CN115958784A - 液位调节方法、系统、及所适用的3d打印设备和打印方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种液位调节方法、系统、及所适用的3D打印设备和打印方法，所述液位调节方法包括以下步骤：根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值；基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。本申请不直接依赖于检测装置的检测数据来调节液位，从而避免了液面不平整导致的误差。本申请通过承载机构浸入光固化材料的体积变化作为主要的输入量并频繁地调节液位，使调节后的液面流平时间更短，且液面波动小，提高了打印的效率和精度，提升了打印质量。

Description

液位调节方法、系统、及所适用的3D打印设备和打印方法

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，具体的涉及一种液位调节方法、系统、及所适用的3D打印设备和打印方法。

背景技术

3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料、树脂等打印材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，在打印期间，其通过辐射能量使打印材料成型。

在3D打印的过程中，打印材料位于容器内，能量辐射装置朝容器内的打印材料辐射能量以使其固化成型。由于能量辐射装置的能量会随着投射距离而衰减，因此为保证成型的精度，需要在打印过程中保持能量辐射装置到打印成型面的距离基本稳定，以避免距离过近导致过固化，或者距离过远导致固化程度不够。

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液位调节方法、系统、及所适用的3D打印设备和打印方法，用以克服上述相关技术中存在的上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请公开的第一方面提供一种液位调节方法，用于调节3D打印设备中容器内光固化材料的液位高度，所述3D打印设备还包括用以在打印作业中承载3D构件的承载机构，所述液位调节方法包括以下步骤：根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值；基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，还包括：基于所述液位高度调节值、以及当前液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值，确定当前的液位调节方向。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，在满足所述液位高度保持在基准液位高度区间内的条件下，令当前的液位调节方向与前次的液位调节方向相同。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，若当前的液位高度值接近所述基准液位高度区间的上限或下限，则将所述液位高度调节值减小。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，还包括每间隔预设层数后检测所述容器内光固化材料的液位高度的步骤。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，还包括：基于所述至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节所述容器的高度实现的。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节一平衡装置沉入光固化材料的体积实现的。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过补液装置向所述容器内输送或抽取光固化材料实现的。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备。

本申请第一方面公开的某些实施方式中，所述基准液位高度区间是基于所述3D打印设备打印基准面的高度以及误差边界值确定的。

本申请公开的第二方面提供一种液位调节系统，用于调节3D打印设备中容器内光固化材料的液位高度，所述3D打印设备还包括用以在打印作业中承载3D构件的承载机构，所述液位调节系统包括：处理模块，用以根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值；调节模块，用以基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述处理模块还基于所述液位高度调节值、以及当前液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值，确定当前的液位调节方向。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述处理模块在满足所述液位高度保持在基准液位高度区间内的条件下，令当前的液位调节方向与前次的液位调节方向相同。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，若当前的液位高度值接近所述基准液位高度区间的上限或下限，则所述处理模块将所述液位高度调节值减小。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，还包括：检测模块，用于每间隔预设层数后检测所述容器内光固化材料的液位高度。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节所述容器的高度实现的。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节一平衡装置沉入光固化材料的体积实现的。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过补液装置向所述容器内输送或抽取光固化材料实现的。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述基准液位高度区间是基于所述3D打印设备打印基准面的高度以及误差边界值确定的。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，还包括：存储模块，存储有所述3D打印设备中承载机构的物理参数；接口模块，用于获取在至少一打印层的打印过程中所述3D打印设备中承载机构的移动量，以便所述处理模块根据所述移动量计算出所述至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，还包括：接口模块，用于获取至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化。

本申请第二方面公开的某些实施方式中，所述接口模块还用于获取3D构件模型中的切片图像，以便所述处理模块基于所述至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值。

本申请公开的第三方面提供一种3D打印方法，用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射装置、承载机构、以及用于盛放光固化材料的容器，所述3D打印方法包括：调整所述承载机构的高度，以在打印基准面填充待固化的打印材料；令能量辐射装置将3D构件模型中的切片图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层；重复上述各步骤以在所述构件平台上累积图案固化层，从而形成对应的3D构件；其中，在打印过程中，所述3D打印设备基于本申请第一方面任一实施方式中所述的液位调节方法，调整所述容器内光固化材料的液位高度。

本申请第三方面公开的某些实施方式中，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备，所述3D打印设备还包括涂覆机构，所述令能量辐射装置将3D构件模型中的切片图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层的步骤前还包括：令所述涂覆装置将光固化材料均匀涂覆在所述打印基准面上。

本申请公开的第四方面提供一种3D打印设备，包括：容器，用于盛放待固化材料；能量辐射装置，位于所述容器上方或下方，用于依据切片图像向所述容器内的光固化材料辐射能量，以使所述光固化材料固化成型；承载机构，包括托臂、以及连接所述托臂的构件平台，所述托臂在打印作业中部分位于所述容器内，所述构件平台在打印作业中位于所述容器内并用以逐层累积附着图案固化层以形成对应的3D构件；Z轴驱动机构，与所述托臂相连，用于调整所述构件平台在Z轴方向上的高度，以在打印作业中调整所述构件平台至打印基准面的距离；控制装置，与所述能量辐射装置及所述Z轴驱动机构相连，用于在打印作业中控制所述能量辐射装置和Z轴驱动机构，以基于如本申请第三方面任一实施方式中所述的3D打印方法在所述构件平台上累积附着图案固化层以形成对应的3D构件。

本申请第四方面公开的某些实施方式中，所述3D打印设备还包括：升降机构，连接所述控制装置和容器，用于在所述控制装置的控制下驱动所述容器升降运动，以通过调节所述容器的高度实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。

本申请第四方面公开的某些实施方式中，还包括：平衡装置，连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下运动，以通过调节所述平衡装置沉入光固化材料的体积实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。

本申请第四方面公开的某些实施方式中，还包括：补液装置，连接所述控制装置和容器，用于在所述控制装置的控制下向所述容器内输送或抽取光固化材料，以实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。

本申请第四方面公开的某些实施方式中，所述3D打印设备还包括：检测装置，位于所述容器上方，连接所述控制装置，用于检测容器内光固化材料的液位高度。

本申请第四方面公开的某些实施方式中，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备，所述3D打印设备还包括：涂覆机构，跨设于所述容器上方，在自容器的一侧向另一侧的运动过程中将所述光固化材料均匀涂覆在所述打印基准面上。

综上所述，本申请提供的液位调节方法、系统以及3D打印设备、打印方法不直接依赖于检测装置的检测数据来调节液位，从而避免了液面不平整导致的误差。本申请通过承载机构浸入光固化材料的体积变化作为主要的输入量并频繁地调节液位，使调节后的液面流平时间更短，且液面波动小，提高了打印的效率和精度，提升了打印质量。

本领域技术人员能够从下文的详细描述中容易地洞察到本申请的其它方面和优势。下文的详细描述中仅显示和描述了本申请的示例性实施方式。如本领域技术人员将认识到的，本申请的内容使得本领域技术人员能够对所公开的具体实施方式进行改动而不脱离本申请所涉及发明的精神和范围。相应地，本申请的附图和说明书中的描述仅仅是示例性的，而非为限制性的。

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显示为本申请中顶投影的3D打印设备在一实施例中的简易结构示意图。

