印方法。

背景技术

现有的下投影式的3D打印机在对大幅面的模型进行打印时，打印的模型的稳定性差，并且成型的一致性上也较差；同时在打印过程中需要对模型与离型膜进行多次分离，而现有技术中是采用直接拉拔剥离，或者在料盘侧面增加一个侧拨机构，通过侧拨机构驱动料盘的一侧倾斜，使料盘离型膜与模型底部形成一个角度并使边缘翘起后，升降机构带动模型向上运动而完成剥离；这两种方式都是对料盘和模型施加一个竖直的拉力来进行分离，仅适用于尺寸规模小、打印层与料盘的粘合力小(约50-300N)的模型的剥离；而对于尺寸较大的模型的剥离则要施加更大的剥离力(打印面积与粘合力/剥离力成正比)，不管是直接拉拔剥离还是采用侧拨机构剥离，剥离力过大时都会导致模型或料盘的损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印机及三维模型打印方法，以实现进一步提高对大幅面3D模型打印的稳定性和成型效果的技术问题。

本发明提供了一种3D打印机，包括机架和位于所述机架内的可移动光学系统、料盘组件、可移动成型平台和图形预处理系统；

所述可移动成型平台位于所述料盘组件的上方，包括Z轴线性滑台和成型平台，所述成型平台能够沿所述Z轴线性滑台的长度方向移动；所述可移动光学系统位于所述料盘组件的下方，用于向所述料盘内进行投影；所述图形预处理系统用于对三维模型进行截面切片预处理，形成可打印数据文件；

所示料盘组件包括料盘、剥离机构和气压发生装置；

所述料盘包括底板、料框、光学玻璃和离型膜；所述料框与所述底板相连接，所述底板上开设有通光孔，所述光学玻璃铺设于所述通光孔上并与所述底板固定连接；所述离型膜铺设于所述底板和所述光学玻璃上，所述离型膜与所述底板、所述光学玻璃和所述料框围设成空气腔室，所述空气腔室与所述气压发生装置相连通，从而使离型膜能够在紧绷和松弛的两种物理状态之间转换；

所述剥离机构包括线性滑台、剥刀、支撑组件和驱动装置；所述线性滑台位于所述料盘的外侧，所述剥刀通过所述支撑组件与所述线性滑台滑动连接，所述剥刀能够伸入到所述料盘内部；所述驱动装置能够驱动所述支撑组件和所述剥刀沿所述线性滑台的长度方向滑动，用于对所述三维模型和所述离型膜进行剥离。

进一步地，所述可移动光学系统包括光机、X轴线性滑台和Y轴线性滑台；

所述X轴线性滑台位于所述机架的底部平台上，所述Y轴线性滑台位于所述X轴线性滑台上并能沿所述X轴线性滑台的长度方向滑动，所述光机位于所述Y轴线性滑台上并能沿所述Y轴线性滑台滑动。

进一步地，所述支撑组件包括支撑板和高度调节块，所述剥刀通过所述高度调节块与所述支撑板相连接；

所述线性滑台上设置有滑块，所述支撑板的一端与所述滑块相连接，远离所述滑块的一端的所述支撑板的板面上开设有安装孔，所述安装孔为长条安装孔，所述长条安装孔沿所述支撑板的高度方向设置，所述高度调节块通过第一紧固件穿过所述长条安装孔与所述支撑板相连接，且所述高度调节块能够沿所述长条安装孔的长度方向移动，用于调节所述剥刀的安装高度。

进一步地，所述支撑组件还包括固定连接块；所述固定连接块与所述支撑板远离所述滑块的一端相连接，所述固定连接块上设有调整螺栓，所述调整螺栓穿过所述固定连接块，且所述调整螺栓的螺纹端与所述高度调节块的上端面相连接，旋动所述调整螺栓能够使所述高度调节块沿所述长条安装孔的长度方向运动。

进一步地，所述支撑组件还包括角度调节块；所述剥刀通过所述角度调节块与所述高度调节块相连接；

所述角度调节块上开设有第一连接孔和第二连接孔，所述第二连接孔呈圆弧形；所述高度调节块上开设有第三连接孔和第四连接孔；

所述第一连接孔通过第二紧固件与所述第三连接孔相连接，所述角度调节块能够绕着所述第二紧固件旋转，使所述第二连接孔能够与所述第四连接孔以一定角度重合并通过所述第二紧固件相连接。

