CN116252485A - 3d打印设备及打印方法、三维模型的数据处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种3D打印设备及打印方法、三维模型的数据处理方法及系统，所述方法通过控制能量辐射装置对目标三维模型的目标切片数据中配置原始切片图像及虚化切片图像，在执行打印时，令3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；令所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层，如此以不同投射模式进行固化打印，使得被打印的3D构件在兼顾了特征表达精细图案的同时还具有更光滑的表面质量，进而解决了现有3D打印技术打印的3D构件中部分表面因具有水波纹或锯齿纹路导致的打印品表面质量差的问题。

Description

3D打印设备及打印方法、三维模型的数据处理方法及系统

技术领域

本申请涉及3D打印设备的技术领域，尤其涉及一种3D打印设备、应用于3D打印设备的打印方法、控制系统、三维模型的数据处理方法、三维模型的数据处理系统、以及计算机可读存储介质。

背景技术

3D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待成型材料，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。光固化3D打印设备成型精度高，在定制商品、医疗治具、假体等方面具有广泛应用。

在DLP面曝光工艺3D打印应用中，打印的最小单位是DLP光机的投影像素。因为像素单元的存在，会导致DLP光机的投影的图案在放大的情况下，图案实际边缘呈为像素方块或方格构成的台阶状边缘。这种台阶状边缘，反映到实际的3D打印的物件上就是像素纹或水波纹。常见的，如果DLP光机投影的焦距及投射的图像比较清晰，那实际打印效果中3D构件上的水波纹是无法避免的，即便是用一些灰度方案矫正，由于像素棱角的存在，实际被固化的图案还是带棱角的，进而达不到一些3D构件表面光滑的视觉及触感效果。

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3D打印设备、应用于3D打印设备的打印方法、控制系统、三维模型的数据处理方法、三维模型的数据处理系统、以及计算机可读存储介质，用于解决现有3D打印技术打印的3D构件中部分表面因具有水波纹或锯齿纹路导致的打印品表面质量差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请第一方面提供一种应用于3D打印设备的打印方法，所述打印方法包括以下步骤：读取目标三维模型的当前切片数据，所述当前切片数据包括原始切片图像及虚化切片图像，所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；令能量辐射装置投射所述当前切片数据的原始切片图像以固化打印基准面的待成型材料以形成当前固化层；令构件平台静默以待所述能量辐射装置切换虚化投射模式；令能量辐射装置在虚化投射模式下投射所述虚化切片图像再次固化打印基准面的待成型材料以补偿所述当前固化层；令所述构件平台上升以剥离经补偿的当前固化层，以及读取所述目标三维模型的下一切片数据以将其更新为当前切片数据，并下降所述构件平台至所述打印基准面及切换所述能量辐射装置为常规投射模式；重复上述步骤以执行逐层打印，直至打印完成所述目标三维模型的3D构件。

本申请第二方面提供一种控制系统，用于面曝光的3D打印设备，所述控制系统包括：存储装置，用于存储至少一程序；处理装置，与所述存储装置连接，用于运行所述至少一个程序时以执行并实现如上述第一方面所述的打印方法。

本申请第三方面提供一种三维模型的数据处理方法，所述三维模型用于供3D打印设备打印3D构件，所述数据处理方法包括以下步骤：读取目标三维模型并将所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；对所述目标三维模型进行切片以生成包含有多个原始切片图像的原始切片数据集；对所述待虚化部分进行切片以生成包含多个虚化切片图像的虚化切片数据集；所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同层信息的原始切片图像；且所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；其中，所述原始切片图像用于供所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；所述虚化切片图像用于供所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