图2显示为本申请中的承载机构在一实施例中的结构示意图。

图3显示为本申请中的液位调节系统在一实施例中的结构示意图。

图4显示为本申请中的液位调节方法在一实施例中的示意图。

图5显示为采用本申请中容器内光固化材料的液位变化曲线在一实施例中的示意图。

图6显示为本申请中的具有升降机构的打印设备在一实施例中的结构示意图。

图7显示为本申请中的具有平衡装置的打印设备在一实施例中的结构示意图。

图8显示为本申请中的具有补液装置的打印设备在一实施例中的结构示意图。

图9显示为本申请中的3D打印方法在一实施例中的示意图。

图10显示为本申请中包含检测装置的3D打印设备在一实施例中的简要结构示意图。

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模块或单元组成、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。

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。

呈如背景技术中所述，3D打印设备在打印过程中需要保持能量辐射装置到打印成型面的距离基本稳定。在顶曝光的打印设备中，由于在打印过程中能量辐射装置的高度通常不变，且当能量辐射装置位于容器上方并向容器内辐射能量时，位于最上方的打印材料会被固化成型，因此可通过调整容器内打印材料的液位高度来调整能量辐射装置到打印成型面的距离。

在一些实施方式中，在每一层打印后，通过一液位检测机构检测容器内的液位高度，如果检测到的液位高度超出阈值，则增加或减少液位高度，以使容器内的液位高度在期望的范围内，如果检测到的液位高度未超出阈值，则无需调节液位，继续下一层的打印。然而，本申请发现这种液位调节方式存在几个显著的问题，首先，每次调整液位后，可能由于打印材料的流动性问题，需要等待材料的流平时间。另外，每层打印后的液面也可能存在不平整的情况，使得液位检测数据检测到的局部液位值与实际液位值之间存在误差，进而造成调节后的实际液位高度并不在理想的位置。并且这种调节方式也使得在调节液位前后明显的液位高度变化导致打印件横纹现象明显。

有鉴于此，本申请提供一种液位调节方法，该液位调节方法用于调节3D打印设备中容器内光固化材料的液位高度，所述液位调节方法可由液位调节系统来执行。

应当理解，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，运用粉末状金属或塑料等可粘合打印材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。在打印时，首先对所述数字模型文件进行处理以实现向3D打印设备导入待打印的3D构件模型。基于3D构件模型打印得到的实物即3D构件。在此，所述3D构件模型包括但不限于基于CAD构件的3D构件模型，其举例为STL文件，控制装置对导入的STL文件进行布局及切层处理。所述3D构件模型可通过数据接口或网络接口导入到控制装置中。所导入的3D构件模型中的实体部分可以为任意形状，其中，所述实体部分即用来表征3D构件结构的部分，所述实体部分可包括牙齿状、球状、房屋状、齿状、或带有预设结构的任意形状等。其中，所述预设结构包括但不限于以下至少一种：腔体结构、包含形状突变的结构、和对于实体部分中轮廓精度有预设要求的结构等。

在光固化3D打印设备中，打印材料通常为光固化材料。3D打印设备通过能量辐射装置对光固化材料进行逐层曝光固化并累积各固化层的方式打印3D构件，具体的光固化快速成型技术的工作原理为：使用光固化材料作为原料，在控制装置控制下，能量辐射装置照射按各切片层的切片图像进行逐层曝光或扫描，与位于辐射区域内的树脂薄层产生光聚合反应后固化，形成制件的一个薄层截面。当一层固化完毕后，工作台移动一个层厚，在刚刚固化的树脂表面又覆上一层新的光固化材料以便进行循环曝光或扫描。新固化后的一层牢固地粘接在前一层上，如此反复，层层堆积，最终形成整个产品原型即3D构件。所述光固化材料通常指经光(例如为紫外光、激光等)照射后会形成固化层的材料，其包括但不限于：光敏树脂、或光敏树脂与其他材料的混合液等。所述其他材料例如为陶瓷粉、色料等。

在本申请中，所述3D打印设备可以是顶投影的打印设备，也可以是底投影的打印设备。其中，由于顶投影打印设备的打印成型面受液位影响较大，因此本申请中的液位调节系统在顶投影的打印设备中相对于现有技术而言的效果更为显著。当然，本申请中的中的液位调节方法、液位调节系统并不排斥底投影的打印设备，从理论上来说也可被应用在底投影的打印设备中。在一些实施例中，所述顶投影也可被称为顶曝光、顶投影曝光、上投影；所述底投影也可被称为底曝光、底投影曝光、下投影。在顶投影的打印设备中，能量辐射装置位于容器上方，能量辐射装置向位于其下方的容器辐射能量，即向下投影；在基于顶曝光的打印设备中，所述Z轴驱动机构用于受控地沿Z轴方向移动调整所述构件平台的位置以将构件平台的上表面与容器内打印材料的液面之间构成打印基准面。在底投影的打印设备中，能量辐射装置位于容器下方，能量辐射装置向位于其上方的容器底面辐射能量，即向上投影。

请参阅图1，其显示为本申请中顶投影的3D打印设备在一实施例中的简易结构示意图。如图所示，所述3D打印设备包括：能量辐射装置11、容器12、承载机构13、Z轴驱动系统14、控制装置15。

其中，所述容器12用于盛放待固化的打印材料，在光固化打印设备中，所述打印材料即光固化材料。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，或掺杂了陶瓷粉末、颜色添加剂等混合材料的树脂液等。所述容器的材质包括但不限于：玻璃、塑料、树脂等。所述容器的容量视3D打印设备的类型或3D打印设备中能量辐射装置的整体幅面而定。在一些情况下，所述容器也可以被称为树脂槽。所述容器可以是整体透明或仅容器底透明，例如，所述容器为玻璃容器，且容器壁贴设吸光纸(如黑色薄膜、或黑色纸等)，以便减少在投影期间由于光散射对光固化材料的固化干扰。在一些实施方式中，对于底面曝光成型的打印设备，在所述容器内侧底部表面还铺设有便于使打印的固化层与容器底面剥离的透明柔性膜(未予图示)，所述便于剥离的透明柔性膜例如为FEP离型膜，所述FEP离型膜是采用超高纯度FEP树脂(氟化乙烯丙烯共聚物)制作的热熔融挤出流延薄膜，所述FEP离型膜具有优良的不粘性、耐高温性、电气绝缘性、力学性能、耐磨性等。

所述承载机构一方面用以承载打印设备所打印的3D构件，另一方面需要受Z轴驱动机构控制而运动。请参阅图2，其显示为本申请中的承载机构在一实施例中的结构示意图。如图所示，所述承载机构13包括托臂132、以及连接所述托臂的构件平台131，所述托臂132在打印作业中部分位于所述容器内，托臂连接Z轴驱动机构从而可在Z轴驱动机构的控制下运动。构件平台在打印作业中位于所述容器内并用以逐层累积附着图案固化层以形成对应的3D构件，在某些实施例中，所述构件平台亦被称之为构件板。在打印过程中，尤其是在顶曝光的打印设备中，由于图案固化层的逐层累积，构件平台通常是逐层下降的过程，

所述Z轴驱动机构与所述托臂相连，用于调整所述构件平台在Z轴方向上的高度，以在打印作业中调整所述构件平台至打印基准面的距离。在一些实施方式中，所述打印基准面的位置基于打印设备的类型而确定。例如，当打印设备为顶曝光的打印设备时，在一实施例中将构件平台下沉至液面以下，以使构件平台的上表面与打印材料的液位表面之间作为打印基准面；又如，当打印设备为底曝光的打印设备时，在一实施例中将构件平台下沉至靠近容器底部的位置，以使构件平台的下表面与容器的底部内表面之间作为打印基准面。