进一步地，所述剥离机构还包括力传感器，所述力传感器位于所述支撑组件和所述滑块之间，用于检测所述剥刀的剥离力的大小。

进一步地，所述底板的上表面沿周向设置有凸台部，用于使所述离型膜的边缘处被抬高。

进一步地，所述底板上设有快插接头，所述气压发生装置通过所述快插接头与所述空气腔室相连通；所述快插接头的数量为多个，多个所述快插接头间隔分布于所述底板上。

进一步地，所述底板与所述料框下端面贴合处的上表面处开设有密封凹槽，用于放置密封胶垫。

进一步地，还包括控制系统；所述可移动光学系统、所述气压发生装置、所述剥离机构、所述可移动成型平台和所述图形预处理系统均与控制系统通讯连接。

本发明还提供一种利用上述技术方案所述的3D打印机的三维模型打印方法，包括以下步骤：

步骤100、图形预处理；首先通过所述图形预处理系统对所述三维模型进行预处理，获取所述三维模型的一层层截面的切片数据，形成所述可打印数据文件，将所述可打印数据文件通过USB或者网络等传输方法传输至控制系统；

步骤200、分区打印；将每层截面的切片图片进行分割形成整数个区域，通过所述可移动光学系统对每个区域进行独立曝光；

完成一层曝光后，通过具有物理状态转换功能的所述料盘结合所述剥离机构完成对所述三维模型与所述料盘的剥离；

步骤300、逐层打印；完成一层截面的打印后，将所述成型平台提升一个打印层厚，对下一层截面的切片图片进行曝光，并重复步骤200，直至打印模型全部完成。

进一步地，所述步骤100的图形预处理过程还包括以下步骤：

步骤101、将每层截面的切片图片分割成整数个子切片图片，裁剪掉相邻两张所述子切片图片的像素重叠部分，然后将多个所述子切片图片进行拼接；

步骤102、对拼接后的所述截面图片进行灰度均匀度处理；

步骤103、对拼接后的所述截面图片进行尺寸处理，进行梯形与比例的校正；

步骤104、判断所述截面图片是否为黑图；

步骤105、对多个所述子切片图片的边缘拼接处进行灰阶过度处理。

进一步地，所述步骤200的分区打印还包括以下步骤：

步骤201、控制系统控制所述气压发生装置工作，所述离型膜吸附与光学玻璃上；所述控制系统控制所述成型平台沿所述Z轴线性滑台移动至所述离型膜上方，使所述成型平台与所述离型膜之间的距离为一层所述三维模型的打印层厚；

步骤202、所述控制系统控制光机移动至第一个区域的打印工位上进行独立曝光；

步骤203、所述气压发生装置停止工作，并控制所述成型平台沿所述Z轴线性滑台向上运动一定距离；

步骤204、所述控制系统控制所述剥刀沿所述线性滑台运动，对所述离型膜和第一个区域内的三维模型进行剥离；

步骤205、通过所述控制系统对所述可移动光学系统进行判断是否有曝光图形，如有图形，则通过所述控制系统控制光机移动一定距离至第二个区域的打印工位上，重复上述步骤201至204，完成第二个区域的独立曝光和剥离；

步骤206、重复上述步骤201至205，直至完成一层截面图形的所有区域的曝光和剥离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种3D打印机包括机架和位于机架内的可移动光学系统、料盘、剥离机构、可移动成型平台和图形预处理系统；其中可移动光学系统位于料盘的下方，能够向料盘内照射一定波长的光，使料盘内的光敏树脂固化成型；可移动成型平台位于料盘的上方，包括成型平台和Z轴线性滑台，成型平台能够沿Z轴线性滑台移动，从而调节成型平台与料盘之间的距离；图像预处理系统能够对所要打印的三维模型进行预处理，获取三维模型的一层层截面的切片数据，并形成可打印数据文件，并通过可移动光学系统向料盘内进行投影曝光，使成型平台上能够逐层形成打印模型。

当对大幅面模型进行打印时，可以通过图形预处理系统对三维模型进行预处理，获取三维模型的一层层截面的切片数据，然后将每层截面的切片图片进行分割，使之成为整数个小的子切片图片并形成与之对应的整数个打印区域，通过分区打印，将大幅面的模型分割为整数个小幅面区域单独打印，从而保证打印过程中的稳定性，并且提高打印的模型的成型的一致性。

料盘包括底板、料框、光学玻璃和离型膜，离型膜铺设于底板和光学玻璃上，离型膜与底板和光学玻璃之间形成一空气腔室，该空气腔室与气压发生装置相连通，当气压发生装置工作时，该空气腔室内的气体被抽出，空气腔室内形成负压，使离型膜绷紧并平整地贴合于光学玻璃上，从而保证打印时要求的打印面的平整度；

当完成一层模型的打印后，使气压发生装置停止工作，空气腔室内会重新被空气填充，恢复至常压状态，此时离型膜会变得松弛，模型下表面的边缘会先与离型膜分离并在边缘处形成一个缝隙，便于与剥离机构进行配合完成后续的剥离工序。

