CN111516263A - 用于dlp型3d打印机的高效打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于DLP型3D打印机的高效打印方法，该打印方法包括：将待打印工件的彩色三维打印模型切片成若干二维彩色图片，基于颜色的不同将彩色二维图片化成层若干个不同的色块，将若干个色块分解成若干张至少含有两种不同打印精度等级的子图片，以及命令所述DLP型3D打印机打印相应所述的子图片。本发明的打印方法为兼顾高精度和高速度的高效打印方法。

Description

用于DLP型3D打印机的高效打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种用于DLP型3D打印机的高效打印方法。

背景技术

在牙科领域，齿科修复模型，目前主要使用面曝光的DLP类型3D打印机，如光机或投影仪在底部投影每次投影一层的层图，打印平台将成型物品在离型膜上拉拔剥离，修复模型的打印精度要求偏高。

目前这种结构，鉴于成型精度要求偏高，受限于光机或投影仪分辨率，成型幅面较小；同时由于每次是从离型膜上剥离拉拔，受限于离型膜的材质弹性及拉拔力过大，成型幅面较小。目前的结构，光机或投影仪固定安装，打印精度一致，不可调，而修复模型实际需求为部分精度要求较高，其余部分精度一般，打印效率不可调且偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于DLP型3D打印机的高效打印方法。

为了实现上述发明目的，本发明的提供一种用于DLP型3D打印机的高效打印方法，该高效打印方法包括如下步骤：

（S1）输入待打印工件的彩色三维打印模型，利用与XY平面相平行的若干个切割面并结合所述DLP型3D打印机的单次打印层厚度对所述彩色三维打印模型进行逐层切片以获得多张彩色二维图片；其中，所述的彩色三维打印模型的维度分别是X轴维度、Y轴维度以及Z轴维度，所述打印层厚度指的是在Z轴方向的高度，所述的彩色三维打印模型中不同颜色代表不同的打印精度要求，每张所述彩色二维图片代表所述彩色三维打印模型上的一薄层；

（S2）基于颜色信息将每张所述彩色二维图片分成若干个代表不同颜色的色块，每个所述色块均落在相应所述彩色二维图片所在的XY平面内，每一张所述彩色二维图片由至少一个所述色块组成；利用与所述XY平面相交的若干个切割面对若干个所述色块进行分解得到若干张具有高低不同打印精度等级的子图片；其中，单张高打印精度等级的所述子图片尺寸小于单张低打印精度等级的所述子图片，相同颜色的若干个所述色块分解所得到的全部子图片具有同一打印精度等级；以及

（S3）命令所述DLP型3D打印机打印若干张所述的子图片。

上述技术方案的优选方案之一，在所述的步骤（S2）中，对若干张具有不同打印精度等级的子图片分别标记所在打印层的层数信息、所在打印层的二维平面位置信息、以及打印精度等级信息；其中，所述的二维平面位置信息包括X轴位置信息和Y轴位置信息。

在所述步骤（S2）的优选方案基础上，还可以优选，在所述的步骤（S3）中，基于每个相同打印层中的若干个子图片中的二维平面位置信息编辑每个打印层中对应的若干个子图片的打印顺序以及基于每个相同打印层中的若干个子图片中的打印精度等级信息编辑打印各相应的子图片，使所述DLP型3D打印机按所述的打印顺序逐层打印出三维模型。

在所述步骤（S3）的优选方案基础上，还可以进一步优选，在所述的步骤（S3）中，在编辑每个打印层对应各个所述子图片的打印顺序时，将具有相同打印精度等级的若干子图片编辑为同时或同批次连续打印。

在所述步骤（S3）的进一步优选方案基础上，还可以优选，在所述的步骤（S3）中，当打印具有相同打印精度等级的若干子图片时，所述DLP型3D打印机中的投影光机仅在XY平面内移动，而在Z轴上的位置保持不变。