请继续参阅图1，所述Z轴驱动系统14可在Z轴方向上移动以在打印作业中带动承载机构13上升或下降，所述Z轴驱动系统包括Z轴构件、以及用于驱动所述Z轴构件升降运动的驱动装置。所述构件平台在打印作业中通常位于所述容器内并通过托臂连接所述Z轴构件，用于在打印作业中受Z轴驱动系统控制而调整所述构件平台至打印基准面的距离，以及用于逐层累积附着固化层以形成3D构件。

所述Z轴驱动机构包括驱动单元和Z轴移动单元，所述驱动单元用于驱动所述Z轴移动，以便所述Z轴移动单元带动构件平台沿Z轴轴向移动，例如，所述驱动单元可以为驱动电机。所述驱动单元受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用于表示构件平台上升、下降或停止的方向性指令，甚至还可以包含转速/转速加速度、或扭矩/扭力等参数。如此有利于精确控制Z轴移动单元的上升的距离，以实现Z轴的精准调节。在此，所述Z轴移动单元举例包括一端固定在所述构件平台上的固定杆、与固定杆的另一端固定的咬合式移动组件，其中，所述咬合式移动组件受驱动单元驱动以带动固定杆沿Z轴轴向移动，所述咬合式移动组件举例为由齿状结构咬合的限位移动组件，如齿条等。又如，所述Z轴移动单元包括：丝杆和旋接所述丝杆的定位移动结构，其中所述丝杆的两端旋接于驱动单元，所述定位移动结构的外延端固定连接到构件平台上，该定位移动结构可例如为滚珠丝杠。所述构件平台为用以附着并承载所形成的固化层的部件。其中，所述构件平台用于附着并承载所形成的横截层，构件平台上的横截层经逐层累积后形成3D构件。

所述能量辐射装置用于向所述构件平台的方向投影图像，在打印作业中，能量辐射装置所辐射的能量可使位于打印基准面上的光固化材料成型。所述控制装置与所述能量辐射装置、Z轴驱动系统相连，用以在打印作业中控制所述能量辐射装置和Z轴驱动系统，以在所述构件平台上累积附着固化层得到相应的3D构件。

所述能量辐射装置的类型可基于3D打印设备的类型而确定。

在一实施例中，所述3D打印设备为SLA(Stereo lithography Apparatus，立体光固化成型)打印设备，其能量辐射装置其能量辐射装置包括激光发射器、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、以及控制振镜的电机等，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底面或顶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，所述振镜组振镜的摆幅决定SLA设备的扫描尺寸。

在另一实施例中，所述3D打印设备为DLP(Digital Light Procession，数字光处理，简称DLP)打印设备。在DLP设备中，所述能量辐射系统举例包括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顶面。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经过容器的透明顶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。

在又一实施例中，所述3D打印设备为LCD打印设备。以液晶面光源固化LCD为例，在LCD打印设备中，其能量辐射装置包括位于所述容器上方的LCD液晶屏、在LCD液晶屏上方对正设置的光源。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。所述光源举例包括但不限于406nm的UV-LED光源、355nm的UV-LED光源、可见光等，在具体的应用中可根据打印材料的具体需求来确定，例如对于可见光固化照射成型的打印材料即可采用可见光作为辐射源，又如基于某波段紫外光照射成型的打印材料即可采用相应波段的紫外光作为辐射源。

所述控制装置15为包含处理器的电子设备，所述控制装置可以为计算机设备、嵌入式设备、或集成有CPU的集成电路等。例如，所述控制装置可包括：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装置、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。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。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，在打印过程中，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，令能量辐射装置依据分层图像向位于打印基准面的待固化材料辐射能量，待能量辐射装置完成照射以将光固化材料图案化固化后，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。

在一个示例性的实施例中，请参阅图3，其显示为本申请中的液位调节系统在一实施例中的结构示意图。如图所示，所述液位调节系统20包括：处理模块201和调节模块202。

所述接口模块201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，所述接口模块201可包括USB接口、HDMI接口和RS232接口等。所述接口模块可连接所述用以3D打印设备中液位的液位调节装置，从而可基于处理模块的处理结果向所述液位调节装置发送相应的控制信号，以令所述能量辐射装置将3D构件模型中的分层图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层。所述处理模块202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。所述处理模块202还包括内存、寄存器等用于临时存储数据的存储器。

在一个示例性的实施例中，请参阅图4，其显示为本申请中的液位调节方法在一实施例中的示意图。

如图所示，在步骤S110中，根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定至少一打印层对应的液位高度调节值。在此，可以对每一打印层均确定所对应的液位高度调节值，也可以对多层打印层确定所对应的液位高度调节值，例如5层、10层、15层、20层、25层、30层等。

在一些实施方式中，为了使打印的3D构件表面精度更高，可以在每一打印层打印后，均分别确定液位高度调节值。在其他实施方式中，例如液位调节装置的调节精度不够的情况下，为了平衡液位调节装置的调节精度和打印件的表面精度，也可以在多层打印层打印后确定所对应的液位高度调节值，例如：每2个打印层、每3个打印层、每4个打印层、每5个打印层、每6个打印层、每7个打印层、每8个打印层、每9个打印层、每10个打印层、每11个打印层、每12个打印层、每13个打印层、每14个打印层、每15个打印层等确定一次液位高度调节值。

由于在打印过程中构件平台需要经常调整高度，因此带动构件平台升降的托臂在打印过程中也在频繁调整高度，故可以理解的是在整个打印过程中承载机构浸入容器内光固化材料的体积也在变化，由此导致容器内光固化材料液位的变化。在一些实施例中，在每一打印层的打印后都需要调整一个打印层的高度，故每一层打印后都会由于承载机构浸入光固化材料的体积变化而导致液位变化。

为方便描述，将每个需要调整液位高度的打印层称为液位高度调节层，则基于上述描述，可以是每个打印层均为一个液位高度调节层，也可以是多个打印层为一个液位高度调节层。

在一些实施例中，各液位高度调节层对应的液位高度调节值相同，例如在每一打印层打印后构件平台的移动高度相同的情况下；在另一些实施例中，各液位高度调节层对应的液位高度调节值也可以不相同，例如在某些3D构件的打印中，对精度要求高的部位打印层厚较小，精度要求低的部位打印层厚较大，此时由于构件平台需要移动的高度不同，则承载机构浸入光固化材料的体积也不同，即各液位高度调节层对应的液位高度调节值也不同。

在可能的实施方式中，可以在3D打印设备执行打印任务前确定各液位高度调节层及所对应的液位高度调节值。例如，液位调节系统预知承载机构的物理尺寸以及各打印层对应的构件平台移动量后，即可基于至少一打印层对应的构件平台移动量以及承载机构的物理尺寸计算出承载机构浸入光固化材料的体积变化，并得到液位高度调节值。在其他可能的实施方式中，也可以在至少一打印层的打印任务完成后，根据该至少一打印层对应的构件平台移动量以及承载机构的物理尺寸计算出承载机构浸入光固化材料的体积变化，并得到液位高度调节值。

请继续参阅图4，在步骤S120中，基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。

在此，由于能量辐射装置的能量会随着投射距离而衰减，因此为保证成型的精度，需要在打印过程中保持能量辐射装置到打印成型面的距离基本稳定，以避免距离过近导致过固化，或者距离过远导致固化程度不够，故在液位调整液位高度的过程中，需要将液位高度保持在基准液位高度区间内。该基准液位高度区间即表征了为使打印构件具有较好的成型质量所定义的液位高度范围。