本申请第四方面提供一种三维模型的数据处理系统，所述三维模型用于供3D打印设备打印3D构件，所述数据处理系统：读取模块，用于读取目标三维模型；定义模块，用于将选择的所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；切片模块，用于对所述目标三维模型进行切片以生成包含有多个原始切片图像的原始切片数据集；以及对所述待虚化部分进行切片以生成包含多个虚化切片图像的虚化切片数据集；其中，所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同层信息的原始切片图像；且所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；所述原始切片图像用于供所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；所述虚化切片图像用于供所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

本申请第五方面提供一种3D打印设备，包括：容器，用于盛放待成型材料；构件平台，用于附着由待成型材料形成的固化层；Z轴驱动机构，连接所述构件平台，用于打印作业中控制所述构件平台上升或下降；能量辐射装置，用于向所述容器内的打印基准面辐射能量而将所述打印基准面的待成型材料进行选择性固化，以形成图案化的所述固化层；以及控制装置，用于读取目标三维模型的当前切片数据时，依据所述当前切片数据中的原始切片图像控制所述能量辐射装置在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层，以及依据所述当前切片数据中的虚化切片图像控制所述能量辐射装置在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

本申请第六方面提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有至少一种计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上述第一方面所述的打印方法；或者如上述第三方面所述的三维模型的数据处理方法。

综上所述，本申请提供的一种3D打印设备、应用于3D打印设备的打印方法、控制系统、三维模型的数据处理方法、三维模型的数据处理系统、以及计算机可读存储介质，通过控制能量辐射装置对目标三维模型的目标切片数据中配置原始切片图像及虚化切片图像，在执行打印时，令所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；令所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层，如此以不同投射模式进行固化打印，使得被打印的3D构件在兼顾了特征表达的精细图案的同时，还具有更光滑的表面质量，进而提升了打印品表面质量。

附图说明

本申请所涉及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所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显示为本申请的底面曝光的3D打印设备在一实施例中的原理性示意图。

图2显示为本申请三维模型的数据处理方法在一实施例中的流程图。

图3显示为本申请在一实施例中目标三维模型的示意图。

图4显示为本申请在一实施例中目标三维模型中的一部分被定义为待虚化部分的示意图。

图5显示为本申请在一实施例中对目标三维模型整体切片后一原始切片图像示意图。

图6显示为本申请在一实施例中对待虚化部分切片后一虚化切片图像示意图。

图7显示为本申请三维模型的数据处理系统在一实施例中的原理框图。

图8显示为本申请打印方法在一实施例中的流程图。

图9显示为本申请的能量辐射装置在一实施例中切换投射模式的示意图。

图10显示为本申请的能量辐射装置在另一实施例中切换投射模式的示意图。

图11显示为本申请的能量辐射装置在另一实施例中磨砂透镜置于光路上的示意图。

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。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描所述的实施例仅仅是本申请一部分是实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

诚如背景技术中所描述的，由于3D打印设备中的DLP光机投影的焦距及投射的图像比较清晰，那实际打印效果中3D构件上的水波纹或锯齿现象很难避免，即便是用一些灰度方案矫正，由于像素棱角的存在，实际被固化的图案还是带棱角的，进而达不到一些3D构件表面光滑的效果。

在本申请的技术方案产生过程中，发明人发现如果采用在DLP光机轻度虚焦的情况下(焦平面不在打印平面)，由虚焦导致图像不清晰进而不再受像素边缘的影响，这时打出的模型轮廓很圆滑，原来出现的水波纹或锯齿现象也会减轻甚至消失。但是，DLP光机在轻微虚焦的情况下，会导致很多打印的细节也会被虚化掉，进而致使原本需要呈现在3D构件表面需要的纹路被抹平。在本申请中，所述“虚焦”是指焦平面不在打印平面，焦点前后虚化的影像，也通常称为焦外成像/虚像/散焦(也称为Bokeh，又简称为OOF，即Out OfFocus)。

