CN111186133A - 一种sla与dlp结合的3d打印方法及打印装置 - Google Patents

一种sla与dlp结合的3d打印方法及打印装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SLA与DLP结合的3D打印方法及打印装置，所述打印方法包括如下步骤：S1、对三维模型进行分层切片，形成两个切片文件，一个是传送给DLP光机的图片格式的切片文件，另一个是传送给SLA点光源系统的STL格式的切片文件；S2、划分DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域；S3、对STL格式的切片文件进行路径规划；S4、每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印，打印完一层后，再打印下一层，直至打印完整个打印件。本发明将DLP面曝光打印与SLA点光源打印结合起来，DLP光机和SLA点光源系统同时照射且DLP面曝光打印与SLA点光源打印同时进行，既保证了精度，又加快了打印速度，大大提高了打印效率。

Description

一种SLA与DLP结合的3D打印方法及打印装置
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种SLA与DLP结合的3D打印方法及打印装置。
背景技术
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置，它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
常规的3D打印机，设置有料槽，料槽内盛放有液态材料，目前常用的两种打印方法中，一种是将打印平台浸在料槽的液体材料内，光从料槽上方往下照射，经过光固化在打印平台的上方得到一层打印模型件，打印平台在竖直方向上可以下降，打印完一层模型件之后，打印平台下降，继续光固化直到得到完整的打印模型件；另一种是将打印平台设置于料槽的上方，光从料槽底部往上照射，经过光固化在打印平台下方得到一层打印模型件，打印平台在竖直方向上可以上升，打印完一层模型件之后，打印平台上升，继续光固化直到得到完整的打印模型件。
目前常用的两种3D打印模式包括SLA点光源打印和DLP面曝光打印，但是SLA点光源打印设备，在打印幅面达到600mm*600mm幅面及以上时，每层的打印时间都在数分钟左右，打印所需时间长，效率非常低；现有的DLP面曝光打印设备，虽然打印时每层打印时间只有几秒钟，但打印幅面都比较小，因为一旦提高打印幅面，相应的精度就下降了。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种SLA与DLP结合的3D打印方法及打印装置。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种SLA与DLP结合的3D打印方法，包括如下步骤：
S1、对三维模型进行分层切片，形成两个切片文件，一个是传送给DLP光机的图片格式的切片文件，另一个是传送给SLA点光源系统的STL格式的切片文件；
S2、划分DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域；
S3、对STL格式的切片文件进行路径规划；
S4、每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印，打印完一层后，再打印下一层，直至打印完整个打印件。
进一步地，所述步骤S1中，对三维模型进行分层切片具体包括：
S11、根据打印件的结构，在计算机上建立三维模型；
S12、将三维模型导入切片软件中；
S13、设定分层切片的参数，对三维模型进行分层切片，得到图片格式的切片文件和STL格式的切片文件，分层切片包括获取三维模型的各层数据；
S14、分别将图片格式的切片文件读到DLP光机中、将STL格式的切片文件读到SLA点光源系统中。
进一步地，所述步骤S1中，传送给DLP光机的图片格式的切片文件为BMP格式、PNG格式或JPEG格式。
进一步地，所述步骤S2中，划分DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域具体包括如下：
S11、预设一个DLP像素精度J；
S12、大于DLP像素精度J所对应的像素尺寸的区域为DLP面曝光打印区域，剩余区域为SLA点光源打印区域。
