CN113954358B - 一种扫描式光固化3d打印装置及其方法 - Google Patents

一种扫描式光固化3d打印装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种扫描式光固化3D打印装置及其方法。该方法包括：根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据，并且按照激光光斑的尺寸和形状，将每个固化层划分为多条固化条带，形成每条固化条带对应的扫描路径数据，其中，任意相邻的固化层包括第一固化层和第二固化层，第一固化层上的任意两条固化条带的连接处形成第一交界面，第一交界面在第二固化层平面上的投影位于第二固化层的固化条带上，根据扫描路径数据和固化层数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条固化条带以组成一个固化层，并继续依次形成多个固化层。本发明实施例弥补了每层固化层中固化条带连接区域的物理属性较弱的问题，进一步改善了打印质量。

Description

一种扫描式光固化3D打印装置及其方法
技术领域
本发明实施例涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种扫描式光固化3D打印装置及其方法。
背景技术
3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料或者光敏材料等粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。利用光固化技术的3D打印是利用光学固化的原理，将光敏材料一层一层地凝固堆叠出来。这里的光敏材料通常是塑料，例如光敏的人工合成树脂。
现有的3D光固化打印是通过将同一层的待打印物体依照激光光斑的顺序依次凝固形成，即，激光光斑依照需要打印图形的数据，在起始点凝固一部分物体后，移动一定距离，再次凝固另外一部分物体，由于两次光斑是相邻的，因此，两部分已凝固的物体也是相邻的，且两次已凝固的物体的凝固时间是有先后的，所以，两次已凝固物体的光斑的连接区域物理属性相较于已凝固物件本体是偏弱的，这会导致光斑连接区域成为易损区，进而导致已打印物体整体质量较低。
发明内容
本发明提供一种扫描式光固化3D打印装置及其方法，以实现数字微镜打印系统扫描曝光后形成的固化条带的连续性，避免出现光斑连接区域，进一步提高待打印物体上各固化层之间的固化条带连接区域的物理性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种扫描式光固化3D打印方法，包括：
根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据；
根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据；
其中，任意相邻的所述固化层包括第一固化层和第二固化层，所述第一固化层上的任意两条所述固化条带的连接处形成第一交界面，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影位于所述第二固化层中的一条所述固化条带上；
根据所述扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层；
根据所述固化层数据，控制所述数字微镜打印系统扫描曝光，依次形成多个固化层。
可选地，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影与所述第二固化层中的所述固化条带一一对应。
可选地，根据所述扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层，还包括：
根据所述扫描路径数据，控制所述数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层。
可选地，将每个所述固化层划分为多条固化条带，包括：
将每个所述固化层划分为交替排列的奇数行所述固化条带和偶数行所述固化条带，其中，位于所述奇数行的所述固化条带和位于所述偶数行的所述固化条带均包括扫描起始点和扫描终止点；
其中，奇数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第一方向，偶数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向平行，且所述第一方向和所述第二方向相同或相反。