在所述的步骤（S3）中，可以采用的第三优选方案包括：当打印具有相同打印精度等级的若干子图片时，所述DLP型3D打印机中的投影光机焦距保持不变。

本发明的打印方法通过将传输给DLP投影光机的子图片分成若干个不同的打印精度等级，以及命令3D打印机按不同打印精度等级要求打印相应子图片所对应的层，此方法能够通过设定不同打印精度，实现兼顾高精度和高速度的高效打印。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种DLP型3D打印机的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的控制装置在形成切片图像时的流程示意图；

图3是对待打印工件的彩色三维打印模型进行切片得到若干彩色二维图片的示意图；

图4是将其中的一张彩色二维图片根据不同颜色分成多个色块的示意图；

图5是将图4中的不同色块分解成大小不一致的子图片的示意图。

其中：100、DLP型3D打印机；10、树脂供应装置；11、树脂槽；12、成型承载台；121、多孔网板；122、刮板；123、升降机构；124、平移机构；20、DLP投影光机；30、控制装置；31、控制器；32、控制屏幕；40、移动装置；41、X轴丝杠传动机构；42、Y轴丝杠传动机构；43、Z轴丝杠传动机构；411、X轴电机；412、X轴丝杠；421、Y轴电机；422、Y轴丝杠；431、Z轴电机；432、Z轴丝杠；1001、第一XY平面；1002、第二XY平面；1003、第三XY平面。

具体实施方式

如图1所示的DLP型3D打印机100，包括树脂供应装置10、带有光源的DLP投影光机20以及控制装置30。

树脂供应装置10，包括用于存储液态光敏树脂材料的树脂槽11、设置于树脂槽11内且能够沿打印方向（即Z轴方向）移动的成型承载台12。成型承载台12包括沿第一XY平面1001（即垂直于打印方向的平面）延伸的多孔网板121。多孔网板121具有第一面积S1，借由该第一面积S1，多孔网板121能够同时将DLP型3D打印机100打印的多个工件保持在多孔网板121上。多孔网板121上方设置有刮板122，刮板122被配置成在平移机构124的带动下能够在第三XY平面1003内移动，可移动的刮板122的作用是用于将位于多孔网板121上的液态光敏树脂材料刮平。本例中的成型承载台12被安装在一个能够沿Z轴升降的升降机构123上，本例的升降机构123为一丝杠传动机构。多孔网板121能够借由该升降机构123上实现随打印层的位置而升降，即在DLP投影光机20每层投影完成后，输出信号给控制装置30，经过控制装置30输出运动信号给升降机构123，多孔网板121下降一个打印层厚度所对应的高度，树脂材料从四周边缘及多孔网板121的孔中向上补充树脂。随后刮板122在平移机构124的带动移动一个多孔网板121的幅面大小距离，共同实现了下个打印层中的液态光敏树脂材料补充及涂铺，然后反馈信号给控制装置30指示光DLP投影光机20进行下一个打印层相关的运动及投影作业。

DLP投影光机20被布置成能够朝向成型承载台12投影光图像，以实现将位于成型承载台12上的光敏树脂材料硬化。

本例中，DLP投影光机20借由一支架（图中未示出）安装在移动装置40上，移动装置40被构造成能够带动DLP投影光机20分别沿X轴方向、沿Y轴方向以及Z方向移动。DLP投影光机20在移动装置40的带动下将能够在具有第二面积S2的第二XY平面1002内平移，该第二面积S2大于等于多孔网板121的第一面积S1，即DLP投影光机20的移动区域面积大于等级多孔网板121的面积；这样能够使得即使采用低分辨力的DLP投影光机，也可以打印幅面较宽的工件或者同时打印多个小尺寸工件。