在可能的实施方式中，所述基准液位高度区间是基于打印基准面而确定的。所述打印基准面即表征了理想的打印成型面位置。

在此需要厘清的是，打印成型面指的是光固化材料成型的液面，例如在上投影的打印设备中通常为光固化材料的液位表面，打印成型面会随着液位的变化而变化。而打印基准面通常指的是最理想的成型高度，打印基准面主要是由能量辐射装置的能量强度和/或打印材料的性质等所确定的，因此在3D打印的过程中，需要将打印成型面靠近打印基准面来保证光固化材料被固化时的位置位于最理想的成型位置，从而保证光固化材料接收到的能量在理想的范围内。

虽然当打印成型面刚好位于打印基准面时，能够拥有更好的打印质量，但是在一些实施例中，如果只允许打印成型面刚好在打印基准面上，或者只允许离打印基准面非常近(例如0.02mm左右)的距离，则容易导致调节液位时液位波动较大，形成横纹，因此在一个示例性的实施例中，可以设置一阈值范围，从而允许打印成型面的高度在打印基准面的上下一定范围内浮动，该阈值范围使得能够满足一定的打印质量同时提高打印效率。

由此，在液位调节系统调节液位的过程中，令容器内的光固化材料液位保持在基准液位高度区间内。该基准液位高度区间即表征理想的打印液位高度范围，以使打印时的打印成型面尽量在打印基准面附近。

在可能的实施方式中，可基于打印基准面的高度和误差边界值确定基准液位高度区间。其中，打印基准面的高度和误差边界值可基于3D打印设备的不同性能而确定，即打印基准面包括3D打印设备中最理想的成型高度，误差边界值包括能够在在满足最低的打印质量要求的基础上允许的相对于打印基准面的偏差值。在一示例中，所述误差边界值举例包括不限于0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm等。假设打印基准面的高度为h，误差边界值为x，则基准液位高度区间的下限为h-x，上限为h+x。

在一个示例性的实施例中，在基于步骤S110确定了液位高度调节值后，即可以将液位高度控制在基准液位高度区间内为目标，来调节容器内光固化材料的液位高度。

可以理解的是，液位调节包括两个方向，即调高液位或调低液位。以顶投影的打印设备为例，在3D打印过程中，承载机构向下运动的过程中逐渐更多地浸入光固化材料之中，导致液位上升，此时需要将液位调低以平衡因承载机构的下降而导致的液位变化。然而由于液位的调控难以做到非常精准。在一些实施例中，由于打印过程中存在许多变量，液位控制装置的调节精度也有限，因此很难精确地计算出至少一打印层的打印后液位的高度变化，并且能精确地对该变化进行补偿，故在液位调节的过程中，即使基于承载机构浸入光固化材料的体积变化确定了液位高度调节值后，在同一调节方向上基于液位高度调节值对液位进行调节时，液位也通常不会稳定在某个值或某个范围内，例如液位可能呈线性变化。液位的线性变化会使得液位超过基准液位高度区间的上限或下限，因此需要适时地改变液位调节的方向。

基于这样的理解，在一个示例性的实施例中，所述处理模块还基于液位高度调节值、以及当前液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值，确定当前的液位调节方向。

在此，为了使液位高度在基准液位高度区间内，可通过预测液位的方式判断容器内的液位位置，例如根据打印过程中的液位变化结合液位高度调节值，预测经液位调节后的液位高度，当液位高度即将超过基准液位高度区间时改变液位调节方向。

在其他的实施方式中，也可每层或每隔几层检测容器内的液位位置，为此，液位调节系统还包括检测模块，检测模块可与接口模块连接以将检测数据发送给接口模块，并由接口模块提供给处理模块处理，所述检测模块包括但不限于液位传感器等。当该检测模块检测到液位位置超过或即将超过基准液位高度区间的上限或下限时，则可以改变液位调节方向。因此，在某些实施例中，所述液位调节方法还包括每间隔预设层数后检测所述容器内光固化材料的液位高度的步骤。其中，所述预设层数可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层、11层、12层、13层、14层、15层、16层、17层、18层、19层、20层等，可根据实际的需求而配置以使得当液位可能将超过基准液位高度区间时能够及时地被检测到。

在一些实施例中，在每个液位高度调节层或每隔几个液位高度调节层的液位调节前，检测容器内的液位高度，若液位高度接近基准液位高度区间的上限或下限，或者基于液位高度调节值调节液位后将超过基准液位高度区间的上限或下限时，则令液位调节方向与前次的液位调节方向相反；反之，若液位高度未接近基准液位高度区间的上限或下限，或者基于液位高度调节值调节液位后未超过基准液位高度区间的上限或下限时，则令液位调节方向与前次的液位调节方向相同。

通过本申请上述实施例中的调节方式，可使容器内光固化材料的液位变化平稳，请参阅图5，其显示为采用本申请中容器内光固化材料的液位变化曲线在一实施例中的示意图。如图所示，采用上述实施方式中的液位调节方法调节液位后，液位的波动呈现较为平稳的折线规律，从而减少液面流平的时间，并显著提升打印质量。

在一个示例性的实施例中，若当前的液位高度值接近所述基准液位高度区间的上限或下限，则将所述液位高度调节值减小，由此可使液位高度的变化更为平稳，减少由于变化液位调整方向而造成的液位明显波动，即使液位变化曲线在改变液位调节方向时仍表现平稳，呈现类似正弦波的曲线。

在此，所述接近可根据实际需求而确定，其包括但不限于当液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值达到误差边界值的80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％等。例如，以当液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值达到误差边界值的80％为例，假设打印基准面的高度为h，误差边界值为x，则基准液位高度区间的下限为h-x，上限为h+x，当前液位高度为y，当y与h-x的差值达到0.8x时，或者y与h+x的差值达到0.8x时，将液位高度调节值减小。应当理解，上述对接近的说明仅为解释而非限制，在实际的应用中可根据实际的液位调节情况来调整在何种情况下需要减小液位高度调节值以更提高打印质量。

其中，减小的具体数量也可根据实际需求而配置，例如可将所述液位高度调节值减少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％等。

在一个示例性的实施例中，由于在打印过程中打印材料被固化为图案固化层后也存在光固化材料的消耗，因此在一些实施例中，液位调节系统还基于至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值。即同时将至少一切片图像打印时承载机构浸入光固化材料中的体积、以及至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量确定液位高度调节值，从而使调节精度更高。

在一个示例性的实施例中，容器内的液位调节可通过液位调节装置来实现。

在一实施例中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节所述容器的高度实现的。可以理解的是，调整液位高度的目的是为了让成型面到能量辐射装置的距离在理想的范围内，从而使打印质量更高。在顶投影的打印设备中，成型面通常位于液面的最上方，因此通过调节容器的高度亦可调节液面到能量辐射装置之间的距离，由此实现液位的调节。当然，在本实施例中的调节的液位高度并不是指容器内的液体表面相对于容器底面的高度，因为仅改变容器的高度并不会对容器内的液体表面相对于容器底面的高度产生影响，因此可以理解的是，本实施例中改变的液位高度是指容器内的液体表面相对于打印设备所在水平面的高度。

