CN114147967A - 三维模型的数据处理方法及系统、取件机构及3d打印设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种三维模型的数据处理方法及系统、取件机构及3D打印设备。所述三维模型的数据处理方法包括以下步骤：获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与3D构件的主体部分对应的主体部分模型；对三维模型的基层部分模型做切削处理，以使基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供3D打印设备读取。本申请通过对预打印3D构件的三维模型的基层部分模型进行切削处理以使3D构件的基层部分形成豁口结构，在取件操作时增大了铲刀件与3D构件的接触区域，降低了3D构件损坏的风险。另外，通过取件机构的自动化设置，提高了取件效率。

Description

三维模型的数据处理方法及系统、取件机构及3D打印设备
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种三维模型的数据处理方法及系统、取件机构及3D打印设备。
背景技术
光固化3D实体打印技术是快速成型技术的一种，常以液态光敏树脂、光敏聚合物等材料为固化材料，将打印模型划分为多个横截层，然后通过逐层打印的方式构建实体，由于其成型精度高，在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。
光固化3D打印设备包括顶曝光式3D打印设备和底曝光式3D打印设备两种主要类型，无论是基于顶曝光的3D打印设备还是基于底曝光的3D打印设备，均包括用于盛放光固化材料的容器、用于照射容器内光固化材料的能量辐射装置、用于附着固化成型3D构件的构件平台、带动构件平台升降的Z轴驱动机构以及控制装置。
一般地，在3D构件打印完成后，技术人员利用铲刀手动将3D构件从构件平台上铲下以完成取件操作，由于附着在构件平台成型面上的3D构件与铲刀的接触区域较小，存在损坏3D构件的风险，同时人工操作也使得取件效率低下。
发明内容
鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目的在于提供一种三维模型的数据处理方法及系统、取件机构及3D打印设备，用以解决人工取件操作中容易损坏3D构件以及取件效率低下的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面公开一种三维模型的数据处理方法，应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射系统、构件平台、以及设置在所述构件平台一侧可相对于所述构件平台运动的取件机构，所述三维模型的数据处理方法包括以下步骤：获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型；对所述三维模型的基层部分模型做切削处理，以使所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供所述3D打印设备读取。
本申请的第二方面公开一种三维模型的数据处理系统，应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射系统、构件平台、以及设置在所述构件平台一侧可相对于所述构件平台运动的取件机构，所述三维模型的数据处理系统包括：获取模块，用于获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型；处理模块，用于对所述三维模型的基层部分模型做切削处理，以使所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及生成模块，用于根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供所述3D打印设备读取。
本申请的第三方面公开一种取件机构，应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射系统、用于盛放光固化材料的容器、用于附着固化成型3D构件的构件平台，所述取件机构包括：跨设于所述构件平台的相对两侧的铲刀件，所述铲刀件在取件操作下可沿所述构件平台的成型面在第一方向移动，以铲除所述构件平台成型面上附着的固化成型3D构件；其中，所述3D构件包括基层部分及主体部分，所述基层部分具有自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构，且所述豁口结构的开口朝向第二方向，所述第一方向与所述第二方向为反向关系。
本申请的第四方面公开一种3D打印设备，所述3D打印设备包括：容器，用于盛放光固化材料；能量辐射系统，用于照射所述容器内的光固化材料，以得到图案固化层；构件平台，用于附着经照射固化的图案固化层；Z轴驱动机构，连接所述构件平台，用于受控地沿竖直轴向移动调整所述构件平台与打印基准面的间距并填充待固化的光固化材料；本申请第三方面所述的取件机构；以及控制装置，与所述能量辐射系统，所述Z轴驱动机构以及所述取件机构相连，用于在打印操作下控制所述能量辐射系统和Z轴驱动机构，以在所述构件平台上附着堆积图案固化层以得到相应三维物体，以及用于在取件操作下控制所述取件机构，以将所述三维物体从所述构件平台上取下。
综上所述，本申请提供的一种三维模型的数据处理方法及系统、取件机构及3D打印设备，通过对预打印3D构件的三维模型的基层部分模型进行切削处理以使3D构件的基层部分形成豁口结构，在取件操作时增大了铲刀件与3D构件的接触区域，降低了3D构件损坏的风险。另外，通过取件机构的自动化设置，提高了取件效率。
附图说明
本申请所涉及的发明的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及发明的特点和优势。对附图简要说明书如下：
图1显示为本申请3D打印设备在一实施例中的结构示意图。
图2显示为本申请三维模型的处理方法在一实施例中的流程图。
图3a和图3b显示为本申请三维模型的数据处理方法中与基层部分模型对应的基层部分在一实施例中的示意图。
图4显示为本申请三维模型的数据处理方法中步骤S202在一实施例中的流程图。
图5显示为本申请三维模型的数据处理方法中步骤S202在另一实施例中的流程图。
图6显示为本申请三维模型的数据处理方法在另一实施例中的流程图。
图7显示为本申请三维模型的数据处理方法在又一实施例中的流程图。
图8显示为本申请三维模型的处理系统在一实施例中的结构示意图。
图9显示为本申请取件机构中的铲刀件在一实施例中的结构示意图。
图10显示为本申请取件机构中的铲刀件在另一实施例中的结构示意图。
图11a和图11b显示为本申请取件机构中对应的构件平台在一实施例中的结构示意图。
图12a和图12b显示为本申请取件机构中与图11所示构件平台相配合的铲刀件在一实施例中的结构示意图。
图13显示为图11a和11b所示构件平台与图12a和12b所示铲刀件相配合的结构示意图。
图14显示为本申请取件机构中的接收部件在一实施例中的结构示意图。
图15显示为本申请3D打印设备在另一实施例中的结构示意图。
图16显示为本申请3D打印设备中刮刀组件、铲刀件以及构件平台之间的位置关系示意图。
图17显示为本申请3D打印设备在打印操作状态下在一实施例中的结构示意图。
图18a和图18b显示为本申请3D打印设备在取件操作状态下在一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件或参数，但是这些元件或参数不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件或参数与另一个元件或参数进行区分。例如，第一移动组件可以被称作第二移动组件，并且类似地，第二移动组件可以被称作第一移动组件，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一移动组件和第二移动组件均是在描述一个移动组件，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个移动组件。相似的情况还包括第一导轨与第二导轨，或者第一驱动部件与第二驱动部件。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