可选地，每个所述固化层的厚度小于或等于0.2mm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种扫描式光固化3D打印装置，包括：
数字光处理模块，用于根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据；还用于根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据；其中，任意相邻的所述固化层包括第一固化层和第二固化层，所述第一固化层上的任意两条所述固化条带的连接处形成第一交界面，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影位于所述第二固化层中的一条所述固化条带上；
数字微镜打印系统，用于根据所述扫描路径数据，进行扫描曝光，形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层；根据所述固化层数据，进行扫描曝光，依次形成多个固化层。
可选地，所述数字光处理模块用于根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据时，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影与所述第二固化层中的所述固化条带一一对应。
可选地，所述数字微镜打印系统根据所述扫描路径数据，控制多条所述固化条带同步扫描曝光，形成一个所述固化层，包括：
所述数字微镜打印系统根据所述扫描路径数据，控制所述数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层。
可选地，所述数字光处理模块将每个所述固化层划分为多条固化条带包括：
所述数字光处理模块将每个所述固化层划分为交替排列的奇数行所述固化条带和偶数行所述固化条带，其中，位于所述奇数行的所述固化条带和位于所述偶数行的所述固化条带均包括扫描起始点和扫描终止点；
其中，奇数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第一方向，偶数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向平行，且所述第一方向和所述第二方向相同或相反。
可选地，所述数字微镜打印系统包括数字微镜单元和打印单元；
其中，所述数字微镜单元包括激光光源、数字微镜调制单元以及投影镜头；
所述激光光源用于提供打印所需的激光光束；
所述数字微镜调制单元用于调制所述激光光束生成特定图案的激光光斑；
所述投影镜头用于将所述特定图案的激光光斑投影在打印材料上；
所述打印单元包括液槽、光敏液体、载台以及升降单元；
所述液槽用于盛放所述光敏液体；
所述光敏液体用于接收特定图案的激光光斑并凝固形成打印实体；
所述载台用于盛载和定位所述打印材料；
所述升降单元用于在数字微镜打印系统扫描曝光形成多条所述固化条带组成一个所述固化层后，控制所述载台上升。。
本发明实施例的扫描式光固化3D打印方法，根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据，根据固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个固化层划分为多条固化条带，形成每条固化条带对应的扫描路径数据，其中，任意相邻的固化层包括第一固化层和第二固化层，第一固化层上的任意两条固化条带的连接处形成第一交界面，第一交界面在第二固化层所在平面上的正投影位于第二固化层中的一条固化条带上，根据扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条固化条带以组成一个固化层，根据固化层数据，控制所述数字微镜打印系统扫描曝光，依次形成多个固化层。本发明实施例通过数字光处理技术进行光固化3D打印，利用数字微镜打印系统生成特定图案的激光光斑，由数字微镜打印系统中的投影镜头将激光光斑投射到每层固化层上的多个固化条带上，扫描时投影镜头沿着每条固化条带对应的扫描路径进行扫描，并且特定图案的激光光斑通过投影镜头投射到固化层所在的光敏液体上，在每个固化条带上都是连续固化的，提高了打印效率，避免由激光光斑依次固化形成的结构在连接处出现损坏的现象。另外，任意相邻的两个固化层中固化条带相互错位，弥补了每层固化层中固化条带连接区域的物理属性较弱的问题，改善打印质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种扫描式光固化3D扫描方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图；