进一步地，所述步骤S3中，所述STL格式的切片文件的路径至少包括平行填充、螺旋填充。
进一步地，所述步骤S4具体包括如下：
S41、打印控制系统同时控制DLP光机和SLA点光源系统向料槽内照射，每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印；
S42、打印完一层后，打印控制系统控制打印平台移动一个层厚的高度，再打印下一层，直至打印完整个打印件。
本发明还提供了一种如上述所述的SLA与DLP结合的3D打印装置，包括料槽、在料槽内上下运动的打印平台以及位于料槽上方或下方的光照射系统，所述光照射系统包括DLP光照射系统和SLA光照射系统，DLP光学系统包括DLP光机，SLA光学系统包括SLA激光器和振镜，DLP光机与振镜位于料槽的正上方或正下方位置处且并排放置。
进一步地，还包括料槽支架和带动打印平台垂直升降的传动机构，所述料槽支架设于料槽的下方。
进一步地，当所述光照射系统设于料槽上方时，还包括液面刮平装置，所述液面刮平装置包括刮刀和刮刀传动机构，所述刮刀水平滑动设置于刮刀传动机构上，刮刀传动机构固定在料槽支架上，刮刀的下端面与料槽内的液面齐平。
进一步地，所述DLP光机采用4K分辨率且波长为365nm、385nm、405nm、425nm或450nm的LED光源，所述SLA激光器采用波长为405nm的激光。
本发明的有益效果是：
本发明将DLP面曝光打印与SLA点光源打印结合起来，DLP光机和SLA点光源系统同时照射且DLP面曝光打印与SLA点光源打印同时进行，既保证了精度，又加快了打印速度，大大提高了打印效率。
附图说明
图1为本发明实施例1所述采用上照射方式的SLA与DLP结合的3D打印装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1所述采用下照射方式的SLA与DLP结合的3D打印装置的结构示意图。
图3为本发明实施例2所述DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域的示意图。
图中，1、料槽，2、打印平台，3、DLP光机，4、SLA激光器，5、振镜，6、料槽支架，7、传动机构，8、刮刀，9、刮刀传动机构，10、玻璃。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
实施例1、
本实施例所述的一种SLA与DLP结合的3D打印装置，包括料槽1、在料槽内上下运动的打印平台2以及位于料槽上方或下方的光照射系统，即，本实施例所述的SLA与DLP结合的3D打印装置可以采用上照射方式，也可以采用下照射方式；所述光照射系统包括DLP光照射系统和SLA光照射系统，DLP光学系统包括DLP光机3，SLA光学系统包括SLA激光器4和振镜5，DLP光机3与振镜5位于料槽1的正上方或正下方位置处且并排放置，当采用上照射方式时，如图1所示，DLP光机3与振镜5位于料槽1的正上方位置处且并排放置，当采用下照射方式时，如图2所示，DLP光机3与振镜5位于料槽1的正下方位置处且并排放置，本实施例优选DLP光机和振镜5距离曝光面为800mm。
进一步地，所述SLA与DLP结合的3D打印装置还包括料槽支架6和带动打印平台2垂直升降的传动机构7，所述料槽支架6设于料槽1的下方使得料槽1放置在料槽支架6上，其中，采用下照射方式的SLA与DLP结合的3D打印装置的结构中，如图2所示，为了便于表示DLP光机3、SLA激光器4和振镜5，只画出了料槽支架6的一部分、将另一部分省略，所述传动机构7为现有技术，一般采用丝杆传动机构，由于不是本发明的创新点，此处不再赘述，所述传动机构7与打印控制系统电连接，通过打印控制系统控制传动机构7带动打印平台2升降。
进一步地，当所述光照射系统设于料槽1上方时，如图1所示，还包括液面刮平装置，所述液面刮平装置包括刮刀8和刮刀传动机构9，所述刮刀8水平滑动设置于刮刀传动机构9上，刮刀传动机构9固定在料槽支架7上，刮刀8的下端面与料槽内的液面齐平，当打印完一层后，打印控制系统控制刮刀传动机构9带动刮刀8水平滑动以将料槽1内的液面刮平。
进一步地，当所述光照射系统设于料槽1下方时，如图2所示，料槽1的底部设有玻璃10，玻璃10的上表面镀有一层剥离膜，所述DLP光机3和振镜5投射的光依次穿过玻璃10和剥离膜向料槽1内照射对液体树脂进行光固化以形成打印件。
作为优选，所述DLP光机3采用4K分辨率且波长为365nm、385nm、405nm、425nm或450nm的LED光源，本实施例所述DLP光机3优选波长为405nm的LED光源，更进一步地，所述DLP光机的出口功率优选3W；所述SLA激光器4采用波长为405nm的激光。