3D打印是快速成型技术的一种，无论是基于顶曝光的光固化3D打印设备还是基于底曝光的光固化3D打印设备，均以构件平台作为3D打印实体构件的平台，通过逐层打印的方式构造3D物体。打印时首先通过能量辐射装置照射光固化材料形成第一层固化层，所述第一层固化层附着在构件平台上，构件平台在Z轴驱动机构的带动下上升或下降一预定距离，例如，对于底曝光式3D打印设备，构件平台的移动使得构件平台与容器底部与第一层固化层之间再次填充待固化的光固化材料，能量辐射系统再次照射以得到附着在第一层固化层上的第二层固化层，以此类推，经过多次填充、照射和分离操作，将各固化层累积在构件平台上以得到3D构件。
在一种实施例中，所述3D打印设备例如为顶曝光式或底曝光式的DLP设备，其能量辐射系统为投影装置。例如，所述投影装置包括DMD芯片、控制器和存储模块。其中，所述存储模块中存储将3D构件模型分层的分层图像。所述DMD芯片在接受到控制器的控制信号后将对应分层图像上各像素的光源照射到容器底面或光固化材料表面。其中，DMD芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内，事实上，这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的，每一个微镜代表一个像素，所投影的图像就由这些像素所构成。DMD芯片可被简单描述成为对应像素点的半导体光开关和微镜片，所述控制器通过控制DMD芯片中各光开关来允许/禁止各微晶片反射光，由此将相应分层图像直接照射到光固化材料上或经过容器的透明底部照射到光固化材料上，使得对应图像形状的光固化材料被固化，以得到图案化的固化层。
在另一种实施例中，所述3D打印设备例如为基于顶曝光或底面曝光的SLA设备，其能量辐射系统包括激光发射器、位于所述激光发射器射出光路上的透镜组和位于所述透镜组出光侧的振镜组(均未显示在该图中)，其中，所述激光发射器受控的调整输出激光束的能量，例如，所述激光发射器受控的发射预设功率的激光束以及停止发射该激光束，又如，所述激光发射器受控的提高激光束的功率以及降低激光束的功率。所述透镜组用以调整激光束的聚焦位置，所述振镜组用以受控的将激光束在所述容器表面或底面的二维空间内扫描，经所述光束扫描的光固化材料被固化成对应的图案固化层。
在再一种实施例中，所述3D打印设备又例如基于顶曝光式或底面曝光的LCD(Liquid Crystal Display，液晶面光源固化)设备，其能量辐射系统为LCD液晶屏光源系统。所述LCD设备包括位于所述容器上方或下方的LCD液晶屏、在LCD液晶屏上方或下方对正设置的光源。能量辐射装置中的控制芯片将待打印切片的分层图像通过LCD液晶屏投影到打印面，利用LCD液晶屏所提供的图案辐射面将容器中的待固化材料固化为相应的图案固化层。
在实际操作中，对于利用光固化材料制造3D构件的3D打印设备来说，为防止打印过程中出现3D构件掉落的问题，打印材料多采用可粘合材料，使得工件与打印平台可以紧密贴合。为此，目前光固化3D打印设备常采用铲刀取件的方式人工取件。但是在取件过程中，由于附着在构件平台成型面上的3D构件与铲刀的接触区域较小，容易对3D构件造成损坏，同时人工操作也使得取件效率低下。
鉴于此，本申请提供一种3D打印设备，用于解决取件操作中由于附着在构件平台上的3D构件与铲刀的接触区域小而易于损坏3D构件，以及人工操作铲刀使得取件效率低下的问题。
为了便于描述，以所述3D打印设备为顶曝光式3D打印设备为例进行说明。请参阅图1，显示为本申请3D打印设备在一实施例中的结构示意图，如图所示，所述3D打印设备包括容器11、构件平台12、Z轴驱动机构13、能量辐射系统14、控制装置15以及取件机构16。
所述容器11用于盛放光固化材料。所述容器的容量视3D打印设备的类型而定，通常情况下，由于基于SLA技术的3D打印设备的打印幅面(或称辐射幅面)比基于DLP技术的3D打印设备的打印幅面大，因此，基于SLA的打印设备中容器容量相对于基于DLP的打印设备中容器容量较大。
在某些实施例中，所述光固化材料包括任何易于光固化的液态材料或粉末材料，其液态材料举例包括：光固化树脂液，或掺杂了添加剂、颜料、染料等混合材料的树脂液等。粉末材料包括但不限于：陶瓷粉末、颜色添加粉末等。所述容器的材质包括但不限于：玻璃、塑料、树脂等。其中，所述容器的容量视3D打印设备的类型而定。在一些实施场景下，所述容器常被称为树脂槽。
所述构件平台12用于附着经照射固化的图案固化层，以便经由所述图案固化层积累形成3D构件。具体地，所述构件平台举例为构件板。所述构件平台通常以位于容器内的预设打印基准面为起始位置，逐层累积在所述打印基准面上固化的各固化层，以得到相应的3D打印构件。
所述Z轴驱动机构13与构件平台12连接，用于受控地沿竖直轴向移动调整构件平台12与打印基准面的间距并填充待固化的光固化材料。其中，所述打印基准面是指光固化材料被照射的起始面。为了精准的对每层固化层的照射能量进行控制，Z轴驱动机构需带动构件平台移动至使得构件平台与所述打印基准面之间间距最小处为所要固化的固化层的层厚。在所述3D打印设备为顶面激光扫描的SLA设备的实施例中，所述预设打印基准面通常位于盛装有树脂液的液面；在所述3D打印设备为底面曝光的DLP设备的实施例中，所述预设打印基准面通常位于所述容器的底面，或者距离底面预设位置的某一高度，例如采用CLIP技术的DLP设备。
所述能量辐射系统14用于照射容器内的光固化材料以得到图案固化层。具体地，所述能量辐射系统根据基于预打印3D构件的经切削处理的三维模型所生成的打印数据中各分层图像照射容器内的光固化材料以得到3D构件。其中，预打印3D构件的三维模型包括与3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与3D构件的主体部分对应的主体部分模型。在3D打印的前处理阶段，将预打印3D构件对应的三维模型中的基层部分模型经切削处理后再提供给3D打印设备，以使得3D打印设备所打印的3D构件的基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。在一些实施场景下，所述能量辐射系统又常被称为光学系统。
所述控制装置15与上述的能量辐射系统14、Z轴驱动机构13以及下述的取件机构16相连，用于在打印操作下控制能量辐射系统14和Z轴驱动机构13，以在构件平台12上附着堆积图案固化层以得到相应三维物体，以及用于在取件操作下控制取件机构16，以将所述三维物体从构件平台12上取下。其中，所述控制装置15为包含处理器的电子设备，例如，所述控制装置为计算机设备、嵌入式设备、或集成有CPU的集成电路等。
例如，所述控制装置包括：处理单元、存储单元和多个接口单元。各所述接口单元分别连接能量辐射系统和Z轴驱动机构等3D打印设备中独立封装且通过接口传输数据的装置。所述控制装置还包括以下至少一种：提示装置、人机交互装置等。所述接口单元根据所连接的装置而确定其接口类型，其包括但不限于：通用串行接口、视频接口、工控接口等。
例如，所述接口单元包括：USB接口、HDMI接口和RS232接口，其中，USB接口和RS232接口均有多个，USB接口可连接人机交互装置等，RS232接口连接检测装置和Z轴驱动机构，HDMI接口连接能量辐射系统(光学系统)。所述存储单元用于存储3D打印设备打印所需要的文件。所述文件包括：CPU运行所需的程序文件和配置文件等。
所述存储单元包含非易失性存储器和系统总线。其中，所述非易失性存储器举例为固态硬盘或U盘等。所述系统总线用于将非易失性存储器与CPU连接在一起，其中，CPU可集成在存储单元中，或与存储单元分开封装并通过系统总线与非易失性存储器连接。
所述处理单元包含：CPU或集成有CPU的芯片、可编程逻辑器件(FPGA)、和多核处理器中的至少一种。所述处理单元还包括内存、寄存器等用于临时存储数据的存储器。
所述处理单元一方面成为控制各装置依时序执行的工控单元，例如，所述处理单元在控制Z轴驱动机构将构件平台移动至相距预设打印基准面的一间距位置后，向能量辐射系统传递分层图像，待能量辐射系统完成照射以将光固化材料图案化固化后，再控制Z轴驱动机构带动构件平台调整并移动至相距预设打印基准面的一新的间距位置，重复上述曝光过程。
所述取件机构16设置在构件平台12上方，例如，取件机构16可以经由一支撑机构跨设在构件平台12上方的相对两侧。在打印操作下，控制装置15控制能量辐射系统14根据预打印3D构件的经切削处理的三维模型中各分层图像照射容器内的光固化材料以得到3D构件。其中，所形成的3D构件的基层部分具有自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构且所述豁口结构的开口方向朝向取件机构16的初始位置。在打印操作完成后即在取件操作下，控制装置15控制Z轴驱动机构13带动构件平台12向上移动，以使构件平台12上升至取件机构16下方能够利用取件机构的移动将3D构件从构件平台12上铲下的位置处，然后，控制装置15控制取件机构16移动，取件机构16与上述豁口结构接触并继续移动以将3D构件从构件平台12上铲下。