图4为图3中的部分爆炸示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图；
图7为图6所示固化层的正视示意图；
图8为本发明实施例提供的一种扫描式光固化3D打印装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种数字微镜打印系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是，为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种扫描式光固化3D打印装置及其方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为本发明实施例提供的一种扫描式光固化3D扫描方法的流程示意图。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
S110、根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据。
在本实施例中，采用光固化扫描技术结合数字光处理(Digital LightProcession，DLP)技术实现对待打印物体的分层及扫描。其中，DLP技术是一种把图像信号经过数字处理，然后再把光投影出来的过程。关于DLP技术的相关内容为本领域技术人员所熟知的，在本实施例中，DLP技术通过一些软件程序的控制，对待打印物体进行初步控制。例如，根据DLP技术，将待打印物体先进行分层处理，形成的每一层作为后续固化打印材料的固化层，一个待打印物体可分为多个固化层。
需要说明的是，利用DLP技术划分固化层时，具体划分的层数由待打印物体的整体体积决定，在确定划分该待打印物体之前，由设计人员编写相应的软件程序，由软件程序执行划分动作。为保证形成固化层后扫描曝光的均一性，可选每个固化层的厚度相同。
另外需要说明的是，本实施例提供的扫描式光固化3D扫描的过程实质就是塑料的成型设计以及合成树脂的过程。
S120、根据固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个固化层划分为多条固化条带，形成每条固化条带对应的扫描路径数据。其中，任意相邻的两个固化层包括第一固化层和第二固化层，第一固化层上的任意两条固化条带的连接处形成第一交界面，第一交界面在第二固化层所在平面上的正投影位于第二固化层中的一个固化条带上。
其中，固化层数据包括每个固化层的厚度、图案、尺寸等参数。
数字光处理技术实现光的处理，光斑主要由其中的数字微镜(DigitalMicromirror Device，DMD)打印系统产生，DMD打印系统是在半导体芯片上布置一个由微镜片所组成的矩阵，每一个微镜片控制投影画面中的一个像素。在实际应用中，DMD打印系统中的微镜片在数字驱动信号的控制下迅速改变角度，一旦接收到相应的信号，微镜片就会发生倾斜，从而使入射光的反射方向发生变化，处于投影状态的微镜片被视为“开”，并随数字信号而倾斜，在该状态下，被反射出去的入射光通过投影透镜将激光光斑投影到投影镜头上，如果微镜片处于非投影状态，则被视为“关”，并在反方向发生倾斜，在该状态下，反射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。
将待打印物体划分为多个固化层后，每个固化层都包含关于该固化层厚度、图案、尺寸等的固化层数据，由DMD系统透射出的激光光斑投射到其中一个固化层上，根据每个固化层的数据及投射到该固化层上的激光光斑的尺寸和形状，由数字光处理技术将该固化层划分为多个固化条带，每个固化条带均包括对应的扫描路径数据，且在数字驱动信号的控制下，每个固化条带沿着该扫描路径进行扫描。
在本实施例中，激光光斑的形状根据待打印物体或每个固化条带的形状决定。例如，当待打印物体为矩形，根据打印数据将该矩形的待打印物体均匀地划分为多个固化层后，形成的每个固化层的宽度相同，且将矩形的每个固化层划分为多个固化条带时，每个固化条带也为条状，因此，投射到该固化条带上的每个激光光斑的形状也为矩形，且在每个固化条带上，每个激光光斑均匀紧密地排满一个固化条带，在确定好激光光斑的位置和形状后，由DMD打印系统进行扫描曝光。
另外，待打印物体可以为三角形，将该三角形的待打印物体均匀地划分为多个固化层后，形成的每个固化层的宽度相同，且将每个固化层划分为多个固化条带时，投射到每个固化条带上的激光光斑为三角形时，才能保证每个固化条带都能被DMD打印系统扫描到，也就是说，一个固化条带上的投射的激光光斑的形状为相同的三角形时，该固化条带上没有被浪费的区域，以此提高3D打印的完整性。