实施例2、
本实施例提供了一种SLA与DLP结合的3D打印方法，包括如下步骤：
步骤S1、对三维模型进行分层切片，形成两个切片文件，一个是传送给DLP光机的图片格式的切片文件，另一个是传送给SLA点光源系统的STL格式的切片文件。具体如下：
S11、根据打印件的结构，采用虚拟建模技术，在计算机上建立三维模型，所述三维模型包括打印件的结构数据和材料数据；
S12、将三维模型导入切片软件中；
S13、设定分层切片的参数，所述参数至少包括分层的厚度，根据设定的层厚对三维模型进行分层切片，得到图片格式的切片文件和STL格式的切片文件，分层切片包括获取三维模型的各层数据；
S14、分别将图片格式的切片文件读到DLP光机中、将STL格式的切片文件读到SLA点光源系统中，其中，传送给DLP光机的图片格式的切片文件为BMP格式、PNG格式或JPEG格式，本实施例优选BMP格式。
步骤S2、划分DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域。具体包括如下：
S11、预设一个DLP像素精度J；
S12、大于DLP像素精度J所对应的像素尺寸的区域为DLP面曝光打印区域，剩余区域为SLA点光源打印区域，其中，所述像素尺寸是指每个像素代表的物理尺寸大小。
举例来说，预设DLP像素精度J为0.3mm/pixel，那么，该像素精度J所对应的像素尺寸为0.3mm，大于像素尺寸0.3mm的区域（图3所示的A区域）为DLP面曝光打印区域，剩余区域，即小于等于0.3mm的区域（图3所示的B区域）为SLA点光源打印区域。若光机分辨率为1920×1080，则幅面长为1920×0.3mm =576mm，幅面宽为1080×0.3mm=324mm，那么SLA光学系统的幅面配置为576mm×324mm，那么SLA点光源打印方式扫描像素尺寸0.3mm以下的细节，具体打印时，可以将SLA点光源打印的光斑直径设为0.1mm。
同理，如果预设DLP像素精度J为0.2mm/pixel，那么，该像素尺寸J所对应的像素尺寸为0.2mm，大于像素尺寸0.2mm的区域为DLP面曝光打印区域，剩余区域，即小于等于0.2mm的区域为SLA点光源打印区域。若光机分辨率为3840×2160，则幅面长为3840×0.2mm=768mm，幅面宽为2160×0.2mm=432mm，那么SLA光学系统的幅面配置为768mm×432mm。
步骤S3、对STL格式的切片文件进行路径规划，路径规划在计算机软件中完成，所述STL格式的切片文件的路径采用现有技术，至少包括平行填充、螺旋填充。
步骤S4、每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印，打印完一层后，再打印下一层，直至打印完整个打印件。由于照射方式可以选择上照射方式，也可以选择下照射方式，具体如下：
当选择上照射方式打印时，打印控制系统同时控制DLP光机3和SLA点光源系统向料槽1内照射，每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印；打印完一层后，在打印控制系统的控制下，传动机构7带动打印平台2在料槽1内下降一个层厚的高度，当全部打印完后，控制传动机构7上升以将打印件取下。采用上照射方式打印时，打印件是一直浸在料槽1内的液体树脂中的。
当采用下照射方式打印时，打印控制系统同时控制DLP光机3和SLA点光源系统的光线穿过玻璃10和剥离膜向料槽1内照射，每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印；打印完一层后，在打印控制系统的控制下，传动机构7带动打印平台2在料槽1内上升一个层厚的高度，打印件与剥离膜脱离，当全部打印完成后，将打印件从打印平台上取下。
SLA点光源打印和DLP面曝光打印相当于“小光斑”打印和“大光斑”打印，“大光斑”的打印速度大于“小光斑”的打印速度。举例来说，比如：现有技术中，单纯采用SLA点光源打印方式打印时，一个层厚一般需要 1分钟，而单纯采用DLP面曝光打印方式时，一个层厚一般需要10秒钟，而将DLP面曝光打印和SLA点光源打印结合在一起，因为大部分区域都是采用DLP面曝光打印，只有边角一些很小的区域采用SLA点光源打印，通过合理规划DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域，使得DLP面曝光打印区域所需时间与SLA点光源打印区域所需时间相同，即，将SLA点光源打印所需时间调整到10秒钟左右，由于DLP面曝光打印和SLA点光源打印同时进行，打印一个层厚所需时间总共为10秒钟，大大加快了打印速度。