剥离机构包括线性滑台、剥刀、支撑组件和驱动装置；剥刀通过支撑组件与线性滑台相连接，剥刀水平放置且剥刀的长度方向与线性滑台的长度方向相垂直；驱动装置与线性滑台相连接，在驱动装置的作用下，支撑组件和剥刀能够沿线性滑台的长度方向滑动；在支撑组件的作用下，剥刀能够伸入到料盘内，当剥刀沿线性滑台的长度方向滑动时，剥刀从料盘的一端移动到另一端；在该移动过程中，剥刀会从离型膜与模型边缘处形成的缝隙中进入二者之间并穿过离型膜与模型，完成对二者的剥离；从而，只需提供一个较小的力即可完成对离型膜与模型的剥离。通过剥离机构和料盘的配合只需提供一个较小的力即可完成对剥离工序，从而避免由于剥离力过大导致的料盘或模型的损坏，进一步提高模型打印过程的稳定性。

综上，本申请的3D打印机能够提高实现三维模型打印，尤其大幅面三维模型打印的稳定性和模型成型一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的3D打印机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的料盘的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的料盘剖的面示意图；

图4为本发明实施例提供的剥离机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的三维模型打印方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的三维模型打印方法的图形预处理的步骤的流程图；

图7为本发明实施例提供的三维模型打印方法的分区打印的步骤的流程图。

附图标记：

1-料盘，11-底板，12-料框，13-光学玻璃，14-离型膜，15-空气腔室，16-凸台部，17-快插接头，2-剥离机构，21-线性滑台，22-剥刀，23-驱动装置，24-支撑板，25-高度调节块，26-长条安装孔，27-固定连接块，28-角度调节块，29-力传感器，3-可移动光学系统，31-光机，32-X轴线性滑台，33-Y轴线性滑台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图4描述根据本申请一些实施例的3D打印机及三维模型打印方法。

本申请提供了一种3D打印机，如图1至图4所示，包括机架和位于机架内的可移动光学系统3、料盘组件、剥离机构2、可移动成型平台和图形预处理系统；可移动成型平台位于料盘组件的上方，包括Z轴线性滑台21和成型平台，成型平台能够沿Z轴线性滑台21的长度方向移动；可移动光学系统3位于料盘组件的下方，用于向料盘组件内进行投影；图形预处理系统用于对三维模型进行截面切片预处理，形成可打印数据文件；

料盘组件包括料盘1、剥离机构和气压发生装置；料盘1包括底板11、料框12、光学玻璃13和离型膜14；料框12与底板11相连接，底板11上开设有通光孔，光学玻璃13铺设于通光孔上并与底板11固定连接；离型膜14铺设于底板11和光学玻璃13上，离型膜14与底板11、光学玻璃13和料框12围设成空气腔室15，空气腔室15与气压发生装置相连通，从而使离型膜14能够在紧绷和松弛的两种物理状态之间转换；剥离机构2包括线性滑台21、剥刀22、支撑组件和驱动装置23；线性滑台21位于料盘1的外侧，剥刀22通过支撑组件与线性滑台21滑动连接，剥刀22能够伸入到料盘1内部；驱动装置23能够驱动支撑组件和剥刀22沿线性滑台21的长度方向滑动，用于对三维模型和离型膜14进行剥离。

本申请提供的一种3D打印机包括机架和位于机架内的可移动光学系统3、料盘组件、剥离机构2、可移动成型平台和图形预处理系统；其中可移动光学系统3位于料盘1的下方，能够向料盘组件内照射一定波长的光，使料盘组件内的光敏树脂固化成型；可移动成型平台位于料盘组件的上方，包括成型平台和Z轴线性滑台21，成型平台能够沿Z轴线性滑台21移动，从而调节成型平台与料盘组件之间的距离；图像预处理系统能够对所要打印的三维模型进行预处理，获取三维模型的一层层截面的切片数据，并形成可打印数据文件，并通过可移动光学系统3向料盘组件内进行投影曝光，使成型平台上能够逐层形成打印模型。料盘组件包括料盘、剥离机构和气压发生装置；

当对大幅面模型进行打印时，可以通过图形预处理系统对三维模型进行预处理，获取三维模型的一层层截面的切片数据，然后将每层截面的切片图片进行分割，使之成为整数个小的子切片图片并形成与之对应的整数个打印区域；然后通过可移动光学系统3依次移动到每个区域的打印工位处每个区域进行独立曝光打印；完成一层的截面的模型的曝光打印后，通过料盘1与剥离机构2的配合对三维模型与料盘1进行剥离；完成一层截面的打印后，将成型平台提升一个打印层的厚度，开始下一层的曝光打印和剥离，重复上述操作直至完成整个模型的打印。因此通过分区打印，将大幅面的模型分割为整数个小幅面区域单独打印，从而保证打印过程中的稳定性，并且提高打印的模型的成型的一致性。