图2为本发明实施例提供的一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图。如图2所示，任意相邻的两层固化层(例如图中所示第一固化层101和第二固化层102)中，第一固化层101中任意两条固化条带(例如图中所示第一固化条带111和第二固化条带112)的连接处形成第一交界面Aa，该第一交界面Aa与第二固化层102中任意两条固化条带(图中未示出)的连接处形成的第二交界面aa位于同一平面。
由于DMD打印系统在扫描时，是各固化层10逐一进行扫描的，也就是说扫描到各固化层10上的固化条带11也是由先后顺序的，先扫描的固化条带11上的激光光斑与光敏液体发生固化，后扫描的固化条带11上的激光光斑与光敏液体后发生固化，因此，先后扫描的两条固化条带之间会出现连接区域，该连接区域的物理属性较弱，在对每层固化层10上的多条固化条带扫描完成后，出现的多个连接区域可能会导致整个待打印的物理属性都比较弱。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了基于数字光处理技术将每个固化层划分为多条固化条带后，将任意相邻的两个固化层标记为第一固化层和第二固化层，并且将第一固化层上的任意两条固化条带的连接处标记为第一交界面，控制该第一交界面在第二固化层平面上的投影位于第二固化层的固化条带上，以此弥补现有技术中两层固化层中的固化条带连接导致连接区域的物理属性较弱的问题。
图3为本发明实施例提供的又一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图。如图3所示，任意相邻的两个所述固化层10包括第一固化层101和第二固化层102，第一固化层101上的任意两条固化条带(例如图中所示第一固化条带111和第二固化条带112)的连接处形成第一交界面Aa，第一交界面Aa在第二固化层102所在平面上的正投影位于第二固化层102中的一个固化条带11上(即如图所示第三固化条带113)。
其中，参照图3，本实施例中，以第一固化层101上的两条第一交界面Aa在第二固化层102所在平面上的正投影位于第二固化层102中的一个固化条带113为例进行说明。
需要说明的是，第一固化层101上的两条第一交界面Aa在第二固化层102所在平面上的正投影位于第二固化层102的一个固化条带113时，DMD打印系统投射到第一固化层101上的激光光斑的尺寸相较于投射到第二固化层102上的激光光斑的尺寸较小，不同固化层10上激光光斑的尺寸可由DMD打印系统在扫描时根据固化层数据和每条固化条带对应的扫描路径数据调制。图4为图3中的部分爆炸示意图。如图4所示，投射到第一固化层101上每条固化条带的激光光斑121，投射到第二固化层102上且位于该第二固化层102两端的固化条带的激光光斑如图2中的122。
另外需要说明的是，位于第二固化层102两端的固化条带(即如图所示第四固化条带114)上的激光光斑的尺寸与位于第二固化层102中间部位的固化条带113上的激光光斑的尺寸不一致，位于两端的固化条带114的激光光斑需要由DMD打印系统单独调制。
图5为本发明实施例提供的又一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图。如图5所示，任意相邻的两层固化层中的第一固化层101上所有的第一交界面Aa在第二固化层102所在平面上的正投影还与整个第二固化层102平面位于同一平面上，也就是说，第二固化层102上的固化条带铺满整个第二固化层102。同理，不同固化层上激光光斑的尺寸可由DMD打印系统在扫描时根据固化层数据和每条固化条带对应的扫描路径数据调制。
S130、根据扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条固化条带以组成一个固化层。
如上所述，数字微镜打印系统，即DMD打印系统是由微镜片组成的矩阵，且DMD打印系统中的微镜片在数字驱动信号的控制下生成特定的投影图案，该数字驱动信号由计算机发出。在本实施例中，计算机控制DMD打印系统的各个部件协调运行，例如数据的导入、运动同步控制、聚焦控制等。
具体地，控制器可将曝光数据分割成一系列宽度等于或小于DMD打印系统的宽度像素的图案数据，并将该类图案数据上传至DMD打印系统，此时，DMD打印系统可依次显示打印图案，将DMD打印系统中激光光源产生的光束经过调制后生成相应的投影图案。控制器还根据接收的位移数据控制DMD打印系统中的投影镜头沿着每条固化带对应的扫描路径延伸方向移动，每次DMD打印系统发出投影图案进行打印后，计算机根据曝光数据分割成的图案数据在DMD打印系统上平移一定像素，并对应发出另一幅投影图案，同时控制器根据接收到的位移数据控制DMD打印系统中的投影镜头移动一定距离。