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种SLA与DLP结合的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对三维模型进行分层切片，形成两个切片文件，一个是传送给DLP光机的图片格式的切片文件，另一个是传送给SLA点光源系统的STL格式的切片文件；
S2、划分DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域；
S3、对STL格式的切片文件进行路径规划；
S4、每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印，打印完一层后，再打印下一层，直至打印完整个打印件。
2.根据权利要求1所述的SLA与DLP结合的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S1中，对三维模型进行分层切片具体包括：
S11、根据打印件的结构，在计算机上建立三维模型；
S12、将三维模型导入切片软件中；
S13、设定分层切片的参数，对三维模型进行分层切片，得到图片格式的切片文件和STL格式的切片文件，分层切片包括获取三维模型的各层数据；
S14、分别将图片格式的切片文件读到DLP光机中、将STL格式的切片文件读到SLA点光源系统中。
3.根据权利要求1所述的SLA与DLP结合的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S1中，传送给DLP光机的图片格式的切片文件为BMP格式、PNG格式或JPEG格式。
4.根据权利要求1所述的SLA与DLP结合的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S2中，划分DLP面曝光打印区域和SLA点光源打印区域具体包括如下：
S11、预设一个DLP像素精度J；
S12、大于DLP像素精度J所对应的像素尺寸的区域为DLP面曝光打印区域，剩余区域为SLA点光源打印区域。
5.根据权利要求1所述的SLA与DLP结合的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述STL格式的切片文件的路径至少包括平行填充、螺旋填充。
6.根据权利要求1所述的SLA与DLP结合的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下：
S41、打印控制系统同时控制DLP光机和SLA点光源系统向料槽内照射，每层的图片格式文件和STL格式文件同时打印；
S42、打印完一层后，打印控制系统控制打印平台移动一个层厚的高度，再打印下一层，直至打印完整个打印件。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的SLA与DLP结合的3D打印装置，其特征在于，包括料槽（1）、在料槽内上下运动的打印平台（2）以及位于料槽上方或下方的光照射系统，所述光照射系统包括DLP光照射系统和SLA光照射系统，DLP光学系统包括DLP光机（3），SLA光学系统包括SLA激光器（4）和振镜（5），DLP光机（3）与振镜（5）位于料槽（1）的正上方或正下方位置处且并排放置。
8.根据权利要求7所述的3D打印装置，其特征在于，还包括料槽支架（6）和带动打印平台（2）垂直升降的传动机构（7），所述料槽支架（6）设于料槽（1）的下方。
9.根据权利要求8所述的3D打印装置，其特征在于，当所述光照射系统设于料槽（1）上方时，还包括液面刮平装置，所述液面刮平装置包括刮刀（8）和刮刀传动机构（9），所述刮刀（8）水平滑动设置于刮刀传动机构（9）上，刮刀传动机构（9）固定在料槽支架（7）上，刮刀（8）的下端面与料槽内的液面齐平。
10.根据权利要求7所述的3D打印装置，其特征在于，所述DLP光机（3）采用4K分辨率且波长为365nm、385nm、405nm、425nm或450nm的LED光源，所述SLA激光器（4）采用波长为405nm的激光。
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