移动装置40包括X轴丝杠传动机构41、Y轴丝杠传动机构42以及Z轴丝杠传动机构43。X轴丝杠传动机构41包括X轴电机411、在X轴电机411带动下实现可旋转地安装的X轴丝杠412以及与X轴丝杠412接合并在X轴丝杠412旋转时能够沿着X轴丝杠412平动的第一螺母（图中未示出），第一螺母构造成用于带动DLP投影光机20沿X轴方向移动。Y轴丝杠传动机构42包括Y轴电机421、由Y轴电机421带动以实现可旋转地安装的Y轴丝杠422以及与Y轴丝杠422接合并在Y轴丝杠422旋转时能够沿着Y轴丝杠422平动的第二螺母（图中未示出），第二螺母构造成用于带动DLP投影光机20沿Y轴方向移动。Z轴丝杠传动机构43包括Z轴电机431、在Z轴电机431带动下实现可旋转地安装的Z轴丝杠432以及与Z轴丝杠432接合并在Z轴丝杠432旋转时能够沿着Z轴丝杠432平动的第三螺母（图中未示出），第三螺母构造成用于带动DLP投影光机20沿Z轴方向移动。DLP投影光机20在XYZ方向的三维移动，实现了成型幅面增大，精度可调，操作简单、精度高、适应范围强。

在其他实施方式中，移动装置也可以由非丝杠传动机构来替代，如齿轮移动机构，皮带移动机构等，一切能实现带动DLP投影光机在X轴、Y轴以及Z轴方向上的精确移动的传动机构方式均可。

控制装置30由控制器31和控制屏幕32两部分构成，控制器31分别与升降机构123、平移机构124、移动装置40上的各个电机以及DLP投影光机20相信号连接，并控制这些部件的工作。本例中，控制装置30除了控制上述部件工作外，还需要制作切片图像，控制装置30被设定为通过执行以下步骤来形成切片图像，如图2所示：

步骤一：向控制装置30中输入待打印工件的彩色三维打印模型，该彩色三维打印模型中不同颜色代表不同的打印精度要求，如以红绿两色构成的彩色三维打印模型为例，红色代表需要高精度打印的部分，而绿色代表仅需要按照普通精度打印的部分；利用与XY平面相平行的若干个切割面并结合DLP型3D打印机100的单次打印层厚度对三维打印模型进行逐层切片以获得多张彩色二维图片；其中，每张二维图片代表三维打印模型上的一薄层，三维打印模型的维度分别是X轴维度、Y轴维度以及Z轴维度，打印层厚度指的是在Z轴方向的高度。

步骤二：基于颜色信息将多张彩色二维图片划分成多种不同的色块，每个色块均落在相应彩色二维图片所在的XY平面内，每一张所述彩色二维图片由至少一个所述色块组成。仍以具有红绿色彩的二维图片为例，当二维图片中仅有红色时，则该二维图片仅划分为一个单一的红色色块，同样；当二维图片中仅有绿色时，则该二维图片仅划分为一个单一的绿色；而当二维图片中即有红色也有绿色时，则该图片则需要被划分成至少一个红色色块和至少一个绿色色块。而后再利用与XY平面相交（注：此处的相交可以是垂直相交，也可以是非垂直相交）的若干个切割面对全部的色块进行分解得到若干张具有高低不同打印精度等级的子图片；其中，高打印精度等级的子图片尺寸小于低打印精度等级的子图片，相同颜色的色块分解所得到的全部子图片具有同一打印精度，隶属于不同种色块的子图片将具有不同的打印精度等级；以上述具有红绿颜色的多张彩色二维图片为例，所有的红色色块将均被分解成若干张高打印精度等级的子图片，而所有的绿色色块将被分解成若干张普通或低打印精度等级的子图片，单张由红色色块分解的子图片尺寸小于单张由绿色色块分解的子图片尺寸；DLP型3D打印机100在打印这些不同打印精度等级的子图片时，DLP投影光机20可以采用不同的分辨率进行工作，DLP投影光机20单次投射的光图片尺寸越小，分辨率越高，打印精度等级越高；将对全部具有不同打印精度等级的子图片分别标记所在打印层的层数信息、所在打印层的二维平面位置信息、以及打印精度等级信息；其中，所述的二维平面位置信息包括X轴位置信息和Y轴位置信息。