本申请的3D打印设备利用3D构件豁口结构的设计使得在取件操作时增加了取件机构与3D构件的接触区域，更加利于取件机构翘起粘接或粘结在构件平台上的3D构件，降低了取件过程中3D构件损坏的风险，同时，通过控制装置控制取件机构铲件，提高了取件效率。
由于3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，因而在3D打印的前处理阶段对3D构件的数字模型文件进行处理，然后向3D打印设备导入预打印的3D构件的三维模型以打印3D构件。在此，所述三维模型包括但不限于基于CAD构建的三维模型，其举例为STL文件，所述三维模型可通过数据接口或网络接口导入到控制装置中。
例如，所述3D构件的三维模型可通过计算机辅助设计(CAD)软件生成，在实践中，用于实现三维建模的软件包括但不限于Autocad、Aurodesk123D、Tinkercad、Solidworks，Pro-E、Catia、Cimatron、Sketchup、OpenScad、UG、3D max、maya、Rhino、Blender等等。
对于所述3D构件的三维模型，可以从各种CAD格式(STEP、IGES、VDA、DXF、Parasolid(包括二进制)、SAT、SAB(ACIS))、包括PMI数据(如SolidWorks、CATIA、CreoElements/Pro、Siemens NX、Autodesk Inventor和SolidEdge)在内的本地阅读格式以及几乎所有的面片格式(如3MF、OBJ、PLY、JT)中导入数据。
为了向3D打印设备提供预打印3D构件的经切削处理的三维模型以最终形成具有豁口结构的3D构件，本申请提供一种三维模型的数据处理方法，应用于3D打印设备，使得在3D打印的前处理阶段通过对预打印3D构件的三维模型数据进行处理以获得经切削处理的三维模型所对应的打印数据，并将所述打印数据提供给3D打印设备，使得3D打印设备所打印的3D构件的基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
在本申请中，所述的切削处理为在三维模型的图形设计环节中对三维模型的图形数据的处理，比如在设计所述三维模型时，通过例如CAD处理等方式将所述对三维模型的基层部分模型做线条的修改或删减操作使得所述三维模型的基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；又或者，在设计所述三维模型时直接依据设计数据或扫描数据生成的三维模型，使其基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。为便于形象地描述所述三维模型与形成的豁口结构的状态，本申请中将上述对三维模型的图形数据的处理称为“切削处理”，应理解的，在本申请中，所述的“切削处理”并非为一直机床加工领域的切割工序。
请参阅图2，显示为本申请三维模型的处理方法在一实施例中的流程图。如图所示，所述三维模型的处理方法应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射系统、构件平台以及设置在构件平台一侧可相对于构件平台运动的取件机构。所述三维模型的数据处理方法包括步骤S201至步骤S203。
在步骤S201中，获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型。
其中，预打印的3D构件可以是任意形状或结构的物体。在3D打印中，预打印的3D构件包括基层部分和主体部分。所述主体部分是指表示所述3D构件实体的部分。例如，3D构件的主体部分可以为齿状、球状、房屋状或带有预设结构的任意形状。所述预设结构包括但不限于腔体结构、包含形状突变的结构、对于主体部分中轮廓精度有预设要求的结构等。
所述基层部分是指用于将3D构件的主体部分粘结在所述构件平台的部分，也可称为3D构件的底座部分。一般地，所述基层部分为一水平投影面在Z轴上的堆积。在某些实施例中，所述基层部分还包括支撑部分，用于支撑所述3D构件的主体部分。所述基层部分的形状与所述主体部分的形状有关。为了能够在打印过程中保持3D构件不掉件且能够支撑3D构件的主体部分，在某些实施例中，所述基层部分在Z轴上堆积的高度可根据3D构件的重量、基层部分的水平投影面的面积等确定，所述基层部分的水平投影面的形状可由主体部分的水平投影面确定。在某些实施例中，为了能够支撑所述主体部分，设置所述基层部分的水平投影面的范围大于所述主体部分的水平投影面的范围，所述基层部分的水平投影面的形状可以根据需要设置为例如为长方形、椭圆型、多边形、或不规则形状。
在一个实施例中，所述3D构件为牙齿模型，所述牙齿模型包括牙齿部分和支撑所述牙齿部分的齿座部分，其中，所述牙齿部分是指根据制作需要所打印出的全部或部分假牙，例如，所述牙齿部分包含牙冠、牙颈和牙根的整颗假牙牙体，又如，所述牙齿部分仅包含牙冠和牙颈。所述齿座部分是指根据制作需要所打印出的以牙龈状或杆状结构支撑牙齿部分的支撑结构，例如，所述齿座部分为牙龈状，所述牙齿部分为牙冠和牙颈，其中，所述齿座部分以包裹状支撑所述牙齿部分。则对应到本申请的一实施例中，所述3D构件的主体部分为牙齿部分，3D构件的基层部分为齿座部分或者齿座部分的根部。
为便于说明或理解所述3D构件的主体部分与基层部分的关系，在以下实施例提供的图示中，暂以几何形状相对规则形状的3D构件或3D构件对应的三维数字模型为例进行说明。
相应地，预打印3D构件的三维模型包括与3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与3D构件的主体部分对应的主体部分模型。
在步骤S202中，对三维模型的基层部分模型做切削处理，以使基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
请参阅图3a和图3b，显示为本申请三维模型的数据处理方法中与基层部分模型对应的基层部分在一实施例中的示意图。本示例中，所述基层部分的水平投影面为长方形。但本申请并不限于此，所述基层部分的水平投影面还可以为圆形、椭圆形、不规则形状等，在此不再详述。
如图所示，图3a为预打印3D构件的基层部分模型对应的3D构件的基层部分的结构示意图，图3b为该基层部分模型经切削处理后对应的3D构件的基层部分的结构示意图，如图3a所示，以预打印3D构件的基层部分为长方体结构为例，其水平投影面为长方形，长方形的大小可根据预打印3D构件的水平投影范围确定，此外，基层部分在Z轴上堆积的高度d可根据3D构件的重量以及长方形的大小确定。如图3b所示，在对三维模型的基层部分模型进行切屑处理后，基于经切削处理的基层部分模型打印的3D构件的基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构31。其中，豁口结构自轮廓朝向中心逐渐变窄可以表示为豁口结构的经切削平面沿Z轴方向自上而下距离构件平台的竖直距离逐渐变小。如图所示，在基层部分为长方体的情况下，豁口结构的经切削平面距离构件平台的竖直距离以图中豁口结构经切削平面的轮廓的一侧边沿Z轴方向自上而下至基层部分与构件平台交界面之间的竖直距离h1，h2以及h3表示，其中h3<h2<h1，依此类推。
应该注意的是，对于豁口结构的水平投影面为圆形、椭圆形、多边形、不规则形状等的情况，上述的豁口结构自轮廓朝向中心逐渐变窄的表示方式同样适用。在某些实施例中，可以选取豁口结构经切削平面的轮廓上距构件平台最远的点，从该点向豁口结构与构件平台之间的交线做垂线，沿Z轴方向自上而下依次选取此垂线上的点，则各点至构件平台的垂直距离依次减小。
为了便于取件考虑，豁口结构与构件平台之间的夹角与取件机构相匹配。其中，豁口结构与构件平台之间的夹角是指豁口结构的经切削平面与构件平台之间的夹角，如图3b中的角α所示。
为了使具有豁口结构的3D构件在打印操作过程中的与构件平台之间的稳定性不受影响，在一实施例中，基层部分形成的豁口结构与所述构件平台的夹角为锐角。一般地，所述锐角为5°至60°范围内；优选地，所述锐角在30°至60°范围内；更优地，所述锐角在30°至45°范围内，例如在不同的实施例中，所述锐角为30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°等。应理解的，依据所述铲刀刀刃的设计，比如角度或刃部的厚薄尺寸，所述锐角可以依据所述铲刀刀刃的参数做相应的调整。
在另一实施例中，基层部分形成的豁口结构的深度小于等于所述基层部分在所述深度方向的1/2长度。其中，所述豁口结构的深度是指在沿取件方向上，豁口结构的轮廓线上最远两点之间的横向距离，如图3b的w所示。所述基层部分在所述深度方向的长度是指在沿取件方向上，基层部分平行于豁口结构深度方向上的长度，如图3b的L所示，w≤L/2。
应该注意的是，对于豁口结构的水平投影面为圆形、椭圆形、多边形、不规则形状等的情况，上述深度的表示方式同样适用。