在本实施例中，根据每个固化层划分形成的多条固化条带对应的扫描路径数据，DMD打印系统是在一个固化层上对每条固化条带对应的扫描路径数据逐一进行扫描曝光，这些固化条带在该固化层上依次形成，并且各固化条带独立呈现且在该固化层上并列呈现，依次形成的各固化条带在该固化层上还可以连接呈现，便于提高DMD打印系统扫描曝光时的连续性。
S140、根据固化层数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，依次形成多个固化层。
如上所述，在一个固化层上根据固化层数据和激光光斑的尺寸和形状，将该固化层划分为多条固化条带，每条固化条带都对应有特定的扫描路径数据，DMD打印系统在该固化层上进行曝光扫描时，沿着每条固化条带的扫描路径进行扫描，扫描完成后，该固化层整层扫描完成。由计算机根据曝光数据分割成的图案数据在DMD打印系统上平移一定像素，并对应发出另一幅投影图案，同时控制器根据接收到的位移数据控制DMD打印系统中的投影镜头移动一定距离，以完成另一层固化层上的扫描曝光，直至所有DMD打印系统完成对所有固化层的扫描曝光，直至待打印物体的三维模型打印完成。
本实施例提供的扫描式固化3D打印方法，根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据，根据固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个固化层划分为多条固化条带，形成每条固化条带对应的扫描路径数据，其中，任意相邻的固化层包括第一固化层和第二固化层，第一固化层上的任意两条固化条带的连接处形成第一交界面，第一交界面在第二固化层所在平面上的正投影位于第二固化层中的一条固化条带上，根据扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条固化条带以组成一个固化层，根据固化层数据，控制所述数字微镜打印系统扫描曝光，依次形成多个固化层。本实施例通过数字光处理技术进行光固化3D打印，利用数字微镜打印系统生成特定图案的激光光斑，由数字微镜打印系统中的投影镜头将激光光斑投射到每层固化层上的多个固化条带上，扫描时投影镜头沿着每条固化条带对应的扫描路径进行扫描，并且特定图案的激光光斑通过投影镜头投射到固化层所在的光敏液体上，在每个固化条带上都是连续固化的，提高了打印效率，避免由激光光斑依次固化形成的结构在连接处出现损坏的现象。另外，任意相邻的两个固化层中固化条带相互错位，弥补了每层固化层中固化条带连接区域的物理属性较弱的问题，进一步改善了打印质量。
图6为本发明实施例提供的又一种扫描式光固化3D打印时固化层及固化条带的示意图。如图6所示，第一交界面Aa在第二固化层102所在平面上的正投影与第二固化层102中的固化条带113一一对应，以此实现第一固化层101上的每个第一交界面Aa与第二固化层102每个固化条带113对位，以此避免因出现的多个固化条带的连接区域导致的物理属性较弱的现象，改善打印质量。
在本实施例中，DMD打印系统投射到第一固化层101上的激光光斑的尺寸与投射到第二固化层102上的激光光斑的尺寸相等。与上述实施例中相同的是，当任意相邻的两层固化层中，位于第二固化层102两端的固化条带114上的激光光斑的尺寸与位于第二固化层102中间部位的固化条带113上的激光光斑的尺寸不一致，位于两端的固化条带114的激光光斑需要由DMD打印系统单独调制。
可选地，根据所述扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条固化条带以组成一个所述固化层，还包括：根据扫描路径数据，控制数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条固化条带以组成一个固化层。
在上述实施例的基础上，根据扫描路径数据，控制器控制DMD打印系统扫描曝光，可以形成多条固化条带以组成一个固化层，在本实施例中，控制器控制DMD打印系统扫描曝光时，DMD打印系统控制多个激光光斑同时扫描曝光，以此在一个固化层上同步形成多条固化条带，这些同步形成的多个固化条带上的扫描起始点相同，以此形成一个固化条带成型一层固化层，且各固化条带之间的连接区域同步固化，因此，也不会出现连接区域易损坏的现象，当DMD打印系统生成的特定图案的激光光斑通过投影镜头透射到该一体成型的固化条带上所在的光敏液体上时，进一步提高了凝固后形成的打印实体的质量。