在可能的实施方式中，请参阅图6，其显示为本申请中的具有升降机构的打印设备在一实施例中的结构示意图，如图所示，在容器12底部可设有一升降机构16，从而通过升降机构来驱动容器的上升或下降。所述升降结构可以是通过丝杆传动升降结构，也可以是如申请号为CN2020227710185中记载的“液位调节系统”，其包括升降机构和驱动机构，升降机构设置在容器底部，用于带动容器进行升降移动，驱动机构与所述升降机构相连，用于在接收到一控制指令时驱动升降机构，以调整所述容器内所盛放的待成型材料的液位位置，其中，升降机构将来自驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力，该申请中记载的“液位调节系统”即对应本申请中的液位调节装置，或者所述升降结构也可以采用现有技术中的其他结构来实现容器的升降，由于通过何种结构来驱动容器升降并非本申请的发明点所在，因此在此不予以赘述。在一些实施例中，所述升降机构可以连接液位调节系统，从而受到液位调节系统的控制实现容器的升降。在其他的实施方式中，所述升降机构也可连接3D打印设备的控制装置，从而在所述控制装置的控制下驱动所述容器升降运动。

在另一实施例中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节一平衡装置沉入光固化材料的体积实现的。所述平衡装置包括不限于所述3D打印设备中的平衡块，即通过平衡块浸入容器内光固化材料的体积多少来实现对容器内液位的控制。应当理解，3D打印中的平衡块为一可在容器内上下运动的结构，其通常为为规则的长方体或正方体结构，从而便于计算下降时能够为液位带来的变化，平衡块的体积通常基于容器的大小而确定。

在可能的实施方式中，请参阅图7，其显示为本申请中的具有平衡装置的打印设备在一实施例中的结构示意图，如图所示，在打印过程中所述平衡装置17可部分或全部浸入容器12内的光固化材料中。其中，所述平衡装置可以连接液位调节系统，从而受到液位调节系统的控制实现升降，并通过沉入光固化材料的体积实现对液位的控制。在其他的实施方式中，所述升降机构也可连接3D打印设备的控制装置，从而在所述控制装置的控制下实现升降。

在又一实施例中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过补液装置向所述容器内输送或抽取光固化材料实现的。在此，当需要调高容器内的液位时，可通过向容器内输送光固化材料实现，当需要降低容器内的液位时，可通过向容器内抽取光固化材料实现。

在可能的实施方式中，所述补液装置可以连接液位调节系统，从而受到液位调节系统的控制实现输送或抽取光固化材料。在其他的实施方式中，所述升降机构也可连接3D打印设备的控制装置，从而在所述控制装置的控制下实现输送或抽取光固化材料，以实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。请参阅图8，其显示为本申请中的具有补液装置的打印设备在一实施例中的结构示意图，如图所示，所述补液装置包括输送管道、以及设置在管道上的可提供负压或正压的输送泵18，输送管道的两端分别连通容器12和光固化材料的存储设备19，光固化材料的存储设备19例如树脂桶、或者其他用以存储光固化材料的容器等，该存储设备在非使用状态下通常为密封结构，以避免长期暴露在空气中造成内部光固化材料的性能受到影响。在一些情况下，在输送管道上还可设有过滤机构，从而避免从3D打印设备的容器内抽取光固化材料时，将容器内的杂质也带入光固化材料的存储设备中。

在一个示例性的实施例中，承载机构在每层移动的过程中浸入光固化材料的体积改变会引起液位的变化，因此在知晓承载机构相关物理参数的情况下，可根据承载机构的移动量、以及承载机构的物理参数来计算出液位的变化。在此，所述液位调节系统还可包括一存储模块，所述存储模块用以存储3D打印设备中承载机构的物理参数，所述物理参数包括但不限于承载机构中构件平台的底面面积、厚度、托臂的尺寸等。所述接口模块用于获取在至少一打印层的打印过程中承载机构的移动量，以便处理模块根据该移动量计算出在至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，从而得出液位调节量。

在可能的实施方式中，液位调节系统中的接口模块可连接3D打印设备的控制装置，从而获取在至少一打印层的打印过程中承载机构的移动量。或者，在一些每个打印层中承载机构的移动量均固定的情况下，接口模块可以仅获取一次移动量，而非每个打印层都需要获取移动量。再者，液位调节系统也可具有一外部输入模块，例如键盘等。外部输入模块连接接口模块，操作人员可通过外部输入模块中输入至少一打印层的打印过程中承载机构的移动量，接口模块将移动量提供给处理模块以便处理模块调用存储模块中承载机构的物理参数并结合移动量计算出液位调节量。

在一个示例性的实施例中，至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化还可通过外部获取。例如，液位调节系统连接3D打印设备中的控制装置，控制装置可通过承载机构的移动量以及承载机构的物理参数来计算出液位的变化并提供给液位调节系统。在此，3D打印设备中的控制装置可具有存储模块，所述控制装置的存储模块存储有承载机构的物理参数，所述物理参数包括但不限于承载机构中构件平台的底面面积、厚度、托臂的尺寸等。接口模块用于获取在至少一打印层的打印过程中承载机构的移动量，以便处理模块根据该移动量计算出在至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，从而得出液位调节量。

在一个示例性的实施例中，液位调节方法也可不依赖独立的液位调节系统而是由3D打印设备执行。

基于这样的理解，本申请上述各实施例的液位调节方法也可由3D打印设备来执行。

在一个示例性的实施例中，所述3D打印设备根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定至少一打印层对应的液位高度调节值。在此，可以对每一打印层均确定所对应的液位高度调节值，也可以对多层打印层确定所对应的液位高度调节值，例如5层、10层、15层、20层、25层、30层等。

在一些实施方式中，为了使打印的3D构件表面精度更高，可以在每一打印层打印后，均分别确定液位高度调节值。在其他实施方式中，例如液位调节装置的调节精度不够的情况下，为了平衡液位调节装置的调节精度和打印件的表面精度，也可以在多层打印层打印后确定所对应的液位高度调节值，例如：每2个打印层、每3个打印层、每4个打印层、每5个打印层、每6个打印层、每7个打印层、每8个打印层、每9个打印层、每10个打印层、每11个打印层、每12个打印层、每13个打印层、每14个打印层、每15个打印层等确定一次液位高度调节值。

由于在打印过程中构件平台需要经常调整高度，因此带动构件平台升降的托臂在打印过程中也在频繁调整高度，故可以理解的是在整个打印过程中承载机构浸入容器内光固化材料的体积也在变化，由此导致容器内光固化材料液位的变化。在一些实施例中，在每一打印层的打印后都需要调整一个打印层的高度，故每一层打印后都会由于承载机构浸入光固化材料的体积变化而导致液位变化。

为方便描述，将每个需要调整液位高度的打印层称为液位高度调节层，则基于上述描述，可以是每个打印层均为一个液位高度调节层，也可以是多个打印层为一个液位高度调节层。

在一些实施例中，各液位高度调节层对应的液位高度调节值相同，例如在每一打印层打印后构件平台的移动高度相同的情况下；在另一些实施例中，各液位高度调节层对应的液位高度调节值也可以不相同，例如在某些3D构件的打印中，对精度要求高的部位打印层厚较小，精度要求低的部位打印层厚较大，此时由于构件平台需要移动的高度不同，则承载机构浸入光固化材料的体积也不同，即各液位高度调节层对应的液位高度调节值也不同。