另外，为了保持3D构件在构件平台上的稳定性，即在打印操作中，保证3D构件不掉件且不倾斜，在某些实施例中，所述基层部分形成的豁口大小与所述三维模型对应的3D构件的重心有关。由于存在3D打印构件的重心与其几何中心存在偏差的情况，因为豁口结构的大小在设置时要充分考虑3D构件的重心位置，使得在打印过程中3D构件不会发生掉件或倾斜。
在对三维模型的基层部分模型进行切削处理时，可根据需求采用先整体切削再分层的方式，也可采用先分层再逐层切削的方式。请参阅图4，显示为本申请三维模型的数据处理方法中步骤S202在一实施例中的流程图，如图所示，步骤S202包括步骤S2021和步骤S2022。
在步骤S2021中，对三维模型的基层部分模型做切削处理，以使基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
具体地，可以根据预打印3D构件对应的三维模型的参数、基层部分模型的参数以及预形成的豁口结构对应的参数，首先对基层部分模型整体进行处理以获得经切削处理的基层部分模型。
在步骤S2022中，对经切削处理的三维模型做分层处理，以生成打印数据。在实施例中，对于所述3D构件的三维模型，可以从各种CAD格式(STEP、IGES、VDA、DXF、Parasolid(包括二进制)、SAT、SAB(ACIS))、包括PMI数据(如SolidWorks、CATIA、Creo Elements/Pro、Siemens NX、Autodesk Inventor和SolidEdge)在内的本地阅读格式以及几乎所有的面片格式(如3MF、OBJ、PLY、JT)中导入数据。
本步骤中，经切削处理的三维模型包括主体部分模型以及上述步骤中获得的经切削处理的基层部分模型，然后再对经切削处理的基层部分模型和主体部分模型做分层处理，获得3D打印设备所需的打印数据，例如包括各层对应的分层图像等。
请参阅图5，显示为本申请三维模型的数据处理方法中步骤S202在另一实施例中的流程图，如图所示，步骤S202包括步骤S2023和步骤S2024。
在步骤S2023中，对三维模型做分层处理，以形成切片数据。在实施例中，对于所述3D构件的三维模型，可以从各种CAD格式(STEP、IGES、VDA、DXF、Parasolid(包括二进制)、SAT、SAB(ACIS))、包括PMI数据(如SolidWorks、CATIA、Creo Elements/Pro、Siemens NX、Autodesk Inventor和SolidEdge)在内的本地阅读格式以及几乎所有的面片格式(如3MF、OBJ、PLY、JT)中导入数据。
具体地，可以根据预打印3D构件对应的三维模型的参数首先对三维模型整体进行分层处理，形成各切片数据，所述切片数据包括例如各层对应的分层图像等。
在步骤S2024中，对基层部分模型的每一切片数据做切削处理，以使基层部分模型的切片数据叠加后在所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
在此，三维模型包括基层部分模型和主体部分模型，保持主体部分模型所形成的各切片数据不变，依据预形成的豁口结构对应的参数，对在上述步骤中获得的基层部分模型对应的各切片数据进行切削处理以获得经切削处理的各切片数据，即为3D打印设备所需的打印数据，例如包括各层对应的经切削处理后的分层图像等。
请继续参阅图2，在获得经切削处理的三维模型后，在步骤S203中，根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供所述3D打印设备读取。在实施例中，对于所述3D构件的三维模型，可以从各种CAD格式(STEP、IGES、VDA、DXF、Parasolid(包括二进制)、SAT、SAB(ACIS))、包括PMI数据(如SolidWorks、CATIA、Creo Elements/Pro、Siemens NX、AutodeskInventor和SolidEdge)在内的本地阅读格式以及几乎所有的面片格式(如3MF、OBJ、PLY、JT)中导入数据。
本申请的三维模型的数据处理方法，通过对预打印3D构件的三维模型中的基层部分模型进行切削处理，以获得能够使3D构件的基层部分形成豁口结构的打印数据供3D打印设备读取，使得能够在3D打印时形成具有豁口结构的3D构件，增大3D打印设备的取件机构与3D构件的接触面积，便于进行取件操作且降低了3D构件损坏的风险。
此外，为了提高取件效率，在设置三维模型的摆放位置时，可以设置上述经切削处理的三维模型对应的豁口结构与3D打印设备的取件机构相匹配，在一实施例中，根据取件机构的初始位置在一打印幅面内布设所述三维模型，以使所述豁口结构的开口方向朝向所述取件机构的初始位置。例如，在一示例中，取件机构例如为铲刀，根据铲刀的初始位置，将三维模型布设为在打印幅面内其对应豁口结构的开口方向朝向铲刀，使得铲刀在取件操作下向豁口结构移动时，能够与豁口结构相配合以将3D构件从构件平台上铲下。
另外，在3D打印时，存在一次性打印多个相同或不同3D构件的情况，请参阅图6，显示为本申请三维模型的数据处理方法在另一实施例中的流程图，如图所示，在一次性打印多个3D构件的情况下，所述三维模型的数据处理方法包括步骤S601至步骤S604。
在步骤S601中，获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型。
在此，分别获取各预打印3D构件的三维模型，本步骤与上述步骤S201类似，在此不再赘述。
在步骤S602中，对三维模型的基层部分模型做切削处理，以使基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
在此，分别对各三维模型的基层部分模型做切削处理，本步骤与上述步骤S202类似，在此不再赘述。
在步骤S603中，获取多个3D构件中各3D构件的经切削处理的三维模型，以在同一打印幅面内布设多个经切削处理的三维模型。
在此，分别获取各3D构件经切削处理的三维模型，可以基于能量辐射系统的设置、构件平台的相对于能量辐射系统的位置以及3D构件的参数等，在同一幅面内布设各经切削处理的三维模型。在某些实施例中，对于多个相同的3D构件，可采用同一方式布置各三维模型，以便在后续调整时可统一调整。
在步骤S604中，调整各经切削处理的三维模型的摆设角度，以使每一经切削处理的三维模型的豁口结构的开口方向朝向取件机构的初始位置。
在此，基于上步骤中各三维模型的初步布设位置，调整各三维模型的摆设角度，使得各经切削处理的三维模型对应的豁口结构与3D打印设备的取件机构相匹配，以使所述豁口结构的开口方向朝向所述取件机构的初始位置。例如，在一示例中，取件机构例如为铲刀，根据铲刀的初始位置，将各三维模型布设为在打印幅面内其各自对应豁口结构的开口方向朝向铲刀，使得铲刀在取件操作下向各三维模型对应的豁口结构移动时，能够与各豁口结构相配合以将各3D构件从构件平台上铲下。对于多个不同的3D构件，逐个调整其摆设角度；对于多个相同的3D构件，若上步骤中采用同一方式布置，则可统一调整其摆设角度，提高摆放效率。
通常，为了增大光固化材料在构件平台上的流动性，构件平台上开设有若干导流部，所述导流部例如为孔形、凹槽形等。在3D打印期间，由于能量辐射系统辐射的能量会辐射到导流部内的光固化材料以使其固化成型，使得在取件操作时增大取件难度。为此，为了使取件机构能够轻松地将3D构件从构件平台上铲下，可以采用避孔的设计。也就是说，在3D固化成型时，通过分层图像的设计使得能量辐射系统所辐射的能量避开构件平台上导流部所在位置，从而避免导流部内的光固化材料被固化。在导流部为通孔结构的情况下，避孔设计为避开构件平台上的通孔的设计。在导流部为凹槽的情况下，避孔设计为避开构件平台上的凹槽的设计。
请参阅图7，显示为本申请三维模型的数据处理方法在又一实施例中的流程图，如图所示，在构件平台上开设有若干导流部的情况下，所述三维模型的数据处理方法还包括步骤S701至步骤S703。
在步骤S701中，对经切削处理的三维模型做分层处理。
在此，所述切削处理和所述分层处理的顺序可以互换，在某些实施例中，可以先对三维模型中的基层部分模型进行整体切削处理再对经切削处理的三维模型进行分层处理。在另一些实施例中，可以先对三维模型整体进行分层处理，再对各分层进行切削处理。
在步骤S702中，依据预设的固化深度在基层部分模型中确定多个目标分层。
其中，所述目标分层是指在基层部分模型中需进行避孔设计的分层，所述目标分层的分层图像经避孔处理，以避免导流部内的光固化材料因被能量辐射系统照射而固化。所述固化深度可以根据能量辐射系统所辐射的能量强度、3D构件的大小、重量以及导流部的深度等设置，以使得在大于该固化深度所对应的分层中，能量辐射系统辐射的能量无法触及构件平台的导流部，因此不会使构件板导流部内的光固化材料成型即可。所述固化深度表现为基层部分模型中目标分层的层数。另外，还可设置所述多个目标分层的高度小于所述豁口结构的高度，换言之，可以设置所述目标分层的层数小于基层部分模型中对应形成豁口结构的层数。