步骤三：基于每个相同打印层中的若干个子图片中的二维平面位置信息编辑每个打印层中对应的若干个子图片的打印顺序以及基于每个相同打印层中的若干个子图片中的打印精度等级信息编辑打印各相应的子图片，使DLP型3D打印机按所述的打印顺序逐层打印出三维模型；其中，在编辑每个打印层对应各个子图片的打印顺序时，将具有相同打印精度等级的若干子图片编辑为同时或同批次连续打印；如以同一个打印层中有多个红色色块和多个绿色色块而言，所有由红色色块分解得到的代表高精度打印等级的子图片可以设置有优先打印，待这些高精度打印等级的子图片全部打印结束后，再着手进行所有由绿色色块分解得到的代表普通精度打印等级的子图片打印。

上述子图片以及各打印层的打印顺序编辑制作完成后，控制装置30将各个子图片依次传送给DLP投影光机20并以实现按不同打印精度等级要求打印相应子图片所对应的层，直至完成所有层的打印。

其中，上述打印过程中，在打印具有相同打印精度信息的若干子图片时，3D打印机中的DLP投影光机仅在XY平面内移动，而在Z轴上的位置保持不变，且DLP投影光机20的焦距也保持不变；而在从打印一个相同打印精度等级的子图片切换到打印另一个打印精度等级的子图片时，控制装置30需要控制相应机构动作以通过调节DLP投影光机20在Z轴的位置或DLP投影光机20的焦距来实现打印精度打印的切换。

下面列举一个打印实例，来详细说明一下打印过程：

S1、如图3所示，向控制装置30中输入工件所对应的彩色三维打印模型M，利用与XY平面相平行的若干个切割面并结合DLP型3D打印机100的单次打印层厚度对该彩色三维打印模型M进行逐层切片以获得n张二维图片P1，P2……，Pn；其中，每张彩色的二维图片代表三维打印模型M上的一薄层，如二维图片P1代表起始的第一薄层，二维图片P2代表第二薄层，二维图片Pn代表第n层薄层。

S2、将每张二维图片P1，P2，……，Pn分别分解成若干张子图片，以第一层二维图片P1为例，如图4所示，将二维图片P1根据两种不同颜色分成第一色块P1d和第二色块P1h；如图5所示，再将第一色块P1d分解成e张子图片P1d1，P1d2，……，P1de，将第二色块P1h分解成f张子图片P1h1，P1h2，……，P1hf；其中，由第一色块P1d分解的子图片P1d1，P1d2，……，P1de和由第二色块P1h分解的子图片P1h1，P1h2，……，P1hf尺寸大小不同，其对应具有高低不同的两种打印精度等级；其中，本例中，由第一色块分解的子图片属于高精度打印等级的子图片，而由第二色块分解的子图片属于普通打印精度等级的子图片；按照此方法，依次将第二层直至第n层图片中的若干色块分解成具有高低不同的多种打印精度等级的子图片；对各层的全部子图片标记所在打印层的层数信息、所在打印层的二维平面位置信息、打印精度等级信息；其中，二维平面位置信息包括X轴位置信息和Y轴位置信息。

S3、基于每个相同打印层中的若干个子图片中的二维平面位置信息编辑每个打印层中对应的若干个子图片的打印顺序以及基于每个相同打印层中的若干个子图片中的打印精度等级信息编辑打印各相应的子图片，使DLP型3D打印机按所述的打印顺序逐层打印出三维模型；其中，在编辑每个打印层对应各个所述子图片的打印顺序时，如可以编辑首先打印该打印层中高打印精度等级的子图片，待该层中全部的高打印精度等级子图片全部打印完，再打印该打打印层中低打印精度等级的子图片。

