CN112519232A - 用于加强光固化3d打印模型表层固化强度的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加强光固化3D打印模型表层固化强度的处理方法及装置。其中，该方法包括：获取3D打印材料的切片；分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；对所述非表层区域进行常规曝光固化，对所述表层区域进行充分曝光固化，使得表层树脂接近完全固化，不再或及少量发生充分固化表层区域。本发明解决了现有技术中3D打印模型由于后期二次固化材料收缩程度高导致的尺寸变小、开裂、部分切片翘曲的技术问题。

Description

用于加强光固化3D打印模型表层固化强度的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体而言，涉及一种用于加强光固化3D打印模型表层固化强度的处理方法及装置。

背景技术

基于光聚合原理的SLA（Stereo lithography Appearance）的3D打印技术以液态光敏树脂为耗材，在紫外光辐照条件下快速发生聚合，逐层打印，有序成型，最终生成三维制品。

SLA打印过程是将先将模型切片，然后使用紫外光源（激光或DLP或LCD）逐层照射到切片上，将切片区域的液态光敏树脂固化。树脂聚合时，单体分子间产生聚合反应，形成共价键连接的网状大分子。分子间距离缩小导致体积收缩，多数树脂材料体积收缩幅度在1.5%- 3%之间。收缩应力是光敏树脂固化必然存在的一种状态。在光固化过程中以及打印完成后的二次固化（固化不充分的情况下，日常光照或紫外灯照射会产生二次固化），树脂都会产生收缩，树脂固化收缩会导致收缩应力的产生，应力较大时会引起工件的尺寸变小、翘曲变形、表面开裂等现象。影响收缩应力的因素主要有两个方面：一是材料的本身性质；二是固化的过程。现有大部分方案是从材料角度，降低材料本身的收缩率。从光固化原理上来讲，收缩不可避免，因此优化固化过程非常重要，也非常必要。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于加强光固化3D打印模型表层固化强度的处理方法及装置，以至少解决现有技术中 3D打印模型由于后期二次固化材料收缩程度高导致的尺寸变小、开裂、部分切片翘曲的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于3D打印的充分固化处理方法，包括：获取3D打印模型的切片；分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；对所述非表层区域进行曝光固化；对所述表层区域进行充分曝光固化。

可选的，所述分析所述切片，得到表层区域和非表层区域包括：根据本层切片、上邻/下邻多层切片、预设的表层厚度信息，或根据本层切片、3D模型数据、预设的表层厚度信息，基于预设的模型进行计算分析，并得到分析结果；根据所述分析结果，识别并生成所述切片的表层区域和非表层区域。

可选的，所述对所述表层区域和非表层区域进行曝光固化包括：获取所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据；根据所述非表层区域的范围数据进行曝光固化处理。

可选的，所述对所述表层区域再次进行充分曝光固化包括：获取所述曝光固化后所述切片表层区域的范围数据；对曝光固化后所述切片表层区域的范围数据进行充分曝光固化。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种用于3D打印的固化处理装置，包括：获取模块，用于获取3D打印材料的切片；分析模块，用于分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；固化模块，用于对所述非表层区域进行曝光固化；充分固化模块，用于对所述表层区域进行充分曝光固化。

可选的，所述分析模块包括：分析单元，用于分析所述切片的表面结构，得到分析结果；识别单元，用于根据所述分析结果，识别并生成所述切片的表层区域和非表层区域。

可选的，所述固化模块包括：获取单元，用于获取所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据；固化单元，用于根据所述非表层区域的范围数据进行曝光固化处理。

可选的，所述充分固化模块包括：获取单元，还用于获取所述切片表层区域的范围数据；充分固化单元，用于对所述切片表层区域的范围数据进行充分曝光固化。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行用于3D打印的充分固化处理方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子装置，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行用于3D打印的充分固化处理方法。

在本发明实施例中，采用获取3D打印材料的切片；分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；对所述非表层区域进行曝光固化；对所述表层区域进行充分曝光固化的方式，通过将3D打印材料进行表层区域充分曝光，达到了表层树脂不再或极少量二次曝光固化，解决了现有技术中 3D打印模型由于后期二次固化材料收缩程度高导致的尺寸变小、开裂、部分切片翘曲的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种用于3D打印的表层充分固化处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种用于3D打印的表层充分固化处理装置的结构框图；