在步骤S703中，根据构件平台的物理坐标系与能量辐射系统的像素坐标系之间的转换关系、以及若干导流部在构件平台上的物理坐标处理多个目标分层，以使多个目标分层的图像被能量辐射系统投射在构件平台上时的投影与构件平台上的若干导流部不重合。
实现避孔设计的具体实现方式参见公开号为CN 111438941A的专利申请，根据构件板的物理坐标系与能量辐射系统的像素坐标系之间的转换关系、以及若干通孔在构件板上的物理坐标生成一固化图案，并令所述能量辐射系统在预设次数内向所述打印基准面投射所述固化图案，以在所述构件板上累积附着所述固化图案的固化层，从而避免在构件板的通孔内产生残渣，该专利申请CN 111438941A的全文引用于此。
本申请还提供一种三维模型的数据处理系统，所述处理系统包括处理设备或3D打印设备中的控制装置中的软件和硬件。所述处理设备包括但不限于：用户终端或服务器设备等。所述控制装置包括但不限于计算机设备、工控机或基于嵌入式操作系统的电子设备等。
请参阅图8，显示为本申请三维模型的处理系统在一实施例中的结构示意图，如图所示，所述三维模型的处理系统应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射系统、构件平台、以及设置在所述构件平台一侧可相对于所述构件平台运动的取件机构。所述三维模型的数据处理系统包括获取模块81、处理模块82以及生成模块83。
获取模块81用于获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型。
其中，预打印的3D构件可以是任意形状或结构的物体。在3D打印中，预打印的3D构件包括基层部分和主体部分。所述主体部分是指表示所述3D构件实体的部分。例如，3D构件的主体部分可以为齿状、球状、房屋状或带有预设结构的任意形状。所述预设结构包括但不限于腔体结构、包含形状突变的结构、对于主体部分中轮廓精度有预设要求的结构等。
所述基层部分是指用于连接3D构件的主体部分与构件平台的部分，也可称为底座部分。一般地，所述基层部分为一水平投影面在Z轴上的堆积。在某些实施例中，所述基层部分还包括支撑部分，用于支撑所述3D构件的主体部分。所述基层部分的形状与所述主体部分的形状有关。为了能够在打印过程中保持3D构件不掉件且能够支撑3D构件的主体部分，在某些实施例中，所述基层部分在Z轴上堆积的高度可根据3D构件的重量、基层部分的水平投影面的面积等确定，所述基层部分的水平投影面的形状可由主体部分的水平投影面确定。在某些实施例中，为了能够支撑所述主体部分，设置所述基层部分的水平投影面的范围大于所述主体部分的水平投影面的范围，所述基层部分的水平投影面的形状可以根据需要设置为例如为长方形、椭圆型、多边形、或不规则形状。
相应地，预打印3D构件的三维模型包括与3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与3D构件的主体部分对应的主体部分模型。
处理模块82用于对所述三维模型的基层部分模型做切削处理，以使所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
请参阅图3a和图3b，显示为本申请三维模型的数据处理方法中与基层部分模型对应的基层部分在一实施例中的示意图。本示例中，所述基层部分的水平投影面为长方形。但本申请并不限于此，所述基层部分的水平投影面还可以为圆形、椭圆形、不规则形状等，在此不再详述。
如图所示，图3a为预打印3D构件的基层部分模型对应的3D构件的基层部分的结构示意图，图3b为该基层部分模型经切削处理后对应的3D构件的基层部分的结构示意图，如图3a所示，以预打印3D构件的基层部分为长方体结构为例，其水平投影面为长方形，长方形的大小可根据预打印3D构件的水平投影范围确定，此外，基层部分在Z轴上堆积的高度d可根据3D构件的重量以及长方形的大小确定。如图3b所示，在对三维模型的基层部分模型进行切屑处理后，基于经切削处理的基层部分模型打印的3D构件的基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构31。其中，豁口结构自轮廓朝向中心逐渐变窄可以表示为豁口结构的经切削平面沿Z轴方向自上而下距离构件平台的竖直距离逐渐变小。如图所示，在基层部分为长方体的情况下，豁口结构的经切削平面距离构件平台的竖直距离以图中豁口结构经切削平面的轮廓的一侧边沿Z轴方向自上而下至基层部分与构件平台交界面之间的竖直距离h1，h2以及h3表示，其中h3<h2<h1，依此类推。
应该注意的是，对于豁口结构的水平投影面为圆形、椭圆形、多边形、不规则形状等的情况，上述的豁口结构自轮廓朝向中心逐渐变窄的表示方式同样适用。在某些实施例中，可以选取豁口结构经切削平面的轮廓上距构件平台最远的点，从该点向豁口结构与构件平台之间的交线做垂线，沿Z轴方向自上而下依次选取此垂线上的点，则各点至构件平台的垂直距离依次减小。
为了便于取件考虑，豁口结构与构件平台之间的夹角与取件机构相匹配。其中，豁口结构与构件平台之间的夹角是指豁口结构的经切削平面与构件平台之间的夹角，如图3b中的角α所示。
为了使具有豁口结构的3D构件在打印操作过程中的与构件平台之间的稳定性不受影响，在一实施例中，基层部分形成的豁口结构与所述构件平台的夹角为锐角。一般地，所述锐角为5°至60°范围内；优选地，所述锐角在30°至60°范围内；更优地，所述锐角在30°至45°范围内。例如在不同的实施例中，所述锐角为30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°等。应理解的，依据所述铲刀刀刃的设计，比如角度或刃部的厚薄尺寸，所述锐角可以依据所述铲刀刀刃的参数做相应的调整。
在另一实施例中，基层部分形成的豁口结构的深度小于等于所述基层部分在所述深度方向的1/2长度。其中，所述豁口结构的深度是指在沿取件方向上，豁口结构的轮廓线上最远两点之间的横向距离，如图3b的w所示。所述基层部分在所述深度方向的长度是指在沿取件方向上，基层部分平行于豁口结构深度方向上的长度，如图3b的L所示，w≤L/2。
应该注意的是，对于豁口结构的水平投影面为圆形、椭圆形、多边形、不规则形状等的情况，上述深度的表示方式同样适用。
另外，为了保持3D构件在构件平台上的稳定性，即在打印操作中，保证3D构件不掉件且不倾斜，在某些实施例中，所述基层部分形成的豁口大小与所述三维模型对应的3D构件的重心有关。由于存在3D打印构件的重心与其几何中心存在偏差的情况，因为豁口结构的大小在设置时要充分考虑3D构件的重心位置，使得在打印过程中3D构件不会发生掉件或倾斜。
在对三维模型的基层部分模型进行切削处理时，可根据需求采用先整体切削再分层的方式，也可采用先分层再逐层切削的方式。在一实施例中，处理模块82还用于对三维模型的基层部分模型做切削处理，以使基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及对经切削处理的三维模型做分层处理，以生成打印数据。在另一实施例中，处理模块82还用于对三维模型做分层处理，以形成切片数据；以及对基层部分模型的每一切片数据做切削处理，以使基层部分模型的切片数据叠加后在所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
生成模块83用于根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供所述3D打印设备读取。
此外，为了提高取件效率，处理模块还用于设置三维模型的摆放位置，在设置三维模型的摆放位置时，可以设置上述经切削处理的三维模型对应的豁口结构与3D打印设备的取件机构相匹配，在一实施例中，根据取件机构的初始位置在一打印幅面内布设所述三维模型，以使所述豁口结构的开口方向朝向所述取件机构的初始位置。例如，在一示例中，取件机构例如为铲刀，根据铲刀的初始位置，将三维模型布设为在打印幅面内其对应豁口结构的开口方向朝向铲刀，使得铲刀在取件操作下向豁口结构移动时，能够与豁口结构相配合以将3D构件从构件平台上铲下。
另外，在3D打印时，存在一次性打印多个相同或不同3D构件的情况，鉴于此，处理模块还用于获取多个3D构件中各3D构件的经切削处理的三维模型，以在同一打印幅面内布设多个经切削处理的三维模型；以及调整各经切削处理的三维模型的摆设角度，以使每一经切削处理的三维模型的豁口结构的开口方向朝向取件机构的初始位置。