S4、按照步骤S3中的打印顺序，先打印第一薄层中的全部子图片子图片P1d1，P1d2，……，P1de，P1h1，P1h2，……，P1hf，打印过程中，先调节DLP投影光机20的分辨率，使其满足高打印精度等级要求，调节完成后，在Z轴上的位置保持不变，且DLP投影光机20的焦距也保持不变，DLP投影光机20仅在XY平面内移动着手打印P1d1，P1d2，……，P1de；待高打印精度等级的子图片全部打印完成后，再通过调节DLP投影光机20的焦距或者在Z轴的高度以实现调节其分辨率，待分辨率满足低精度打印要求后，DLP投影光机20将在XY平面内移动以实现打印子图片P1h1，P1h2，……，P1hf。当第一薄层打印结束后，多孔网板121在升降机构123的带动下向下降一个打印层厚度所对应的高度，树脂槽11内的光敏树脂材料从多孔网板121的网孔以后周围逸到多孔网板121的上侧并覆盖以完成的打印薄层，刮板122随后将覆盖在多孔网板121上的光敏树脂材料刮平，DLP投影光机20将按照打印第一薄层的方法进行第二薄层的打印，直至完成待打印层的打印。

该发明中，通过将各层切片所对应的彩色二维图片基于颜色信息分解成具有不同打印精度等级的若干子图片，后期DLP投影光机能够基于精度等级实现向成型承载台投影不同精度的光图像。因而，本发明的打印方法能够实现高精度、可调精度的工件打印，且依据该打印方法能够提高打印速度，从而实现高效打印。

尽管参照目前被认为是实践上示例性的实施方式描述了本公开，但应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方式，相反地，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同安排。因此，应当理解的是，前述实施方式是示例性的，不以任何方式限制本公开。

Claims (6)

1.一种用于DLP型3D打印机的高效打印方法，其特征在于，该高效打印方法包括如下步骤：

（S1）输入待打印工件的彩色三维打印模型，利用与XY平面相平行的若干个切割面并结合所述DLP型3D打印机的单次打印层厚度对所述彩色三维打印模型进行逐层切片以获得多张彩色二维图片；其中，所述的彩色三维打印模型的维度分别是X轴维度、Y轴维度以及Z轴维度，所述打印层厚度指的是在Z轴方向的高度，所述的彩色三维打印模型中不同颜色代表不同的打印精度要求，每张所述彩色二维图片代表所述彩色三维打印模型上的一薄层；

（S2）基于颜色信息将每张所述彩色二维图片分成若干个代表不同颜色的色块，每个所述色块均落在相应所述彩色二维图片所在的XY平面内，每一张所述彩色二维图片由至少一个所述色块组成；利用与所述XY平面相交的若干个切割面对若干个所述色块进行分解得到若干张具有高低不同打印精度等级的子图片；其中，单张高打印精度等级的所述子图片尺寸小于单张低打印精度等级的所述子图片，相同颜色的若干个所述色块分解所得到的全部子图片具有同一打印精度等级；以及

（S3）命令所述DLP型3D打印机打印若干张所述的子图片。

2.根据权利要求1所述的高效打印方法，其特征在于，在所述的步骤（S2）中，对若干张具有不同打印精度等级的子图片分别标记所在打印层的层数信息、所在打印层的二维平面位置信息、以及打印精度等级信息；其中，所述的二维平面位置信息包括X轴位置信息和Y轴位置信息。

3.根据权利要求2所述的高效打印方法，其特征在于，在所述的步骤（S3）中，基于每个相同打印层中的若干个子图片中的二维平面位置信息编辑每个打印层中对应的若干个子图片的打印顺序以及基于每个相同打印层中的若干个子图片中的打印精度等级信息编辑打印各相应的子图片，使所述DLP型3D打印机按所述的打印顺序逐层打印出三维模型。

4.根据权利要求3所述的高效打印方法，其特征在于，在所述的步骤（S3）中，在编辑每个打印层对应各个所述子图片的打印顺序时，将具有相同打印精度等级的若干子图片编辑为同时或同批次连续打印。

5.根据权利要求4所述的高效打印方法，其特征在于，在所述的步骤（S3）中，当打印具有相同打印精度等级的若干子图片时，所述DLP型3D打印机的投影光机仅在XY平面内移动，而在Z轴上的位置保持不变。

6.根据权利要求4所述的高效打印方法，其特征在于，在所述的步骤（S3）中，当打印具有相同打印精度等级的若干子图片时，所述DLP型3D打印机中的投影光机焦距保持不变。

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