图3根据本发明实施例的一种用于3D打印的表层充分固化处理方法的表面分析图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种用于光固化3D打印的表层充分固化处理方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

图1是根据本发明实施例的一种用于光固化3D打印的表层充分固化处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取3D打印模型的切片。

具体的，本发明实施例为了获取3D打印过程中所用材料模型的模型切片，需要基于光聚合原理的SLA（Stereo lithography Appearance）的3D打印技术以液态光敏树脂为耗材，并根据上述过程获取某一整体材料中某一层次的切片及其相关的尺寸数据，另外，在紫外光辐照条件下快速发生聚合，逐层打印，有序成型，最终生成三维制品是本发明实施例的应用效果。其中，在获取3D打印材料的切片时需要计算模型切片，获取每一层矢量切片数据。

步骤S104，分析所述切片，得到表层区域和非表层区域。

可选的，所述分析所述切片，得到表层区域和非表层区域包括：根据所述切片、所述切片的上邻多层切片、所述切片的下邻多层切片、预设的表层厚度（和光敏树脂穿深相关）等信息，使用预设的计算模型将本层切片划分成表层区域和非表层区域。

可选的，所述分析所述切片，得到表层区域和非表层区域包括：根据所述切片、所述切片所在的3维数字模型表面、预设的表层厚度（和光敏树脂穿深相关）等信息，使用预设的计算模型将本层切片划分成表层区域和非表层区域。

具体的，本发明实施例为了达到通过对3D打印材料切片的表层区域和非表层区域进行曝光固化以及二次曝光固化的方式，来减少变形翘曲以及表面开裂的材料应力问题，需要分析上述获取的切片的尺寸数据以及外型数据，并通过获取到的该切片的数据来分析哪些部位为表层区域，哪些部位为非表层区域。例如，如图3所示，图3是根据本发明实施例的一种用于3D打印的充分固化处理方法的表面分析图，左侧为3D模型（实心立方体）及切片在模型上分布示意图，右侧为指定位置的2D切片表层示意图，标识d为表层厚度。通过图3可以看出在立方体3D打印材料中，靠近顶层的一层或多层切片，切片全区域为表层区域，而中层切片的表层区域为边缘周长所在的区域，靠近底层切片与顶层切片相同，切片全区域为表层区域，由此通过计算分析得到每个切片的表层区域和非表层区域的数据范围，为后续分析和曝光固化处理提供支撑。

需要说明的是，通过模型表面在任意方向上在预设的表层厚度内对表层计算的影响。顶层或底层若是与托盘平行的平面，则近顶层/近底层的一层或多层切片，整层都属于表层区域。

需要说明的是，通过模型表面在任意方向上在预设的表层厚度内对表层计算的影响。顶层或底层若是不规则几何体，则近顶层/近底层的一层或多层切片，部分属于表层区域，部分属于非表层区域。

需要说明的是，提取切片的边缘算法可以是基于Offset 2D图形算法，将切片分解成切片中心和切片边缘，同时将上述切片分割成切片中心和切片边缘。由上述过程可以形成切片的边缘以及中心的具体区域坐标数值，并在后续填充和曝光固化中起到标定界限的作用。

步骤S106，对所述非表层区域进行曝光固化。

具体的，当通过对切片的分析得到表层区域和非表层区域的数据之后，根据得到的数据进行所有切片的表层和非表层区域划分，对所述非表层区域进行曝光固化包括：获取所述表层区域的范围；根据所述非表层区域的范围进行曝光固化处理。

可选的，在对非表层区域曝光时，同时对表层区域进行曝光固化，使得材料整体成型。

可选的，在对非表层区域曝光开始后，指定预设时间后对表层区域进行曝光固化。

步骤S108，对所述表层区域进行充分曝光固化。

可选的，对所述表层区域进行充分曝光固化包括：获取所述切片表层区域的范围；对所述切片表层区域的范围数据进行充分曝光固化。

可选的，充分曝光固化采用更强的光功率。

可选的，充分曝光固化采用更长的曝光时间。

可选的，充分曝光固化采用更强的光功率和更长的曝光时间。

具体的，首先根据首次对切片表层区域和非表层区域的整体曝光固化之后的范围数据进行提取，得到首次曝光固化之后整体材料的表层区域情况，并将此作为充分曝光固化的根源数据进行输入，充分曝光执行过程的前提就是获取到首次曝光固化的表层区域数据，并在此基础之上对表层区域进行充分曝光固化，进而消除表面和非表面产生的不对称的应力作用，减少3D材料整体的翘曲或表面开裂的问题。