料盘1包括底板11、料框12、光学玻璃13和离型膜14，其中底板11上开设有通光孔，光学玻璃13平铺于底板11上，并与底板11进行固定连接；使光学玻璃13罩设于通光孔上，光学玻璃13可以允许特定波长的光穿过底板11并照射进料盘1中；离型膜14铺设于底板11和光学玻璃13上，将料框12放置于底板11上，并与底板11进行固定连接，离型膜14的外边缘被夹紧在料框12与底板11之间；料框12与底板11围设成一敞口的容纳凹槽，并通过离型膜14将容纳凹槽分为上下两个空间，离型膜14上方的空间用于放置光敏树脂，当可移动光学系统3以特定波长的光照射进光敏树脂中时，光敏树脂能够固化并在成形平台上形成一层模型打印层；离型膜14的下方，即离型膜14与底板11和光学玻璃13之间形成一空气腔室15，该空气腔室15与气压发生装置相连通，当气压发生装置工作时，该空气腔室15内的气体被抽出，空气腔室15内形成负压，使离型膜14绷紧并平整地贴合于光学玻璃13上，从而保证打印时要求的打印面的平整度；

当完成一层模型的打印后，使气压发生装置停止工作，空气腔室15内会重新被空气填充，恢复至常压状态，此时离型膜14会变得松弛；控制成形平台，使成形平台带动打印好的模型沿竖直方向上升一定的距离，松弛的离型膜14会与模型的下表面相贴合并随模型向上运动，但在模型上升的过程中，模型下表面的边缘会先与离型膜14分离并在边缘处形成一个缝隙，便于与剥离机构2进行配合完成后续的剥离工序。

剥离机构2包括线性滑台21、剥刀22、支撑组件和驱动装置23；线性滑台21放置于料盘1的外侧，剥刀22通过支撑组件与线性滑台21相连接，剥刀22水平放置且剥刀22的长度方向与线性滑台21的长度方向相垂直；驱动装置23与线性滑台21相连接，在驱动装置23的作用下，支撑组件和剥刀22能够沿线性滑台21的长度方向滑动；在支撑组件的作用下，剥刀22能够伸入到料盘1内，当剥刀22沿线性滑台21的长度方向滑动时，剥刀22从料盘1的一端移动到另一端；在该移动过程中，剥刀22会从离型膜14与模型边缘处形成的缝隙中进入二者之间并穿过离型膜14与模型，完成对二者的剥离；从而，只需提供一个较小的力即可完成对离型膜14与模型的剥离。

因此，通过气压发生装置使料盘1内的离型膜14在紧绷和松弛两种状态之间切换，并与剥离机构2相互配合，在剥离过程中只需提供较小的力，即可实现对离型膜14与模型之间的分离，避免剥离力较大损坏料盘1和打印模型；对于大幅面模型的3D打印过程中的剥离工序，如果采用传统的竖直拉拔式的分离，根据打印面积与粘合力成正比估算，则需要一个较大的拉拔力才能实现对模型与离型膜14的分离，从而在剥离过程中会由于拉拔力即剥离力过大导致模型或料盘1损坏；而本申请的打印机通过剥离机构2和料盘1的配合只需提供一个较小的力即可完成对剥离工序，从而避免由于剥离力过大导致的料盘1或模型的损坏，进一步提高模型打印过程的稳定性。

综上，本申请的下投影式的3D打印机能够提高三维模型打印尤其是大幅面三维模型打印的稳定性和模型成型一致性。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，可移动光学系统3包括光机31、X轴线性滑台32和Y轴线性滑台33；X轴线性滑台32位于机架的底部平台上，Y轴线性滑台33位于X轴线性滑台32上并能沿X轴线性滑台32的长度方向滑动，光机31位于Y轴线性滑台33上并能沿Y轴线性滑台33滑动。

在该实施例过程中，可移动光学系统3包括光机31，光机31能够发出特定波长的光，并以一定的投影幅面和投影图像照射进料盘1中使料盘1中的光敏树脂在成型平台上形成一层模型。

可移动光学系统3还包括位于机架底部平台上的X轴线性滑台32和Y轴线性滑台33，Y轴线性平台与X轴线性平台相连接，并能够沿X轴线性滑台32的长度方向滑动，光机31位于Y轴线性滑台33上，光机31能够沿Y轴线性滑台33的长度方向滑动，使光机31能够沿X轴方向和Y轴方向上移动。