图7为图6所示固化层的正视示意图。如图7所示，将每个固化层10划分为多条固化条带11，包括：将每个固化层10划分为交替排列的奇数行固化条带和偶数行固化条带，其中，位于奇数行的固化条带和位于偶数行的固化条带均包括扫描起始点和扫描终止点，其中，奇数行的固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第一方向，偶数行的固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向平行，且第一方向和第二方向相同或相反。
参照图7，固化层10中的每条固化条带11沿直线延伸时，此时，控制器控制DMD打印系统生成特定图案的激光光斑12，控制器控制DMD打印系统中的投影镜头沿着固化条带11对应的扫描路径延伸方向移动，并将生成的特定图案的激光光斑12投射到该沿直线延伸的固化条带11上。
当第一方向D1与第二方向D2相同时，可参照上述实施例中控制器根据扫描路径数据，控制数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条固化条带以组成一个固化层的相关内容，此处不再赘述。
当第一方向D1与第二方向D2相反时，第一行的固化条带111沿第一方向D1上的扫描起始点A朝向扫描终止点B的方向为扫描朝向路径，第二行的固化条带112的扫描路径为第一行的固化条带111的扫描路径的相反方向，即，第二方向D2。当控制器控制DMD打印系统生成特定图案的激光光斑12，由控制器控制DMD打印系统的投影镜头沿着第一行的固化条带111的扫描路径方向D1进行扫描后，紧接着沿第二行的固化条带112的扫描路径方向D2进行扫描，也就是说，在扫描时，第一行固化条带111与第二行固化条带112的扫描路径不间断，第二行与第三行的扫描路径也不间断，直至扫描完最后一行后停止扫描。据此，DMD打印系统生成特定图案的激光光斑12，并且将该类激光光斑12通过投影镜头投射到固化条带11上，在扫描时，投影镜头沿着扫描路径进行扫描，以此避免投射时的激光光斑的多余的移动操作，进一步提高扫描效率，特定图案的激光光斑12通过投影镜头透射到固化层10所在的光敏液体上，在每个固化条带上都是连续固化的，避免由激光光斑依次固化形成的结构在连接处出现损坏的现象，进一步提高了三维打印的强度，并且在连续的固化条带上扫描时，有利于提高打印效率。
可选地，每个固化层的厚度小于或等于0.2mm。
为了确保控制器控制DMD打印系统进行曝光扫描时，更准确地将待打印物体划分为多个固化层形成固化层数据后，便于后续根据投射的特定图案的极激光光板的形状和位置进行扫描打印，每层固化层的厚度应确保小于或等于0.2mm。
据此，将每个固化层的厚度控制在0.2mm以内，有利于提高三维打印的精度，得到的三维模型更精细。
图8为本发明实施例提供的一种扫描式光固化3D打印装置的结构示意图。如图8所示，该装置20包括：数字光处理模块21和数字微镜打印系统22。该装置20中的数字处理模块21用于根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据，还用于根据固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个固化层划分为多条固化条带，形成每条固化条带对应的扫描路径数据，其中，任意相邻的固化层包括第一固化层和第二固化层，第一固化层上的任意两条固化条带的连接处形成第一交界面，第一交界面在第二固化层平面上的投影位于第二固化层的固化条带上。该装置中的数字微镜打印系统22，用于根据扫描路径数据，进行扫描曝光，形成多条固化条带以组成一个固化层，根据固化层数据，进行扫描曝光，依次形成多个固化层。
关于数字光处理模块21和数字微镜打印系统22的工作原理在上述实施例中已做详细说明，此处不再赘述。
可选地，数字光处理模块用于根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据时，第一交界面在第二固化层平面上的投影还与第二固化层中的固化条带一一对应。
需要说明的是，数字光处理模块根据固化层数据以及激光光斑的尺寸和形状，将每个固化层划分为多条固化条带，数字光处理模块本身用于光信号的处理，其要完成固化层的划分、固化层数据的传输及控制第一交界面在第二固化层平面上的投影还与第二固化层中的固化条带一一对应等操作，需通过计算机发出的驱动信号完成。本领域技术人员可通过设定一系列软件程序，控制数字光处理模块完成固化层的划分。
可选地，数字微镜打印系统根据扫描路径数据，控制多条固化条带同步扫描曝光，形成一个固化层，包括：数字微镜打印系统根据扫描路径数据，控制数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条固化条带以组成一个固化层。