通过上述步骤，解决了现有技术中 3D打印模型由于后期二次固化材料收缩程度高导致的尺寸变小、开裂、部分切片翘曲的技术问题。

实施例二

图2是根据本发明实施例的一种用于3D打印的充分固化处理装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：

获取模块20，用于获取3D打印材料的切片。

具体的，本发明实施例为了获取3D打印过程中所用材料模型的模型切片，需要基于光聚合原理的SLA（Stereo lithography Appearance）的3D打印技术以液态光敏树脂为耗材，并根据上述过程获取某一整体材料中某一层次的切片及其相关的尺寸数据，另外，在紫外光辐照条件下快速发生聚合，逐层打印，有序成型，最终生成三维制品是本发明实施例的应用效果。其中，在获取3D打印材料的切片时需要计算模型切片，获取每一层矢量切片数据。

分析模块22，用于分析所述切片，得到表层区域和非表层区域。

可选的，所述分析模块包括：分析单元，用于分析所述切片及模型表面或上下邻多层切片，得到分析结果；识别单元，用于根据所述分析结果，识别并生成所述切片的表层区域和非表层区域。

具体的，本发明实施例为了达到通过对3D打印材料切片的表层区域和非表层区域进行曝光固化。其中对表层切片进行充分曝光固化，使得表层不会或及少量发生二次固化，从而来减少变形翘曲以及表面开裂的材料应力问题，需要分析上述获取的切片的尺寸数据以及外型数据，并通过获取到的该切片的数据来分析哪些部位为表层区域，哪些部位为非表层区域。例如，如图3所示，图3是根据本发明实施例的一种用于3D打印的充分固化处理方法的表面分析图，左侧为3D模型（实心立方体）及切片在模型上分布示意图，右侧为指定位置的2D切片表层示意图，标识d为表层厚度。通过图3可以看出在立方体3D打印材料中，顶层的一层或多层切片的表层区域为全部切片区域，而中层切片的表层区域为边缘周长所在的区域，底层切片与顶层切片相同，都是全部切片的区域，由此通过计算分析得到每个切片的表层区域和非表层区域的数据范围，为后续分析和曝光固化处理提供支撑。如图3根据本发明实施例的一种用于3D打印的表层充分固化处理方法的表面分析图，通过图中可以看出d为边缘距离，通过不同层次的判断可以确定不同形状和尺寸的表面区域和非表面区域。

需要说明的是，通过模型表面在任意方向上在预设的表层厚度内对表层计算的影响。顶层与托盘平行时，顶层一层或多层切片，整层都属于表层区域。底层与托盘平行时，底层一层或多层切片，整层都属于表层区域。

需要说明的是，通过模型表面在任意方向上在预设的表层厚度内对表层计算的影响。顶层或底层若是不规则几何体，则近顶层/近底层的一层或多层切片，部分属于表层区域，部分属于非表层区域。

需要说明的是，提取切片的边缘算法可以是基于Offset 2D图形算法，将切片分解成切片中心和切片边缘，同时将上述切片分割成切片中心和切片边缘。由上述过程可以形成切片的边缘以及中心的具体区域坐标数值，并在后续填充和曝光固化中起到标定界限的作用。

固化模块24，用于对所述表层区域和非表层区域进行曝光固化。

可选的，所述固化模块包括：获取单元，用于获取所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据；固化单元，用于根据所述非表层区域的范围数据进行曝光固化处理。

可选的，所述固化模块包括：获取单元，用于获取所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据；固化单元，用于根据所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据进行曝光固化处理。