通过使光机31在沿X轴方向和/或Y轴方向移动一定距离，能够使光机31移动到不同的打印区域的打印工位上，从而在对大幅面三维模型的打印时，可以通过使光机31沿X轴方向或Y轴方向移动指定距离到达指定的打印区域，对每个区域进行独立曝光打印。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图4所示，支撑组件包括支撑板24和高度调节块25，剥刀22通过高度调节块25与支撑板24相连接；

线性滑台21上设置有滑块，支撑板24的一端与滑块相连接，远离滑块的一端的支撑板24的板面上开设有安装孔，安装孔为长条安装孔26，长条安装孔26沿支撑板24的高度方向设置，高度调节块25通过第一紧固件穿过长条安装孔26与支撑板24相连接，且高度调节块25能够沿长条安装孔26的长度方向移动，用于调节剥刀22的安装高度。

在该实施例中，支撑组件包括支撑板24和高度调节块25，剥刀22通过高度调节块25与支撑板24相连接，从而实现对剥刀22安装高度的调节；支撑板24竖直放置，支撑板24的一端与线性滑台21上的滑块相连接，支撑板24远离滑块的一端的板面上开设有安装孔，安装孔为长条安装孔26，高度调节块25通过第一紧固件穿过长条安装孔26与支撑板24相连接。

长条安装孔26的长度方向为竖直方向，高度调节块25能够沿长条安装孔26的长度方向移动，上下调整高度调节块25相对于长条安装孔26的安装位置，能够实现对与之相连接的剥刀22安装高度的调节；在打印开始之前，通过调整高度调节块25在支撑板24上的安装高度，实现对剥刀22安装高度的调节，使剥刀22位于合适的高度，在进行剥离工序时，剥刀22能够位于模型的下方，从而在剥离过程中，剥刀22能够从模型与离型膜14边缘处的缝隙进入离型膜14与模型之间，从而完成对二者的剥离。

优选地，支撑板24上所开设的安装孔也可以为圆形通孔，圆形通孔的数量为多个，多个圆形通孔沿支撑板24的高度方向间隔设置，通过将高度调节块25与位于不同高度上的圆形通孔相连接，从而实现对剥刀22安装高度的调节。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图4所示，支撑板24组件还包括固定连接块27；固定连接块27与支撑板24远离滑块的一端相连接，固定连接块27上设有调整螺栓，调整螺栓穿过固定连接块27，且调整螺栓的螺纹端与高度调节块25的上端面相连接，旋动调整螺栓能够使高度调节块25沿长条安装孔26的长度方向运动。

在该实施例中，支撑板24组件还包括固定连接块27；固定连接块27与支撑板24远离滑块的一端相连接，并延伸到高度调节块25的上方；固定连接块27上开设有通孔，通孔内设置有调整螺栓，该通孔内设有限位凸台，位于通孔内的调整螺栓只能在通孔内转动，无法上下运动；调整螺栓穿过该通孔且调整螺栓的螺纹端与高度调节块25的上端面相连接；旋动调整螺栓，由于螺纹的传动能够使高度调节块25沿长条安装孔26的长度方向运动，从而实现对高度调节块25和剥刀22安装高度的调节；并且通过对调整螺栓旋转不同的角度能够实现对剥刀22安装高度的微调，从而更精确地使剥刀22位于模型与离型膜14边缘的缝隙处，更方便的实现对二者的剥离。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图4所示，支撑组件还包括角度调节块28；剥刀22通过角度调节块28与高度调节块25相连接；角度调节块28上开设有第一连接孔和第二连接孔，第二连接孔呈圆弧形；高度调节块25上开设有第三连接孔和第四连接孔；第一连接孔通过第二紧固件与第三连接孔相连接，角度调节块28能够绕着第二紧固件旋转，使第二连接孔能够与第四连接孔以一定角度重合并通过第二紧固件相连接。

在该实施例中，支撑组件还包括角度调节块28；剥刀22通过角度调节块28与高度调节块25相连接；其中角度调节块28上开设有第一连接孔和第二连接孔，第二连接孔呈圆弧形且该圆弧的圆心与第一连接孔重合；高度调节块25上开设有第三连接孔和第四连接孔；将角度调节块28与高度调节块25相连接时，高度调节块25上的第三连接孔与角度调节块28上的第一连接孔相重合并通过一个第二紧固件进行固定连接；此时，高度调节块25上的第四连接孔能够与角度调节块28上的呈圆弧形的第二连接孔相重合，并且当角度调节块28以第一连接孔为圆心旋转一定角度时，高度高度调节块25上的第四连接孔能够始终与角度调节块28上的呈圆弧形第二连接孔相重合；因此，可以调整角度调节块28与高度调节块25之间的安装角度，从而通过调整角度调节块28相对于高度调节块25的安装角度实现对剥刀22的安装角度的调节，使剥刀22能够始终保持与模型的下表面相平行，保证在对模型和离型膜14进行剥离时，剥刀22不会损坏离型膜14和模型。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图4所示，剥离机构2还包括力传感器29，力传感器29的两端分别与支撑组件和滑块相连接，用于检测剥刀22的剥离力的大小。