此外，为了增大光固化材料在构件平台上的流动性，构件平台上开设有若干导流部，所述导流部例如为孔形、凹槽形等。在3D打印期间，由于能量辐射系统辐射的能量会辐射到导流部内的光固化材料以使其固化成型，使得在取件操作时增大取件难度。为此，为了使取件机构能够轻松地将3D构件从构件平台上铲下，可以采用避孔的设计。也就是说，在3D固化成型时，通过分层图像的设计使得能量辐射系统所辐射的能量避开构件平台上导流部所在位置，从而避免导流部内的光固化材料被固化。在导流部为通孔结构的情况下，避孔设计为避开构件平台上的通孔的设计。在导流部为凹槽的情况下，避孔设计为避开构件平台上的凹槽的设计。
基于此，在构件平台上开设有若干导流部的情况下，处理模块还用于对经切削处理的三维模型做分层处理；依据预设的固化深度在基层部分模型中确定多个目标分层；以及根据构件平台的物理坐标系与能量辐射系统的像素坐标系之间的转换关系、以及若干导流部在构件平台上的物理坐标处理多个目标分层，以使多个目标分层的图像被能量辐射系统投射在构件平台上时的投影与构件平台上的若干导流部不重合。
应理解，本申请所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块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。所述模块根据其功能也可以分离操作。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，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
其次，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
另外，本申请上述的附图中的流程图和系统框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。
举例来说，所述三维数据的处理系统中的各个模块可以由依托在计算机系统中硬件而运行的软件实现；同样原理的，所述方法也可以由计算机系统中硬件运行软件实现。其中，所述计算机系统可以是任何具有数学和逻辑运算、数据处理能力的一或多个计算装置，其包括但不限于：个人计算机、单台服务器、服务器集群、分布式服务端、基于云架构的服务端等。
在基于经切削处理的三维模型所生成的打印数据完成3D构件的打印后，可以通过3D打印设备的取件机构将成型的3D构件从构件平台上取下。为此，本申请还提供一种取件机构，所述取件机构包括跨设于所述构件平台的相对两侧的铲刀件，所述铲刀件在取件操作下可沿所述构件平台的成型面在第一方向移动，以铲除所述构件平台成型面上附着的固化成型3D构件。其中，所述3D构件包括基层部分及主体部分，所述基层部分具有自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构，且所述豁口结构的开口朝向第二方向，所述第一方向与所述第二方向为反向关系。
另外，为了不影响成型3D构件，取件机构设置在容器上侧一预设高度的位置。其中，所述预设高度可以根据容器与能量辐射系统之间的距离，3D构件在构件平台上的成型高度等来确定，使得在打印操作期间，取件机构不影响构件平台沿竖直方向的移动以及3D构件的成型，在取件操作期间，取件机构与构件平台贴合时，构件平台上成型的3D构件不会碰触到上方的能量辐射系统。
其中，预打印的3D构件可以是任意形状或结构的物体。在3D打印中，预打印的3D构件包括基层部分和主体部分。所述主体部分是指表示所述3D构件实体的部分。例如，3D构件的主体部分可以为齿状、球状、房屋状或带有预设结构的任意形状。所述预设结构包括但不限于腔体结构、包含形状突变的结构、对于主体部分中轮廓精度有预设要求的结构等。
所述基层部分是指用于连接3D构件的主体部分与构件平台的部分，也可称为底座部分。一般地，所述基层部分为一水平投影面在Z轴上的堆积。在某些实施例中，所述基层部分还包括支撑部分，用于支撑所述3D构件的主体部分。所述基层部分的形状与所述主体部分的形状有关。为了能够在打印过程中保持3D构件不掉件且能够支撑3D构件的主体部分，在某些实施例中，所述基层部分在Z轴上堆积的高度可根据3D构件的重量、基层部分的水平投影面的面积等确定，所述基层部分的水平投影面的形状可由主体部分的水平投影面确定。在某些实施例中，为了能够支撑所述主体部分，设置所述基层部分的水平投影面的范围大于所述主体部分的水平投影面的范围，所述基层部分的水平投影面的形状可以根据需要设置为例如为长方形、椭圆型、多边形、或不规则形状。
具体地，在3D打印设备中，构件平台经由Z轴驱动机构带动以使其在竖直方向上移动，铲刀件布置在构件平台的与Z轴驱动机构所在侧相邻的两侧且位于构件平台上方不影响构件平台成型3D构件的位置处。铲刀件可沿构件平台在水平方向上移动，在此，将在水平方向上背离Z轴驱动机构的移动方向称为第一方向，朝向Z轴驱动机构移动的方向称为第二方向。在3D打印操作期间，构件平台在Z轴驱动机构的带动下沿竖直方向移动以堆积形成具有自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构的3D构件，所述豁口结构的开口朝向第二方向，即朝向铲刀件所在方向。在取件操作期间，Z轴驱动机构带动构件平台向上移动至铲刀件下方以使铲刀件贴着构件平台的成型面或略高于构件平台的成型面，铲刀件受控地沿构件平台在第一方向上移动，并从所述豁口结构处切入将3D构件铲起并继续沿第一方向移动以将3D构件从构件平台上铲下。
本申请的取件机构，通过豁口结构与铲刀件的配合使用，增大了铲件时的接触面积，降低了3D构件损坏的风险。
为了能够使取件机构的铲刀件沿构件平台在第一方向移动，所述取件机构还包括第一移动组件，所述第一移动组件设置在构件平台相对两侧；所述铲刀件装配至所述第一移动组件上。在一具体示例中，所述第一移动组件可以包括第一导轨和第一驱动部件，所述第一导轨设置在所述构件平台相对两侧，所述第一驱动部件用于驱动所述铲刀件沿所述第一导轨移动。在一实施例中，所述第一驱动部件可以包括驱动电机和同步带，同步带受驱动电机控制以带动铲刀件沿第一导轨移动。所述驱动电机包括但不限于：步进电机、伺服电机。在另一实施例中，所述第一驱动部件可以包括驱动电机和丝杆，丝杆受驱动电机控制转动以使铲刀件在相应丝杆上直线移动。其中，所述丝杆例如为滚珠丝杠。
请参阅图9，显示为本申请取件机构中的铲刀件在一实施例中的结构示意图，如图所示，铲刀件包括安装部91，铲刀主体92以及刀刃93。
其中，安装部91用于将铲刀件装配至第一移动组件并使得铲刀件沿第一移动组件移动。在一示例中，在第一移动组件包括第一导轨、第一驱动部件以及同步带的情况下，安装部还包括与第一导轨和同步带适配的孔或槽，使得同步带在驱动电机的驱动下带动安装在第一导轨上的铲刀件沿第一导轨移动。
铲刀主体92连接安装部91和刀刃93。在一实施例中，安装部、铲刀主体以及刀刃为紧固连接。在另一实施例中，安装部、铲刀主体以及刀刃为一体成型。
刀刃93用于在取件操作下与上述豁口结构接触以铲除构件平台成型面上附着的固化成型3D构件。为了提高铲件效率，在某些实施例中，刀刃93与构件平台呈锐角。一般地，所述锐角为5°至60°范围内；优选地，所述锐角在30°至60°范围内；更优地，所述锐角在30°至45°范围内。例如在不同的实施例中，所述锐角为30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°等。为了能够最大化3D构件与铲刀的接触区域，在一实施例中，根据豁口结构与构件平台之间的夹角对应设置刀刃93与构件平台之间的夹角，使得在取件操作下，铲刀件的刀刃与豁口结构紧密贴合，极大降低3D构件损坏的风险。例如，在豁口结构与构件平台之间的夹角为30°的情况下，设置刀刃与构件平台之间的夹角也为30°，或在30°±2°的范围内。
应注意的是，上述角度仅为举例，本领域技术人员可以根据实际需求以及构件板和铲刀件的结构设置所需的角度，在此不再赘述。
在3D构件被铲刀件沿豁口结构切入铲下后，随着铲刀件的继续移动，铲刀件一边铲件一边推动被铲下的3D构件移动，鉴于此，所述铲刀主体还可包括与所述刀刃接合的储料部。请参阅图10，显示为本申请取件机构中的铲刀件在另一实施例中的结构示意图，如图所示，铲刀件包括安装部91’，铲刀主体92’，刀刃93’以及储料部94。
其中，安装部91’，铲刀主体92’以及刀刃93’与上述的安装部91，铲刀主体92以及刀刃93类似，在此不再赘述。
储料部94与刀刃93’接合，在一实施例中，安装部、铲刀主体、储料部以及刀刃为紧固连接。在另一实施例中，安装部、铲刀主体、储料部以及刀刃为一体成型。
储料部94用于在铲刀件的移动过程中容置先前铲下的部分3D构件，以确保3D构件在取件过程中的稳定性。另外，为了使3D构件从刀刃至储料部的过渡不造成破坏，储料部与构件平台也可设置为呈一锐角。所述锐角与刀刃和构件平台之间的夹角相对应。例如，在刀刃与构件平台之间的夹角为30°的情况下，设置储料部与构件平台之间的夹角也为30°，或在30°±2°的范围内。