在可能的实施方式中，可以在3D打印设备执行打印任务前确定各液位高度调节层及所对应的液位高度调节值。例如，3D打印设备预知承载机构的物理尺寸以及各打印层对应的构件平台移动量后，即可基于至少一打印层对应的构件平台移动量以及承载机构的物理尺寸计算出承载机构浸入光固化材料的体积变化，并得到液位高度调节值；在打印时，可在各液位高度调节层基于预先计算的液位高度调节值对液位进行调节。在其他可能的实施方式中，也可以在至少一打印层的打印任务完成后，计算该至少一打印层对应的液位高度调节值，例如根据该至少一打印层对应的构件平台移动量以及承载机构的物理尺寸计算出承载机构浸入光固化材料的体积变化，并得到液位高度调节值。

在一个示例性的实施例中，基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。

在此，由于能量辐射装置的能量会随着投射距离而衰减，因此为保证成型的精度，需要在打印过程中保持能量辐射装置到打印成型面的距离基本稳定，以避免距离过近导致过固化，或者距离过远导致固化程度不够，故在液位调整液位高度的过程中，需要将液位高度保持在基准液位高度区间内。该基准液位高度区间即表征了为使打印构件具有较好的成型质量所定义的液位高度范围。

在可能的实施方式中，所述基准液位高度区间是基于打印基准面而确定的。所述打印基准面即表征了理想的打印成型面位置。

在此需要厘清的是，打印成型面指的是光固化材料成型的液面，例如在上投影的打印设备中通常为光固化材料的液位表面，打印成型面会随着液位的变化而变化。而打印基准面通常指的是最理想的成型高度，打印基准面主要是由能量辐射装置的能量强度和/或打印材料的性质等所确定的，因此在3D打印的过程中，需要将打印成型面靠近打印基准面来保证光固化材料被固化时的位置位于最理想的成型位置，从而保证光固化材料接收到的能量在理想的范围内。

虽然当打印成型面刚好位于打印基准面时，能够拥有更好的打印质量，但是在一些实施例中，如果只允许打印成型面刚好在打印基准面上，或者只允许离打印基准面非常近(例如0.01mm、0.02mm等左右)的距离，则容易导致调节液位时液位波动较大，形成横纹，因此在一个示例性的实施例中，可以设置一阈值范围，从而允许打印成型面的高度在打印基准面的上下一定范围内浮动，该阈值范围使得能够满足一定的打印质量同时提高打印效率。

由此，在3D打印设备调节液位的过程中，令容器内的光固化材料液位保持在基准液位高度区间内。该基准液位高度区间即表征理想的打印液位高度范围，以使打印时的打印成型面尽量在打印基准面附近。

在可能的实施方式中，可基于打印基准面的高度和误差边界值确定基准液位高度区间。其中，打印基准面的高度和误差边界值可基于3D打印设备的不同性能而确定，即打印基准面包括3D打印设备中最理想的成型高度，误差边界值包括能够在在满足最低的打印质量要求的基础上允许的相对于打印基准面的偏差值。在一示例中，所述误差边界值举例包括不限于0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm等。假设打印基准面的高度为h，误差边界值为x，则基准液位高度区间的下限为h-x，上限为h+x。

在一个示例性的实施例中，在确定了液位高度调节值后，即可以将液位高度控制在基准液位高度区间内为目标，来调节容器内光固化材料的液位高度。

可以理解的是，液位调节包括两个方向，即调高液位或调低液位。以顶投影的打印设备为例，在3D打印过程中，承载机构向下运动的过程中逐渐更多地浸入光固化材料之中，导致液位上升，此时需要将液位调低以平衡因承载机构的下降而导致的液位变化。然而由于液位的调控难以做到非常精准。在一些实施例中，由于打印过程中存在许多变量，液位控制装置的调节精度也有限，因此很难精确地计算出至少一打印层的打印后液位的高度变化，并且能精确地对该变化进行补偿，故在液位调节的过程中，即使基于承载机构浸入光固化材料的体积变化确定了液位高度调节值后，在同一调节方向上基于液位高度调节值对液位进行调节时，液位也通常不会稳定在某个值或某个范围内，例如液位可能呈线性变化。液位的线性变化会使得液位超过基准液位高度区间的上限或下限，因此需要适时地改变液位调节的方向。

基于这样的理解，在一个示例性的实施例中，所述3D打印设备还基于液位高度调节值、以及当前液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值，确定当前的液位调节方向。

在此，为了使液位高度在基准液位高度区间内，可通过预测液位的方式判断容器内的液位位置，例如根据打印过程中的液位变化结合液位高度调节值，预测经液位调节后的液位高度，当液位高度即将超过基准液位高度区间时改变液位调节方向。

在其他的实施方式中，也可每层或每隔几层检测容器内的液位位置，为此，3D打印设备还包括检测装置，检测装置可与3D打印设备控制装置的接口单元连接以将检测数据发送给接口单元，并由接口单元提供给处理单元处理，所述检测装置包括但不限于液位传感器等。当该检测装置检测到液位位置超过或即将超过基准液位高度区间的上限或下限时，则可以改变液位调节方向。因此，在某些实施例中，所述液位调节方法还包括每间隔预设层数后检测所述容器内光固化材料的液位高度的步骤。其中，所述预设层数可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层、11层、12层、13层、14层、15层、16层、17层、18层、19层、20层等，可根据实际的需求而配置以使得当液位可能将超过基准液位高度区间时能够及时地被检测到。

在一些实施例中，在每个液位高度调节层或每隔几个液位高度调节层的液位调节前，需要检测容器内的液位高度，若液位高度接近基准液位高度区间的上限或下限，或者基于液位高度调节值调节液位后将超过基准液位高度区间的上限或下限时，则令液位调节方向与前次的液位调节方向相反；反之，若液位高度未接近基准液位高度区间的上限或下限，或者基于液位高度调节值调节液位后未超过基准液位高度区间的上限或下限时，则令液位调节方向与前次的液位调节方向相同。

在一个示例性的实施例中，请参阅图10，其显示为本申请中包含检测装置的3D打印设备在一实施例中的简要结构示意图，如图所示，3D打印设备包括检测装置101，在打印过程中能量辐射装置11向位于容器12内的光固化材料辐射能量111，以逐层打印并在构件平台13上得到3D打印构件102，在打印过程中，检测装置101检测容器12内的光固化材料液面121位置，以为液位调节提供数据支持。

通过本申请上述实施例中的调节方式，可使容器内光固化材料的液位变化平稳，采用上述实施方式中的液位调节方法调节液位后，液位的波动呈现较为平稳的折线规律，从而减少液面流平的时间，并显著提升打印质量。

在一个示例性的实施例中，若当前的液位高度值接近所述基准液位高度区间的上限或下限，则将所述液位高度调节值减小，由此可使液位高度的变化更为平稳，减少由于变化液位调整方向而造成的液位明显波动，即使液位变化曲线在改变液位调节方向时仍表现平稳，呈现类似正弦波的曲线。

在此，所述接近可根据实际需求而确定，其包括但不限于当液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值达到误差边界值的80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％等。例如，以当液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值达到误差边界值的80％为例，假设打印基准面的高度为h，误差边界值为x，则基准液位高度区间的下限为h-x，上限为h+x，当前液位高度为y，当y与h-x的差值达到0.8x时，或者y与h+x的差值达到0.8x时，将液位高度调节值减小。应当理解，上述对接近的说明仅为解释而非限制，在实际的应用中可根据实际的液位调节情况来调整在何种情况下需要减小液位高度调节值以更提高打印质量。

其中，减小的具体数量也可根据实际需求而配置，例如可将所述液位高度调节值减少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％等。