具体的，当通过对切片的分析得到表层区域和非表层区域的数据之后，根据得到的数据进行所有切片的表面和非表层区域划分，并进一步地通过划分结果先进行一次整体的曝光固化，使得材料整体成型，该过程可以是获取所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据；根据所述表层区域的范围数据和所述非表层区域的范围数据进行曝光固化处理。

充分固化模块26，用于所述表层区域进行充分曝光固化。

可选的，所述充分固化模块包括：获取单元，还用于获取所述曝光固化后所述切片表层区域的范围数据；充分固化单元，用于对曝光固化后所述切片表层区域的范围数据进行充分曝光固化。

具体的，首先根据首次对切片表层区域和非表层区域的整体曝光固化之后的范围数据进行提取，得到首次曝光固化之后整体材料的表层区域情况，并将此作为充分曝光固化的根源数据进行输入，充分曝光执行过程的前提就是获取到首次曝光固化的表层区域数据，并在此基础之上对表层区域进行充分曝光固化，进而消除表面和非表面产生的不对称的应力作用，减少3D材料整体的翘曲或表面开裂的问题。所述充分曝光固化采用更强的光功率。所述充分曝光固化采用更长的曝光时间。所述充分曝光固化采用更强的光功率和更长的曝光时间。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行用于3D打印的充分固化处理方法。

具体的，上述用于3D打印的充分固化处理方法包括：获取3D打印材料的切片；分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；对所述表层区域和非表层区域进行曝光固化；对曝光固化后的所述表层区域进行二次曝光固化。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子装置，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行用于3D打印的充分固化处理方法。

具体的，上述用于3D打印的充分固化处理方法包括：获取3D打印材料的切片；分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；对所述表层区域和非表层区域进行曝光固化；对曝光固化后的所述表层区域进行二次曝光固化。

通过上述步骤，解决了现有技术中 3D打印模型由于后期二次固化材料收缩程度高导致的尺寸变小、开裂、部分切片翘曲的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于3D打印的充分固化处理方法，其特征在于，包括：

获取3D打印材料的切片；

分析所述切片，得到表层区域和非表层区域；

对所述非表层区域切片进行常规曝光固化；

对表层区域进行充分曝光固化，使得表层树脂不再或及少量发生充分固化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析所述切片，得到表层区域和非表层区域包括：

根据本层切片、上邻/下邻多层切片、预设的表层厚度信息，

或根据本层切片、3D模型数据、预设的表层厚度信息，基于预设的模型进行计算分析，并得到分析结果；

根据所述分析结果，识别并生成所述切片的表层区域和非表层区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述非表层区域进行曝光固化包括：

获取所述非表层区域的范围；

根据所述所述非表层区域的范围切片进行常规的曝光固化处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对曝光固化后的所述表层区域进行充分曝光固化包括：

获取所述曝光固化后所述切片表层区域的范围；

对曝光固化后所述切片表层区域的范围切片进行充分曝光固化。

5.一种用于3D打印的充分固化处理装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取3D打印模型的切片；

分析模块，用于分析所述切片及模型的空间关系，得到表层区域和非表层区域；

固化模块，用于对所述非表层区域进行曝光固化；

充分固化模块，用于对曝光固化后的所述表层区域进行充分曝光固化。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分析模块包括：

分析单元，用于根据本层切片、上邻/下邻多层切片、预设的表层厚度信息，

或根据本层切片、3D模型数据、预设的表层厚度信息，基于预设的模型进行计算分析，并得到分析结果；

识别单元，用于根据所述分析结果，识别并生成所述切片的表层区域和非表层区域。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述固化模块包括：

获取单元，用于获取所述非表层区域的范围；

固化单元，用于根据所述非表层区域的范围数据进行曝光固化处理。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述充分固化模块包括：

获取单元，用于获取所述切片表层区域的范围；

充分固化单元，用于所述切片表层区域的范围数据进行充分曝光固化。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述固化模块和充分固化模块顺序：

固化模块执行完成后，执行充分固化模块；

或固化模块执行的同时，执行充分固化模块；

或充分固化模块的同时，执行固化模块；

或充分固化模块执行完成后，执行固化模块。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述固化模块和充分固化模块所执行的固化方法包括：激光线成型、DLP面成型、LCD面成型。

11.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。

12.一种电子装置，其特征在于，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行权利要求1至10中任意一项所述的方法。

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