同样地，由控制器控制DMD打印系统扫描曝光，可以形成多条固化条带以组成一个固化层，控制器控制DMD打印系统扫描曝光时，DMD打印系统控制多个激光光斑同时扫描曝光，以此在一个固化层上同步形成多条固化条带，这些同步形成的多个固化条带的上的扫描起始点相同，以此形成一个固化条带成型一层固化层。
可选地，数字光处理模块将每个固化层划分为多条固化条带包括：数字光处理模块将每个固化层划分为交替排列的奇数行固化条带和偶数行固化条带，其中，位于奇数行的固化条带和位于偶数行的固化条带均包括扫描起始点和扫描终止点，其中，奇数行的固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第一方向，偶数行的固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第二方向，第一方向和第二方向平行，且第一方向和第二方向相同或相反。
类似地，DMD打印系统由控制器发出的驱动信号控制，本领域技术人员可通过设定一系列软件程序，控制DMD打印系统完成扫描曝光。
图9为本发明实施例提供的一种数字微镜打印系统的结构示意图。如图9所示，数字微镜打印系统22包括数字微镜单元221和打印单元222，其中，数字微镜单元221包括激光光源2211、数字微镜调制单元2212以及投影镜头2213，激光光源2211用于提供打印所需的激光光束，数字微镜调制单元2212用于调制激光光束生成特定图案的激光光斑，投影镜头2213用于将特定图案的激光光斑投影在打印材料上，打印单元222包括液槽2221、光敏液体2222、载台2223以及升降单元2224，液槽2221用于盛放光敏液体，光敏液体2222用于接收特定图案的激光光斑并凝固形成打印实体，载台2223用于盛载和定位打印材料，升降单元2224用于在数字微镜打印系统扫描曝光形成多条固化条带组成一个固化层后，控制载台2223上升。
其中，数字微镜(Digital Micromirror Device，DMD)调制单元2212，用于将激光光束生成特定图案的投影图案。本实施例中，DMD调制单元2212可显示打印图案，使得激光光束经过DMD调制单元2212时生成投影图案。
激光光源2211用于提供打印时需要的打印光。在本实施例中，激光光源2211例如可以为UV光源等，但并不以此为限。
投影镜头2213与固化层相对设置，且投影镜头2213设于打印的载台的下方，投影镜头2213可将特定图案的激光光斑投影到打印材料上。
在本实施例中，3D打印技术基于DLP技术，其中DMD打印系统是DLP技术中的核心单元。由控制器控制DMD打印系统中的DMD调制单元2212根据激光光源2211调制成的特定图案的激光光斑，并由投影镜头2213将该类激光光斑逐层投影到固化层上，让光敏液体2222逐层固化，当第i层的光敏液体2222固化完成后，控制器控制升降单元2224将载台2223提升一层的高度，然后固化第i+1层的光敏液体2222。基于DLP技术的3D打印装置反复进行上述固化过程，直至待打印物体的三维模型打印完成。
其中，光敏液体2222可以为光敏树脂，其具备固化快、不需要加热、节省能量等优点。
打印单元的工作原理为：液槽2221内添加光敏液体2222，升降单元2224降入液槽2221的底部，DMD打印系统生成特定的激光光斑并通过投影镜头2213将激光光斑照射到液槽2221与升降单元2224之间的光敏液体2222上，使其固化，然后，升降单元2224先上升后下降，停留位置相比于前次停留位置，升高一定高度，进行第二次工作循环，如此往复，升降-曝光-升降循环工作，层层成型，以此得到已固化的三维模型。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种扫描式光固化3D打印方法，其特征在于，包括：
根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据；
根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据；其中，任意相邻的两个所述固化层包括第一固化层和第二固化层，所述第一固化层上的任意两条所述固化条带的连接处形成第一交界面，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影位于所述第二固化层中的一条所述固化条带上；
根据所述扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层；
根据所述固化层数据，控制所述数字微镜打印系统扫描曝光，依次形成多个固化层。