在该实施例中，剥离机构2还包括力传感器29，力传感器29的设置在支撑组件和滑块之间，通过力传感器29能够检测剥刀22在剥离过程中的剥离力的大小；当检测到的剥离力过大时，可以立刻停止剥刀22的运动，暂停对离型膜14与模型的剥离，从而避免剥离力过大造成的离型膜14或模型的损坏。

其中力传感器29为现有技术中的力传感器29，可以选用具体型号为SBT630D-50kg。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2和图3所示，底板1111上表面沿周向设置有凸台部16，用于使离型膜14的边缘处被抬高。

在该实施例中，底板11上表面沿光学玻璃13的周向设置有凸台部16，凸台部16的上表面高于光学玻璃13，当离型膜14平铺于底板11上时，离型膜14的边缘处被抬高，中间区域下陷并能够贴合在光学玻璃13上，因此当气压发生装置对空气腔室15进行抽气使空气腔室15内形成负压时，离型膜14能够绷紧并平整地贴合于光学玻璃13上，离型膜14与光学玻璃13之间没有气泡存在，从而保证打印时要求的打印面的平整度。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2和图3所示，底板11上设有快插接头17，气压发生装置通过快插接头17与空气腔室15相连通；快插接头17的数量为多个，多个快插接头17间隔分布于底板11上。

在该实施例中，底板11上设有快插接头17，气压发生装置通过快插接头17与空气腔室15相连通，从而使气压发生装置与料盘1的连接与拆卸更方便；快插接头17的数量为多个，多个快插接头17均匀地、间隔分布于底板11上，使气压发生装置对空气腔室15抽气使空气腔室15内形成负压时，离型膜14能够更均匀地贴合在光学玻璃13上，离型膜14与光学玻璃13的贴合出没有气泡存在，从而保证打印面的平整度。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，底板11与料框12下端面贴合处的上表面处开设有密封凹槽，用于放置密封胶垫。

在该实施例中，底板11上表面的边缘处开设有密封凹槽，且密封凹槽内放置有密封胶垫；当将料框12安装与底板11上时，密封凹槽恰好位于料框12的下端面与底板11的贴合处，将料框12与底板11进行固定连接并压紧密封胶垫，从而保证料框12与底板11连接处的密封性，料盘1内的光敏树脂不会泄露出来；具体地，料框12与底板11之间通过螺栓进行紧固连接。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，3D打印机还包括控制系统；可移动光学系统3、气压发生装置、剥离机构2、可移动成型平台和图形预处理系统均与控制系统通讯连接。

在该实施例中，3D打印机还包括控制系统；气压发生装置与控制系统电连接，通过控制系统能够实现对气压发生装置启停的控制，在对模型进行打印时，先通过控制系统控制气压发生装置启动，使离型膜14绷紧并紧贴于透光玻璃上；当完成一层模型的打印后，通过控制系统控制气压发生装置关闭，使离型膜14恢复松弛状态，从而完成后续的剥离工序。

可移动光学系统3和图形预处理装置均匀与控制系统电连接，图形预处理装置能够将三维模型的一层层截面的切片数据传输给控制系统；控制系统能够控制光机31在沿X轴方向和/或Y轴方向移动一定距离，使光机31移动到不同的打印区域的打印工位上，从而在对大幅面三维模型的打印时，可以通过控制系统控制光机31沿X轴方向或Y轴方向移动指定距离到达指定的打印区域，对每个区域进行独立曝光打印。

力传感器29和驱动装置23均与控制系统电连接；通过控制系统能够控制驱动装置23的启停，当驱动装置23驱动剥刀22沿线性滑台21的长度方向滑动，对离型膜14和模型进行剥离时，力传感器29能够检测到剥刀22上剥离力的大小，同时将检测到的剥离力的大小反馈给控制系统，并与控制系统提前设定的允许的最大剥离力进行比较，力传感器29检测到的剥离力小于设定的允许的最大剥离力时，剥刀22继续运动完成对离型膜14与模型的剥离；当力传感器29检测到的剥离力大于设定的允许的最大剥离力时，控制系统控制驱动装置23，使剥刀22停止对离型膜14与模型的继续剥离，并退回初始启动位置，从而防止继续剥离的剥离力过大导致的离型膜14或模型的损坏。