为此，本申请提供一种3D打印设备、应用于3D打印设备的打印方法、控制系统、三维模型的数据处理方法、三维模型的数据处理系统、以及计算机可读存储介质，用于采用清晰对焦和轻微虚焦两种模式的各自的优点进行打印，特别是适用于一些既有精度需求，又希望有光滑表面的模型，例如内部有精细管路又希望外表面光滑的零件，或者一些局部有精细图案的零件等的打印场景或打印需求。

为此，本申请提供一种应用于3D打印设备的打印方法及3D打印设备，用于解决现有3D打印技术打印的3D构件中部分表面因具有水波纹或锯齿纹路导致的打印品表面质量差的问题的同时，又能保障打印出的3D构件能够表现出希望表现的例如纹路或图案等细节特征以及希望平滑的表面呈现光滑的效果。

本申请的打印方法应用于3D打印设备，在实施例中，所述3D打印设备为底面曝光的3D打印设备。为了便于理解本申请的底面曝光的3D打印设备，请参阅图1，显示为本申请的底面曝光的3D打印设备在一实施例中的原理性示意图，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、能量辐射装置14、以及控制装置15。

其中，所述容器11用于盛放待成型材料，其中，所述容器11的底面是透明的，用于透过容器底部能量辐射装置发射的光/图案，在实施例中，所述容器11透明底部例如通过玻璃或透明树脂等材料制备。在一些情况下，所述容器11也可以被称为树脂槽或料槽。所述容器11可以是整体透明或仅容器底透明，例如，所述容器11为玻璃容器，在一些实施例中，所述容器11的四周侧壁粘贴吸光纸(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待成型材料/光待成型材料的固化干扰。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11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离型膜(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。

在一实施例中，为了使容器11的底面与所固化的图案固化层之间更容易剥离，以通过提高剥离速度的方式提高打印速度，并保证成品率，在一些示例中，在容器底面铺有柔性的离型膜，其利用离型膜的柔韧性，在构件平台上移过程中，柔性的离型膜发生形变，并利用形变所引起的回弹力，将离型膜从图案固化层上剥离开。其中，所述柔性的离型膜举例为氟素离型膜、涂布有硅油的塑料膜制品等。

在另一实施例中，为了弥补柔软度降低而导致的剥离难度增加的情况，在所述容器11的底面铺设剥离板或面向图案固化层一侧的表面还分布有微孔结构。这使得所述剥离板与图案固化层之间的接触面积大大减小。微孔结构不仅减小了接触面积，还将接触位置分散开来，由此相比于柔性的离型膜，所形成的剥离板整体更容易与图案固化层剥离。例如，所分布的各微孔结构的孔壁顶端与图案固化层之间呈网状接触。由此，3D打印设备的构件平台在剥离时，利用与柔性离型膜相同的力进行剥离时，剥离板的剥离速度更快，如中国专利申请CN114851564A中所揭示的技术方案。

在实施例中，所述待成型材料包括任何易于光固化的液态材料，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。所述液态材料还包括以下任一种或多种混合：两种可产生缓慢化学反应的至少两种原料的混合液、可与空气中的成分产生缓慢化学反应的材料、或易于挥发以使成分/组分变化的材料等。所述液态材料具有一定粘稠度，其粘稠度与所混合的材料相关。例如，在光固化树脂液中掺杂60％的陶瓷粉相比于掺杂20％的陶瓷粉，则前者的粘稠度大于后者的粘稠度。

在以底面曝光的3D打印设备的实施例中，所述构件平台12设于所述容器11的内底面上侧，用于附着由待成型材料形成的固化层，即，用于附着经能量辐射后得到的图案固化层，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12举例为构件板。所述构件平台12通常以相距容器11底面一层高的位置为起始位置，通过整体上移趋势的方式累积在所述底面处固化的各图案固化层，以得到相应的3D构件2。在一些实施例中，所述构件平台12也可以称为成型板。