2.根据权利要求1所述的扫描式光固化3D打印方法，其特征在于，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影与所述第二固化层中的所述固化条带一一对应。
3.根据权利要求1所述的扫描式光固化3D打印方法，其特征在于，根据所述扫描路径数据，控制数字微镜打印系统扫描曝光，形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层，还包括：
根据所述扫描路径数据，控制所述数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层。
4.根据权利要求1所述的扫描式光固化3D打印方法，其特征在于，将每个所述固化层划分为多条固化条带，包括：
将每个所述固化层划分为交替排列的奇数行所述固化条带和偶数行所述固化条带，其中，位于所述奇数行的所述固化条带和位于所述偶数行的所述固化条带均包括扫描起始点和扫描终止点；
其中，奇数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第一方向，偶数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向平行，且所述第一方向和所述第二方向相同或相反。
5.根据权利要求1所述的扫描式光固化3D打印方法，其特征在于，每个所述固化层的厚度小于或等于0.2mm。
6.一种扫描式光固化3D打印装置，其特征在于，包括：
数字光处理模块，用于根据打印数据将待打印物体划分为多个固化层，形成固化层数据；还用于根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据；其中，任意相邻的两个所述固化层包括第一固化层和第二固化层，所述第一固化层上的任意两条所述固化条带的连接处形成第一交界面，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影位于所述第二固化层中的一条所述固化条带上；
数字微镜打印系统，用于根据所述扫描路径数据，进行扫描曝光，形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层；根据所述固化层数据，进行扫描曝光，依次形成多个固化层。
7.根据权利要求6所述的扫描式光固化3D打印装置，其特征在于，所述数字光处理模块用于根据所述固化层数据，按照激光光斑的尺寸和形状，将每个所述固化层划分为多条固化条带，形成每条所述固化条带对应的扫描路径数据时，所述第一交界面在所述第二固化层所在平面上的正投影与所述第二固化层中的所述固化条带一一对应。
8.根据权利要求6所述的扫描式光固化3D打印装置，其特征在于，所述数字微镜打印系统根据所述扫描路径数据，控制多条所述固化条带同步扫描曝光，形成一个所述固化层，包括：
所述数字微镜打印系统根据所述扫描路径数据，控制所述数字微镜打印系统采用多个激光光斑同步扫描曝光，同步形成多条所述固化条带以组成一个所述固化层。
9.根据权利要求6所述的扫描式光固化3D打印装置，其特征在于，所述数字光处理模块将每个所述固化层划分为多条固化条带包括：
所述数字光处理模块将每个所述固化层划分为交替排列的奇数行所述固化条带和偶数行所述固化条带，其中，位于所述奇数行的所述固化条带和位于所述偶数行的所述固化条带均包括扫描起始点和扫描终止点；
其中，奇数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第一方向，偶数行的所述固化条带的扫描起始点朝向扫描终止点的方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向平行，且所述第一方向和所述第二方向相同或相反。
10.根据权利要求6所述的扫描式光固化3D打印装置，其特征在于，所述数字微镜打印系统包括数字微镜单元和打印单元；
其中，所述数字微镜单元包括激光光源、数字微镜调制单元以及投影镜头；
所述激光光源用于提供打印所需的激光光束；
所述数字微镜调制单元用于调制所述激光光束生成特定图案的激光光斑；
所述投影镜头用于将所述特定图案的激光光斑投影在打印材料上；
所述打印单元包括液槽、光敏液体、载台以及升降单元；
所述液槽用于盛放所述光敏液体；
所述光敏液体用于接收特定图案的激光光斑并凝固形成打印实体；
所述载台用于盛载和定位所述打印材料；
所述升降单元用于在数字微镜打印系统扫描曝光形成多条所述固化条带组成一个所述固化层后，控制所述载台上升。
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