此外，由于在铲件过程中，对于铲刀件和构架平台之间的平面度和平行度要求较高，可以在构件平台和铲刀件之间设置多个配合机构，以降低对铲刀件和构件平台的加工和安装精度要求，防止铲刀件在运动过程中触碰构件平台，导致调机和加工复杂。在一实施例中，构件平台的成型面上开设有沿所述第一方向的多条沟槽，相应地，铲刀件的刀刃具有对应于所述多条沟槽的多个梳齿结构。请参阅图11a、图11b、图12a、图12b以及图13，其中，图11a和图11b显示为本申请取件机构中对应的构件平台在一实施例中的结构示意图，图12a和图12b显示为本申请取件机构中与图11所示构件平台相配合的铲刀件在一实施例中的结构示意图，图13显示为图11a和11b所示构件平台与图12a和12b所示铲刀件相配合的结构示意图。
如图11a和11b所示，图11a为构件平台在一角度下的立体结构示意图，图11b为构件平台在另一角度下的立体结构示意图，其中，所述构件平台包括多个沟槽41以及设置在沟槽41中的通孔42。所述沟槽用于和下图所示的铲刀件配合。在一实施例中，为了受力均匀考虑，可以等间隔设置沟槽。另外，所述沟槽和通孔还可以增大光固化材料在构件平台上的流动性。
如图12a和12b所示，图12a为铲刀件在一角度下的立体结构示意图，图12b为铲刀件在另一角度下的立体结构示意图，其中，所述铲刀件的刀刃设置为多个与图11所示构件平台上的沟槽41相配合的梳齿结构41’。在一实施例中，等间隔设置所述梳齿结构以与沟槽配合。
如图13所示，显示为具有沟槽的构件平台51和具有梳齿结构的铲刀件61相配合的结构示意图，在打印操作期间，3D构件固化成型在具有沟槽结构的构件平台51上，在取件操作期间，构件平台51上升至铲刀件61下方以使铲刀件61的梳齿结构与构件平台51的沟槽相配合，继而执行取件操作。
在铲刀件将3D构件从构件平台上铲下后，为了便于收回所示3D构件，本申请的取件机构还包括邻接构件平台设置的接收部件，用于接收铲刀件从构件平台上铲下的3D构件，所述接收部件可以根据需求设置为任意形状。请参阅图14，显示为本申请取件机构中的接收部件在一实施例中的结构示意图，如图所示，接收部件71设置为上宽下窄结构，其邻接构件平台的一侧设置为斜面形式，以便于在3D构件在进入接收部件时缓慢下滑移动，保护3D构件免于损坏。另外，还可以在接收部件中注入液体，以实现缓冲作用，或者实现3D构件清洗作用。
此外，SLA的3D打印设备还可以包括刮刀机构，所述刮刀机构设置在所述能量辐射系统所辐射的打印基准面的上方。其中，所述打印基准面是指待成型材料的可固化表面。所述打印基准面相距能量辐射系统出射位置的距离是基于能量辐射系统所辐射光束的光斑尺寸而确定的。在基于SLA的打印设备中所述打印基准面是待成型材料的水平面。在3D打印中，通常在固化一层待成型材料前，通过刮刀机构将打印基准面上的待成型材料抚平，以供下次光固化操作，并通过逐层累积的方式制造三维物体。在一些应用场景中，所述刮刀机构亦被称为涂覆机构或涂覆系统。所述刮刀机构是用于将例如为树脂的光固化材料通过刮片、吸附、涂抹等一种或多种方式覆盖在打印基准面上，使得打印基准面平整。在应用实例中，所述刮刀机构可例如中国专利CN2020200633240中公开的结构，或者中国专利CN207327619U公开的结构，上述专利申请的全文引用于此。
请参阅图15，显示为本申请3D打印设备在另一实施例中的结构示意图，如图所示，所述3D打印设备包括容器21、构件平台22、Z轴驱动机构23、能量辐射系统24、控制装置25、取件机构26以及刮刀机构27。
其中，容器21、构件平台22、Z轴驱动机构23、能量辐射系统24、控制装置25、取件机构26与上述容器11、构件平台12、Z轴驱动机构13、能量辐射系统14、控制装置15、取件机构16类似，在此不再赘述。
所述刮刀机构27位于取件机构26下方，在打印操作下，刮刀机构27位于取件机构26和构件平台22之间；在取件操作下，构件平台22位于刮刀机构27和取件机构26之间。
所述控制装置25还与上述刮刀机构27相连，用于在打印操作下控制所述刮刀机构27将所述光固化材料抚平于打印基准面上。
具体地，在打印操作下，控制装置25控制能量辐射系统24根据预打印3D构件的经切削处理的三维模型中各分层图像照射容器内的光固化材料，同时，控制装置25还控制刮刀机构27在固化前将光固化材料抚平于打印基准面上，最终以得到3D构件，所形成的3D构件的基层部分具有自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构且所述豁口结构的开口方向朝向取件机构26的初始位置。在打印操作完成后即在取件操作下，控制装置25控制刮刀机构27移动至不影响构件平台22向上移动的一侧处，然后控制装置25控制Z轴驱动机构23带动构件平台22向上移动，以使构件平台22上升至取件机构26下方能够利用取件机构的移动将3D构件从构件平台22上铲下的位置处，然后，控制装置25控制取件机构26移动，取件机构26与上述豁口结构接触并继续移动以将3D构件从构件平台22上铲下。
为了能够使刮刀机构沿构件平台移动，在某些实施例中，所述刮刀机构包括第二移动组件以及刮刀组件，所述第二移动组件设置在构件平台相对两侧；所述刮刀组件装配至所述第二移动组件上并沿第二移动组件在构件平台上移动，以在打印操作下将所述光固化材料抚平于打印基准面上。所述第二移动组件包括第二导轨和第二驱动部件，所述第二导轨设置在构件平台相对两侧；所述第二驱动部件连接所述第二导轨以及所述刮刀组件，用于驱动所述刮刀组件沿所述第二导轨移动。
在另一实施例中，所述刮刀机构可以包括导轨、移动部件、安装梁、刮刀主腔体、刀刃、驱动电机以及真空装置，其中，移动部件可在导轨上滑动，安装梁跨设在导轨之间且两端固定在移动部件上，刮刀主腔体设于安装梁上，刀刃设于刮刀主腔体上，驱动电机用于控制至少一个滑块在导轨上移动，真空装置用于调节刮刀主腔体内真空度。其中，所述导轨设置在3D打印设备的容器上缘的相对两侧，所述导轨举例为轨道。所述移动部件对应举例滑设在轨道上的滑块。所述滑块受驱动电机控制在相应导轨移动。所述驱动电机包括但不限于：步进电机、伺服电机、直线电机等，当然，在不同的实施例中，也可以采用伸缩气缸控制可以驱动滑块在相应导轨移动。
请参阅图16，显示为本申请3D打印设备中刮刀组件、铲刀件以及构件平台之间的位置关系示意图，如图所示，构件平台101、刮刀组件102以及铲刀组件103布置在沿Z轴驱动机构方向的不同高度上，以相互之间不影响其操作即可。在打印操作下，刮刀组件102位于铲刀件103和构件平台101之间。在做件状态下，通过刮刀组件102的往复运动将构件平台101上方的成型液面涂覆平整。此时，铲刀件103位于上方不影响刮刀组件102和构件平台101操作的位置处。
请参阅图17，显示为本申请3D打印设备在打印操作状态下在一实施例中的结构示意图，如图所示，3D打印设备包括容器(未图示)、能量辐射系统(未图示)、控制装置(未图示)、构件平台301、刮刀机构302、取件机构303以及Z轴驱动机构304，其中取件机构303还包括接收部件3031。在打印操作下，构件平台301位于刮刀机构302以及取件机构303下方。其中，构件平台301安装至Z轴驱动机构并在Z轴驱动机构的带动下沿竖直轴向移动，刮刀组件302和取件机构303架设在构件平台相对两侧。其中刮刀机构302包括导轨，驱动部件以及刮刀组件，刮刀组件通过驱动部件中的驱动电机在同步带的作用下沿导轨往复运动，以在打印操作中涂覆构件平台上方的成型液面。取件机构303包括导轨、驱动部件、铲刀件以及接收部件3031，在打印操作期间，取件机构303位于构件平台和刮刀机构上方不影响其操作的位置处。另外，接收部件可以预先布置在铲刀件相对侧与构件平台邻接的位置处，或者接收部件也可以在取件操作时再相应布置在对应的位置上。
在完成3D打印后，控制构件平台上升至取件机构下方以进行取件操作。请参阅图18a和图18b，显示为本申请3D打印设备在取件操作状态下在一实施例中的结构示意图。其中，图18a为取件状态示意图，图18b为取件结束状态示意图，如图18a所示，在取件状态下，首先，控制刮刀组件402移动至不影响构件平台上升的一侧，基于此，刮刀机构的可移动范围设置为大于构件平台的范围。然后，控制构件平台沿竖直方向上升至铲刀件401下方，使得铲刀件贴着构件平台的成型面或略高于构件平台的成型面，铲刀件在同步带的驱动下沿导轨移动，以使得铲刀件的刀刃从构件平台上的3D构件的豁口结构切入，继续移动以将3D构件逐步从构件平台上铲下。基于此，铲刀机构的可移动范围设置为大于构件平台的范围。如图18b所示，当铲刀件401将构件平台上的3D构件铲下且移动至构件平台边缘时，邻接构件平台设置的接收部件接收铲刀件铲下的3D构件，以使3D构件从接收部件的斜面缓慢滑入接收部件中。