因此，通过控制系统的控制，实现大幅面模型的逐层逐区域的打印和剥离。

本申请还提供了一种利用上述3D打印机的三维模型打印方法，如图5所示，具体地，包括以下步骤：

步骤100、图形预处理；

首先通过图形预处理系统对三维模型进行预处理，获取三维模型的一层层截面的切片数据，形成可打印数据文件，将可打印数据文件通过USB或者网络等传输方法传输至控制系统；

步骤200、分区打印；

将每层截面的切片图片进行分割形成整数个区域，通过可移动光学系统3对每个区域进行独立曝光；

完成一层曝光后，通过具有物理状态转换功能的料盘1结合剥离机构2完成对三维模型与料盘1的剥离；

步骤300、逐层打印；

完成一层截面的打印后，将成型平台提升一个打印层厚，对下一层截面的切片图片进行曝光，并重复步骤200，直至打印模型全部完成。

因此采用上述打印方法，能够实现对大幅面三维模型的分区打印和逐层打印，从而提高打印的稳定性和成型的一致性。

在该实施例中，如图6所示，三维模型打印方法的步骤100、图形预处理的过程还包括以下步骤：

步骤101、将每层截面的切片图片分割成整数个子切片图片，裁剪掉相邻两张子切片图片的像素重叠部分，然后将多个子切片图片进行拼接；

步骤102、对拼接后的截面图片进行灰度均匀度处理；

步骤103、对拼接后的截面图片进行尺寸处理，进行梯形与比例的校正；

步骤104、判断截面图片是否为黑图；

步骤105、对多个子切片图片的边缘拼接处进行灰阶过度处理。

从而，通过上述步骤实现对三维模型每层截面的分割和拼接，保证后续对大幅面三维模型打印的稳定性和成型一致性。

在该实施例中，如图7所示，三维模型打印方法的步骤200、分区打印的过程还包括以下步骤：

步骤201、控制系统控制气压发生装置工作，离型膜14吸附与光学玻璃13上；控制系统控制成型平台沿Z轴线性滑台21移动至离型膜14上方，使成型平台与离型膜14之间的距离为一层三维模型的打印层厚；

步骤202、控制系统控制光机31移动至第一个区域的打印工位上进行独立曝光；

步骤203、气压发生装置停止工作，并控制成型平台沿Z轴线性滑台21向上运动一定距离；

步骤204、控制系统控制剥刀22沿线性滑台21运动，对离型膜14和第一个区域内的三维模型进行剥离；

步骤205、通过控制系统对可移动光学系统3进行判断是否有曝光图形，如有图形，则通过控制系统控制光机31移动一定距离至第二个区域的打印工位上，重复上述步骤201至204，完成第二个区域的独立曝光和剥离；

步骤206、重复上述步骤201至205，直至完成一层截面图形的所有区域的曝光和剥离。

从而实现对大幅面三维模型的分区打印，提高打印过程的稳定性和三维模型的成型一致性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种3D打印机，其特征在于，包括机架和位于所述机架内的可移动光学系统、料盘组件、可移动成型平台和图形预处理系统；

所述可移动成型平台位于所述料盘组件的上方，包括Z轴线性滑台和成型平台，所述成型平台能够沿所述Z轴线性滑台的长度方向移动；所述可移动光学系统位于所述料盘组件的下方，用于向所述料盘内进行投影；所述图形预处理系统用于对三维模型进行截面切片预处理，形成可打印数据文件；

所述料盘组件包括料盘、剥离机构和气压发生装置；

所述料盘包括底板、料框、光学玻璃和离型膜；所述料框与所述底板相连接，所述底板上开设有通光孔，所述光学玻璃铺设于所述通光孔上并与所述底板固定连接；所述离型膜铺设于所述底板和所述光学玻璃上，所述离型膜与所述底板、所述光学玻璃和所述料框围设成空气腔室，所述空气腔室与所述气压发生装置相连通，从而使离型膜能够在紧绷和松弛的两种物理状态之间转换；

所述剥离机构包括线性滑台、剥刀、支撑组件和驱动装置；所述线性滑台位于所述料盘的外侧，所述剥刀通过所述支撑组件与所述线性滑台滑动连接，所述剥刀能够伸入到所述料盘内部；所述驱动装置能够驱动所述支撑组件和所述剥刀沿所述线性滑台的长度方向滑动，用于对所述三维模型和所述离型膜进行剥离。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述可移动光学系统包括光机、X轴线性滑台和Y轴线性滑台；

所述X轴线性滑台位于所述机架的底部平台上，所述Y轴线性滑台位于所述X轴线性滑台上并能沿所述X轴线性滑台的长度方向滑动，所述光机位于所述Y轴线性滑台上并能沿所述Y轴线性滑台滑动。

3.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述支撑组件包括支撑板和高度调节块，所述剥刀通过所述高度调节块与所述支撑板相连接；