在本申请例如为底曝光的设备(例如DLP或LCD设备)的实施中，所述构件平台悬设于打印基准面的上部，用于附着并积累经照射固化的图案固化层。通常，所述构件平台的材料与光固化材料不同。构件平台受3D打印设备中Z轴驱动机构的带动，沿Z轴(竖直方向)方向移动以便于待固化材料填充到构件平台与打印基准面之间，使得3D打印设备中的能量辐射装置可通过能量辐射照射待固化材料，使得经照射的材料固化并累积的附着在所述构件平台上。

在实施例中，为了精准的对每层固化层的照射能量进行控制，构件平台及所附着的已制造的3D物体部分需移动至与所述打印基准面之间间距最小值为待固化的固化层的层厚的位置，以及由所述Z轴驱动机构带动所述构件平台上升以使所述固化层与所述容器的底部分离。在本实施例中，当所述Z轴驱动机构带动构件平台下降时，通常是为了将所述构件平台或附着在构件平台上的图案化固化层下降到相距容器底部一固化层层高的间距，以便照射填充在所述间距内的光固化材料。当所述Z轴驱动机构带动构件平台上升时，通常是为了将图案固化层自容器底部分离。

所述Z轴驱动机构13连接所述构件平台12，用于打印作业中控制所述构件平台12上升或下降，在实施例中，所述构件平台12被可拆卸的方式固定在Z轴驱动机构13上，以便3D构件打印完毕后，操作人员从Z轴驱动机构13上取下构件平台12进行取件，之后再将构件平台12装设在Z轴驱动机构13以待下次打印。

在实施例中，所述Z轴驱动机构13包括驱动单元和竖直移动单元，所述驱动单元用于驱动所述竖直移动单元，以便所述竖直移动单元带动构件平台升降移动。例如，所述驱动单元包含用于驱动构件平台升降移动的驱动电机。所述驱动单元受单独的控制指令控制。其中，该控制指令包括：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竖直移动单元的下降的距离，以实现Z轴的精准调节。

在此，所述竖直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竖直移动，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，所述竖直移动单元包括：丝杆和套接在所述丝杆上的定位移动结构，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。

所述能量辐射装置14位于所述容器11下方，用于向所述容器11的底面辐射能量而将所述构件平台12与所述容器11底面之间打印基准面的待成型材料进行选择性固化，以形成图案化的所述固化层。在实施例中，所述能量辐射装置14用于透过容器11底面辐射图案化能量，以在所述底面处形成相应的图案(比如本申请中的原始切片图像及虚化切片图像)。其中，所述能量辐射装置14安装在3D打印设备的底部位置，具体位于所述容器11下方，其举例包括面曝光式能量辐射装置。

在一实施例中，所述面曝光式能量辐射装置举例包括DLP(Digital LightProcession，数字光处理，简称DLP)系统，所述DLP系统包括投影装置。例如，所述投影装置包括DMD(Digital Micromirror Device)芯片、控制器和存储模块。其中，所述存储模块中存储将3D物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11底面。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/禁止各微镜反射光，由此将相应分层图像经过容器的透明底部照射到光待成型材料上，使得对应图像形状的光待成型材料被固化，以得到图案化的固化层。在本实施例中，所述投影装置包括光机，所述光机具有可以调节/调整焦距的镜头，例如后续图9中所示的镜头140。

在一实施例中，所述面曝光式能量辐射装置举例包括LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶面光源固化)系统，所述LCD系统包括辐射源和面板。其中，所述辐射源用以提供辐射能量，其举例包括但不限于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。所述面板用以提供分层图像，以便光源照射在分层图像后显示出具有亮度的图案，所述面板举例包括但不限于LCD面板。在本实施例中，所述LCD系统例如基于底面曝光的LCD设备，其能量辐射装置为LCD液晶屏光源系统。所述LCD包括位于所述容器下方的LCD液晶屏、在LCD液晶屏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。