在一个示例性的实施例中，由于在打印过程中打印材料被固化为图案固化层后也存在光固化材料的消耗，因此在一些实施例中，3D打印设备还基于至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值。即同时将至少一切片图像打印时承载机构浸入光固化材料中的体积、以及至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量确定液位高度调节值，从而使调节精度更高。

在一个示例性的实施例中，容器内的液位调节可通过液位调节装置来实现。

在一实施例中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节所述容器的高度实现的。可以理解的是，调整液位高度的目的是为了让成型面到能量辐射装置的距离在理想的范围内，从而使打印质量更高。在顶投影的打印设备中，成型面通常位于液面的最上方，因此通过调节容器的高度亦可调节液面到能量辐射装置之间的距离，由此实现液位的调节。当然，在本实施例中的调节的液位高度并不是指容器内的液体表面相对于容器底面的高度，因为仅改变容器的高度并不会对容器内的液体表面相对于容器底面的高度产生影响，因此可以理解的是，本实施例中改变的液位高度是指容器内的液体表面相对于打印设备所在水平面的高度。

在可能的实施方式中，在容器底部可设有一升降机构，从而通过升降机构来驱动容器的上升或下降。所述升降结构可以是通过丝杆传动升降结构，也可以是如申请号为CN2020227710185中记载的“液位调节系统”，其包括升降机构和驱动机构，升降机构设置在容器底部，用于带动容器进行升降移动，驱动机构与所述升降机构相连，用于在接收到一控制指令时驱动升降机构，以调整所述容器内所盛放的待成型材料的液位位置，其中，升降机构将来自驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力，该申请中记载的“液位调节系统”即对应本申请中的液位调节装置，或者所述升降结构也可以采用现有技术中的其他结构来实现容器的升降，由于通过何种结构来驱动容器升降并非本申请的发明点所在，因此在此不予以赘述。在一些实施例中，所述升降机构可以连接3D打印设备的控制装置，从而受到控制装置的控制实现容器的升降。在其他的实施方式中，所述升降机构也可连接3D打印设备的控制装置，从而在所述控制装置的控制下驱动所述容器升降运动。

在另一实施例中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节一平衡装置沉入光固化材料的体积实现的。所述平衡装置包括不限于所述3D打印设备中的平衡块，即通过平衡块浸入容器内光固化材料的体积多少来实现对容器内液位的控制。应当理解，3D打印中的平衡块为一可在容器内上下运动的结构，其通常为为规则的长方体或正方体结构，从而便于计算下降时能够为液位带来的变化，平衡块的体积通常基于容器的大小而确定。

在可能的实施方式中，在打印过程中所述平衡装置可部分或全部浸入容器内的光固化材料中。其中，所述平衡装置可以连接3D打印设备，从而受到控制装置的控制实现升降，并通过沉入光固化材料的体积实现对液位的控制。在其他的实施方式中，所述升降机构也可连接3D打印设备的控制装置，从而在所述控制装置的控制下实现升降。

在又一实施例中，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过补液装置向所述容器内输送或抽取光固化材料实现的。在此，当需要调高容器内的液位时，可通过向容器内输送光固化材料实现，当需要降低容器内的液位时，可通过向容器内抽取光固化材料实现。

在可能的实施方式中，所述补液装置可以连接3D打印设备的控制装置，从而受到控制装置的控制实现输送或抽取光固化材料。在其他的实施方式中，所述升降机构也可连接3D打印设备的控制装置，从而在所述控制装置的控制下实现输送或抽取光固化材料，以实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。所述补液装置包括输送管道、以及设置在管道上的可提供负压或正压的输送泵，输送管道的两端分别连通容器和光固化材料的存储设备，光固化材料的存储设备例如树脂桶、或者其他用以存储光固化材料的容器等，该存储设备在非使用状态下通常为密封结构，以避免长期暴露在空气中造成内部光固化材料的性能受到影响。在一些情况下，在输送管道上还可设有过滤机构，从而避免从3D打印设备的容器内抽取光固化材料时，将容器内的杂质也带入光固化材料的存储设备中。

在一个示例性的实施例中，承载机构在每层移动的过程中浸入光固化材料的体积改变会引起液位的变化，因此在知晓承载机构相关物理参数的情况下，可根据承载机构的移动量、以及承载机构的物理参数来计算出液位的变化。在此，所述3D打印设备还可包括一存储单元，所述存储单元用以存储3D打印设备中承载机构的物理参数，所述物理参数包括但不限于承载机构中构件平台的底面面积、厚度、托臂的尺寸等。所述接口单元用于获取在至少一打印层的打印过程中承载机构的移动量，以便处理单元根据该移动量计算出在至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，从而得出液位调节量。

在可能的实施方式中，3D打印设备也可具有一外部输入单元，例如键盘等。外部输入单元连接接口单元，操作人员可通过外部输入单元中输入至少一打印层的打印过程中承载机构的移动量，接口单元将移动量提供给处理单元以便处理单元调用存储单元中承载机构的物理参数并结合移动量计算出液位调节量。

在一个示例性的实施例中，至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化还可通过外部获取。

在一个示例性的实施例中，所述3D打印设备还包括涂覆机构，所述令能量辐射装置将3D构件模型中的切片图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层的步骤前还包括：令所述涂覆装置将光固化材料均匀涂覆在所述打印基准面上。在可能的实施方式中，所述涂覆机构包括不限于刮刀、喷嘴等机构，从而将光固化材料均匀涂覆在打印基准面上，以减少光固化材料的流平时间、提高液面平整度、保证打印质量。

在一实施例中，涂覆机构可跨设于所述容器上方，并在自容器的一侧向另一侧的运动过程中将所述光固化材料均匀涂覆在所述打印基准面上。在可能的实施方式中，涂覆机构包括导轨和涂覆刮刀，导轨位于容器相对两侧且前后延伸，涂覆刮刀包括：两端分别设置在所述容器相对两侧导轨上的安装梁、设于所述安装梁上的刮刀主腔体、以及设于所述刮刀主腔体底部的刀刃组件，其中，所述刀刃组件包括由软性材质制成的柔性刮片。

本申请还提供一种3D打印方法，请参阅图9，其显示为本申请中的3D打印方法在一实施例中的示意图。如图所示，在步骤S210中，调整承载机构的高度，以在打印基准面填充待固化的打印材料。然后在步骤S220中，令能量辐射装置将3D构件模型中的切片图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层。在步骤S230中，重复S210和S220的步骤以在所述构件平台上累积图案固化层，从而形成对应的3D构件。其中，在打印过程中，所述3D打印设备基于上述实施例中的液位调节方法调整所述容器内光固化材料的液位高度，如图1～图8对应的各实施例，从而使打印出的3D构件具有更好的表面精度和质量，在此不再赘述。

在一些实施方式中，例如在顶投影的打印设备中，在前几层打印时，由于构件平台附着的图案固化层较薄，肉眼很难看清其与液面之间的距离，故先让液位调整到打印基准面的位置，然后让构件平台下沉到液面以下以在构件平台的上表面沾上光固化材料，然后上升到液面上方，固化一层后再令构件平台下沉到液面以下位置以沾覆光固化材料，再上升到液面上方距离上一打印层一个层厚的距离，再固化一层。如此重复构件平台下沉到液面以下沾覆光固化材料、上升到液面上方并距离上一打印层一个层厚的距离、以及固化当前层，直到构件平台在逐层下降的过程中位于液面下方，此时由于构件平台上的图案固化层已累积多层，因此在后续图案固化层的打印过程中可以按照逐层下降的方式移动构件平台而无需再令构件平台上升，并依据前述的液位调节方法调整光固化材料的液位，直至打印完成，再令构件平台上升以便取出打印的3D构件。