所述线性滑台上设置有滑块，所述支撑板的一端与所述滑块相连接，所述支撑板远离所述滑块的一端的板面上开设有安装孔，所述安装孔为长条安装孔，所述长条安装孔沿所述支撑板的高度方向设置，所述高度调节块通过第一紧固件穿过所述长条安装孔与所述支撑板相连接，且所述高度调节块能够沿所述长条安装孔的长度方向移动，用于调节所述剥刀的安装高度。

4.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述支撑组件还包括固定连接块；所述固定连接块与所述支撑板远离所述滑块的一端相连接，所述固定连接块上设有调整螺栓，所述调整螺栓穿过所述固定连接块，且所述调整螺栓的螺纹端与所述高度调节块的上端面相连接，旋动所述调整螺栓能够使所述高度调节块沿所述长条安装孔的长度方向运动。

5.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述支撑组件还包括角度调节块；所述剥刀通过所述角度调节块与所述高度调节块相连接；

所述角度调节块上开设有第一连接孔和第二连接孔，所述第二连接孔呈圆弧形；所述高度调节块上开设有第三连接孔和第四连接孔；

所述第一连接孔通过第二紧固件与所述第三连接孔相连接，所述角度调节块能够绕着所述第二紧固件旋转，使所述第二连接孔能够与所述第四连接孔以一定角度重合并通过所述第二紧固件相连接。

6.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述剥离机构还包括力传感器，所述力传感器位于所述支撑组件和所述滑块之间，用于检测所述剥刀的剥离力的大小。

7.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述底板的上表面沿周向设置有凸台部，用于使所述离型膜的边缘处被抬高。

8.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述底板上设有快插接头，所述气压发生装置通过所述快插接头与所述空气腔室相连通；所述快插接头的数量为多个，多个所述快插接头间隔分布于所述底板上。

9.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述底板与所述料框下端面贴合处的上表面处开设有密封凹槽，用于放置密封胶垫。

10.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，还包括控制系统；所述可移动光学系统、所述气压发生装置、所述剥离机构、所述可移动成型平台和所述图形预处理系统均与控制系统通讯连接。

11.一种使用权利要求1所述的3D打印机的三维模型打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100、图形预处理；

首先通过所述图形预处理系统对所述三维模型进行预处理，获取所述三维模型的各层截面的切片数据，形成所述可打印数据文件，将所述可打印数据文件通过USB或者网络传输至控制系统；

步骤200、分区打印；

将每层截面的切片图片进行分割，形成整数个区域，通过所述可移动光学系统对每个区域进行独立曝光；

完成一层截面曝光后，通过具有物理状态转换功能的所述料盘结合所述剥离机构完成对所述三维模型与所述料盘的剥离；

步骤300、逐层打印；

完成一层截面的打印后，将所述成型平台提升一个打印层厚，对下一层截面的切片图片进行曝光，并重复步骤200，直至打印模型全部完成。

12.根据权利要求11的所述三维模型打印方法，其特征在于，所述步骤100的图形预处理过程还包括以下步骤：

步骤101、将每层截面的切片图片分割成整数个子切片图片，裁剪掉相邻两张所述子切片图片的像素重叠部分，然后将多个所述子切片图片进行拼接；

步骤102、对拼接后的所述截面图片进行灰度均匀度处理；

步骤103、对拼接后的所述截面图片进行尺寸处理，进行梯形与比例的校正；

步骤104、判断所述截面图片是否为黑图；

步骤105、对多个所述子切片图片的边缘拼接处进行灰阶过度处理。

13.根据权利要求11所述的三维模型打印方法，其特征在于，所述步骤200的分区打印过程还包括以下步骤：

步骤201、控制系统控制所述气压发生装置工作，所述离型膜吸附与光学玻璃上；所述控制系统控制所述成型平台沿所述Z轴线性滑台移动至所述离型膜上方，使所述成型平台与所述离型膜之间的距离为一层所述三维模型的打印层厚；

步骤202、所述控制系统控制光机移动至第一个区域的打印工位上进行独立曝光；

步骤203、所述气压发生装置停止工作，并控制所述成型平台沿所述Z轴线性滑台向上运动一定距离；

步骤204、所述控制系统控制所述剥刀沿所述线性滑台运动，对所述离型膜和第一个区域内的三维模型进行剥离；

步骤205、通过所述控制系统对所述可移动光学系统进行判断是否有曝光图形，如有图形，则通过所述控制系统控制光机移动一定距离至第二个区域的打印工位上，重复上述步骤201至204，完成第二个区域的独立曝光和剥离；

步骤206、重复上述步骤201至205，直至完成一层截面图形的所有区域的曝光和剥离。