综上所述，本申请通过在3D打印前处理阶段对预打印3D构件的三维模型的基层部分模型进行切削处理以使3D构件的基层部分形成豁口结构，然后在取件期间，通过3D设备上设置的铲刀机构与所述豁口结构匹配铲件，增大了铲刀件与3D构件的接触区域，降低了3D构件损坏的风险。另外，通过取件机构的自动化设置，提高了取件效率。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (23)

1.一种三维模型的数据处理方法，应用于3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括能量辐射系统、构件平台、以及设置在所述构件平台一侧可相对于所述构件平台运动的取件机构，所述三维模型的数据处理方法包括以下步骤：
获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型；
对所述三维模型的基层部分模型做切削处理，以使所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及
根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供所述3D打印设备读取。
2.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述根据经切削处理的三维模型生成打印数据的步骤包括：根据所述取件机构的初始位置在一打印幅面内布设所述三维模型，以使所述豁口结构的开口方向朝向所述取件机构的初始位置。
3.根据权利要求2所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述构件平台上开设有若干导流部，所述三维模型的数据处理方法还包括以下步骤：
对所述经切削处理的三维模型做分层处理；
依据预设的固化深度在所述基层部分模型中确定多个目标分层；以及
根据所述构件平台的物理坐标系与所述能量辐射系统的像素坐标系之间的转换关系、以及所述若干导流部在所述构件平台上的物理坐标处理所述多个目标分层，以使所述多个目标分层的图像被所述能量辐射系统投射在所述构件平台上时的投影与所述构件平台上的若干导流部不重合。
4.根据权利要求3所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述多个目标分层的高度小于所述豁口结构的高度。
5.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，在预打印的3D构件为多个的情况下，所述根据经切削处理的三维模型生成打印数据的步骤包括：
获取多个3D构件中各3D构件的经切削处理的三维模型，以在同一打印幅面内布设多个所述经切削处理的三维模型；以及
调整各所述经切削处理的三维模型的摆设角度，以使每一经切削处理的三维模型的豁口结构的开口方向朝向所述取件机构的初始位置。
6.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述基层部分形成的豁口结构与所述构件平台的夹角为锐角。
7.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述基层部分形成的豁口结构的深度小于等于所述基层部分在所述深度方向的1/2长度。
8.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述基层部分形成的豁口大小与所述三维模型对应的3D构件的重心有关。
9.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述对所述三维模型的基层部分模型做切削处理的步骤包括：
对所述三维模型的基层部分模型做切削处理，以使所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及
对经切削处理的三维模型做分层处理，以生成打印数据。
10.根据权利要求1所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述对所述三维模型的基层部分模型做切削处理的步骤包括：
对所述三维模型做分层处理，以形成切片数据；以及
对所述基层部分模型的每一切片数据做切削处理，以使所述基层部分模型的切片数据叠加后在所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构。
11.一种三维模型的数据处理系统，应用于3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括能量辐射系统、构件平台、以及设置在所述构件平台一侧可相对于所述构件平台运动的取件机构，所述三维模型的数据处理系统包括：
获取模块，用于获取预打印的3D构件的三维模型；所述三维模型包括与所述3D构件的基层部分对应的基层部分模型以及与所述3D构件的主体部分对应的主体部分模型；
处理模块，用于对所述三维模型的基层部分模型做切削处理，以使所述基层部分形成自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构；以及
生成模块，用于根据经切削处理的三维模型生成打印数据，以供所述3D打印设备读取。
12.一种取件机构，应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射系统、用于盛放光固化材料的容器、用于附着固化成型3D构件的构件平台，其特征在于，所述取件机构包括：跨设于所述构件平台的相对两侧的铲刀件，所述铲刀件在取件操作下可沿所述构件平台的成型面在第一方向移动，以铲除所述构件平台成型面上附着的固化成型3D构件；其中，所述3D构件包括基层部分及主体部分，所述基层部分具有自轮廓朝向中心逐渐变窄的豁口结构，且所述豁口结构的开口朝向第二方向，所述第一方向与所述第二方向为反向关系。
13.根据权利要求12所述的取件机构，其特征在于，所述取件机构设于所述容器的上侧一预设高度的位置。
14.根据权利要求12所述的取件机构，其特征在于，还包括：第一移动组件，设置在所述构件平台相对两侧；所述铲刀件装配至所述第一移动组件上。
15.根据权利要求14所述的取件机构，其特征在于，所述第一移动组件包括：
第一导轨，设置在所述构件平台相对两侧；以及
第一驱动部件，连接所述第一导轨以及所述铲刀件，用于驱动所述铲刀件沿所述第一导轨移动。
16.根据权利要求14所述的取件机构，其特征在于，所述铲刀件包括：
安装部，将所述铲刀件装配至所述第一移动组件；
铲刀主体，与所述安装部相连；以及
刀刃，与所述铲刀主体相连，在取件操作下所述刀刃与所述豁口结构接触以铲除所述构件平台成型面上附着的固化成型3D构件。
17.根据权利要求16所述的取件机构，其特征在于，所述铲刀主体还包括与所述刀刃接合的储料部。
18.根据权利要求16或17所述的取件机构，其特征在于，所述构件平台的成型面上开设有沿所述第一方向的多条沟槽，所述铲刀件的刀刃具有对应所述多条沟槽的多个梳齿结构。
19.根据权利要求12所述的取件机构，其特征在于，还包括：接收部件，邻接所述构件平台，用于接收所述铲刀件从所述构件平台上铲下的所述3D构件。
20.一种3D打印设备，其特征在于，包括：
容器，用于盛放光固化材料；
能量辐射系统，用于照射所述容器内的光固化材料，以得到图案固化层；
构件平台，用于附着经照射固化的图案固化层；
Z轴驱动机构，连接所述构件平台，用于受控地沿竖直轴向移动调整所述构件平台与打印基准面的间距并填充待固化的光固化材料；
如权利要求12-19所述的取件机构；以及
控制装置，与所述能量辐射系统，所述Z轴驱动机构以及所述取件机构相连，用于在打印操作下控制所述能量辐射系统和Z轴驱动机构，以在所述构件平台上附着堆积图案固化层以得到相应三维物体，以及用于在取件操作下控制所述取件机构，以将所述三维物体从所述构件平台上取下。
21.根据权利要求20所述的3D打印设备，还包括：刮刀机构，所述刮刀机构位于所述取件机构下方，在打印操作下，所述刮刀机构位于所述取件机构和所述构件平台之间；在取件操作下，所述构件平台位于所述刮刀机构和所述取件机构之间；
所述控制装置与所述刮刀机构相连，用于在打印操作下控制所述刮刀机构将所述光固化材料抚平于打印基准面上。
22.根据权利要求21所述的取件机构，其特征在于，所述刮刀机构包括：
第二移动组件，设置在所述构件平台相对两侧；以及
刮刀组件，装配至所述第二移动组件上并沿所述第二移动组件在所述构件平台上移动，以在打印操作下将所述光固化材料抚平于打印基准面上。
23.根据权利要求22所述的取件机构，其特征在于，所述第二移动组件包括：
第二导轨，设置在所述构件平台相对两侧；以及
第二驱动部件，连接所述第二导轨以及所述刮刀组件，用于驱动所述刮刀组件沿所述第二导轨移动。
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