应当理解，虽然在上述各实施例中多以顶曝光的打印设备为例，但在实际的应用中所述打印设备也可以是底曝光的打印设备。在基于底曝光的打印设备中，能量辐射装置位于容器下方，所述Z轴驱动机构用于受控地沿Z轴方向移动调整所述构件平台的位置以将构件平台的下表面与容器内下表面之间构成打印基准面。尽管在底曝光的打印设备中，液面的位置对打印的影响较小，但依然可借由本申请中的技术思想来调整液位以保证更好的打印效果。

在一个或多个示例性方面，本申请所述方法的计算机程序所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合的方式来实现。当用软件实现时，可以将这些功能作为一个或多个指令或代码存储或传送到计算机可读介质上。本申请所公开的方法或算法的步骤可以用处理器可执行软件模块来体现，其中处理器可执行软件模块可以位于有形、非临时性计算机可读写存储介质上。有形、非临时性计算机可读写存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。

本申请上述的附图中的流程图和框图，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。基于此，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。

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 (32)

1.一种液位调节方法，其特征在于，用于调节3D打印设备中容器内光固化材料的液位高度，所述3D打印设备还包括用以在打印作业中承载3D构件的承载机构，所述液位调节方法包括以下步骤：

根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值；

基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。

2.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，还包括：基于所述液位高度调节值、以及当前液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值，确定当前的液位调节方向。

3.根据权利要求2所述的液位调节方法，其特征在于，在满足所述液位高度保持在基准液位高度区间内的条件下，令当前的液位调节方向与前次的液位调节方向相同。

4.根据权利要求1～3任一所述的液位调节方法，其特征在于，若当前的液位高度值接近所述基准液位高度区间的上限或下限，则将所述液位高度调节值减小。

5.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，还包括每间隔预设层数后检测所述容器内光固化材料的液位高度的步骤。

6.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，还包括：基于所述至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值。

7.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节所述容器的高度实现的。

8.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节一平衡装置沉入光固化材料的体积实现的。

9.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过补液装置向所述容器内输送或抽取光固化材料实现的。

10.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备。

11.根据权利要求1所述的液位调节方法，其特征在于，所述基准液位高度区间是基于所述3D打印设备打印基准面的高度以及误差边界值确定的。

12.一种液位调节系统，其特征在于，用于调节3D打印设备中容器内光固化材料的液位高度，所述3D打印设备还包括用以在打印作业中承载3D构件的承载机构，所述液位调节系统包括：

处理模块，用以根据至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值；

调节模块，用以基于所述液位高度调节值调整容器内光固化材料的液位高度，并使所述液位高度保持在基准液位高度区间内。

13.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，所述处理模块还基于所述液位高度调节值、以及当前液位高度与基准液位高度区间的上限或下限的差值，确定当前的液位调节方向。

14.根据权利要求13所述的液位调节系统，其特征在于，所述处理模块在满足所述液位高度保持在基准液位高度区间内的条件下，令当前的液位调节方向与前次的液位调节方向相同。

15.根据权利要求12～14任一所述的液位调节系统，其特征在于，若当前的液位高度值接近所述基准液位高度区间的上限或下限，则所述处理模块将所述液位高度调节值减小。

16.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，还包括：检测模块，用于每间隔预设层数后检测所述容器内光固化材料的液位高度。

17.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节所述容器的高度实现的。

18.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过调节一平衡装置沉入光固化材料的体积实现的。

19.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，所述容器内光固化材料的液位高度调节是通过补液装置向所述容器内输送或抽取光固化材料实现的。

20.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备。

21.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，所述基准液位高度区间是基于所述3D打印设备打印基准面的高度以及误差边界值确定的。

22.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，还包括：

存储模块，存储有所述3D打印设备中承载机构的物理参数；

接口模块，用于获取在至少一打印层的打印过程中所述3D打印设备中承载机构的移动量，以便所述处理模块根据所述移动量计算出所述至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化。

23.根据权利要求12所述的液位调节系统，其特征在于，还包括：接口模块，用于获取至少一打印层的打印过程中承载机构浸入光固化材料的体积变化。

24.根据权利要求22或23所述的液位调节系统，其特征在于，所述接口模块还用于获取3D构件模型中的切片图像，以便所述处理模块基于所述至少一切片图像打印时所需的光固化材料消耗量，确定所述至少一打印层对应的液位高度调节值。

25.一种3D打印方法，其特征在于，用于3D打印设备，所述3D打印设备包括能量辐射装置、承载机构、以及用于盛放光固化材料的容器，所述3D打印方法包括：

调整所述承载机构的高度，以在打印基准面填充待固化的打印材料；

令能量辐射装置将3D构件模型中的切片图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层；

重复上述各步骤以在所述构件平台上累积图案固化层，从而形成对应的3D构件；其中，在打印过程中，所述3D打印设备基于如权利要求1～10中任一所述的液位调节方法，调整所述容器内光固化材料的液位高度。

26.根据权利要求25所述的3D打印方法，其特征在于，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备，所述3D打印设备还包括涂覆机构，所述令能量辐射装置将3D构件模型中的切片图像照射到所填充的打印材料以获得图案固化层的步骤前还包括：令所述涂覆装置将光固化材料均匀涂覆在所述打印基准面上。

27.一种3D打印设备，其特征在于，包括：

容器，用于盛放待固化材料；

能量辐射装置，位于所述容器上方或下方，用于依据切片图像向所述容器内的光固化材料辐射能量，以使所述光固化材料固化成型；

承载机构，包括托臂、以及连接所述托臂的构件平台，所述托臂在打印作业中部分位于所述容器内，所述构件平台在打印作业中位于所述容器内并用以逐层累积附着图案固化层以形成对应的3D构件；

Z轴驱动机构，与所述托臂相连，用于调整所述构件平台在Z轴方向上的高度，以在打印作业中调整所述构件平台至打印基准面的距离；

控制装置，与所述能量辐射装置及所述Z轴驱动机构相连，用于在打印作业中控制所述能量辐射装置和Z轴驱动机构，以基于如权利要求25或26所述的3D打印方法在所述构件平台上累积附着图案固化层以形成对应的3D构件。

28.根据权利要求27所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括：升降机构，连接所述控制装置和容器，用于在所述控制装置的控制下驱动所述容器升降运动，以通过调节所述容器的高度实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。

29.根据权利要求27所述的3D打印设备，其特征在于，还包括：平衡装置，连接所述控制装置，用于在所述控制装置的控制下运动，以通过调节所述平衡装置沉入光固化材料的体积实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。

30.根据权利要求27所述的3D打印设备，其特征在于，还包括：补液装置，连接所述控制装置和容器，用于在所述控制装置的控制下向所述容器内输送或抽取光固化材料，以实现对所述容器内光固化材料的液位高度调节。

31.根据权利要求27所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括：检测装置，位于所述容器上方，连接所述控制装置，用于检测容器内光固化材料的液位高度。

32.根据权利要求27所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备为顶投影的3D打印设备，所述3D打印设备还包括：涂覆机构，跨设于所述容器上方，在自容器的一侧向另一侧的运动过程中将所述光固化材料均匀涂覆在所述打印基准面上。

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