在本申请所提供的一实施例中，所述能量辐射装置可以切换虚化投射模式，具体地，通过调整所述能量辐射装置的焦距以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化。在本实施例中，通过预设在所述能量辐射装置上的驱动机构驱动所述能量辐射装置的镜头以调整所述能量辐射装置的焦距。如图9所示，预设在所述能量辐射装置14上的驱动机构包括为被动齿轮141以及啮合被动齿轮141主动齿轮142和调焦电机143，在图示的实施例中，所述能量辐射装置14具有一调节镜头140，所述调节镜头140可以被同轴设置的被动齿轮141的转动进行焦距调节，所述被动齿轮141啮合一主动齿轮142，所述主动齿轮142被一调焦电机143驱动，当调焦电机143接收到焦距调节指令时，所述调焦电机143转动带动所述主动齿轮142进而驱动被动齿轮141，由于被动齿轮141的转动进而带动调节镜头140调整所述能量辐射装置的焦距，以将其焦点从打印基准面F上移开，使所述能量辐射装置投射的图像呈虚化的影像，进而可以虚化所述虚化切片图像的界面轮廓。

在本申请所提供的另一实施例中，所述能量辐射装置切换虚化投射模式为通过在所述能量辐射装置的光路上设置可运动的透光组件以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化。在本实施例中，所述透光组件包括可活动设置在所述能量辐射装置的光路一侧的驱动机构以及连接所述驱动机构的磨砂透镜，所述驱动机构接收到切换虚化投射模式的指令时将所述磨砂透镜置于所述能量辐射装置的光路上。如图10及图11所示，所述透光组件包括驱动机构160以及连接所述驱动机构160的磨砂透镜161，所述驱动机构160为一可伸缩运动的伸缩臂，所述伸缩臂的近端活动连接有一驱动电机162，所述伸缩臂的远端固定有一磨砂透镜161，当驱动电机162接收到切换虚化投射模式指令时，所述驱动电机162朝箭头所示的方向伸展以带动磨砂透镜161进入所述能量辐射装置14’的调节镜头140’的投射的光路中，即呈如图11所示的状态，以使所述能量辐射装置14’的投射的虚化切片图像在打印基准面F的产生虚化。

所述控制装置15用于读取目标三维模型的当前切片数据时，依据所述当前切片数据中的原始切片图像控制所述能量辐射装置在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层，以及依据所述当前切片数据中的虚化切片图像控制所述能量辐射装置在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。在实施例中，所述控制装置15为包含处理器的电子设备，所述控制装置15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15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15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：待制造的3D构件(目标三维模型)的模型文件(例如为STL格式文件)，CPU运行所需的程序文件和配置文件等。其中，模型文件描述了待打印的3D构件中各分层图像、层高、以及其他与打印相关的属性信息(如辐射时长、辐射功率、摆放位置、树脂槽内的待成型材料的温度信息等)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，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，向能量辐射装置的面板传递对应的分层图像，并令辐射源辐射能量，待能量辐射装置完成照射以将光待成型材料图案化固化后，所述Z轴驱动机构带动构件平台上升，剥离被固化的固化层之后，再次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3D打印设备执行打印过程前，对目标三维模型的前处理需要通过切片软件生成目标三维模型的切片数据(又称分层数据)，所述切片数据包括通过对完整的三维模型进行切片处理获得的多层切片图像，其中每一层切片图像都配置的层高以及该层切片图像被读取的顺序信息。所述的切片图像是预先基于3D构件模型沿Z轴方向(即沿高度/竖直方向)进行横截划分而得到的。其中，在每相邻横截划分所形成的横截面层上形成由3D构件模型的轮廓所勾勒的切片图像，所述切片图像可视为由界面轮廓构成的图像，在所述横截面层足够薄的情况下，可认定所述横截面层上横截表面和下横截表面的轮廓线一致。对基于面投影的3D打印设备，所述切片数据包括切片图像。

在实施例中，执行三维模型的数据处理的所述分层处理方法可用于在切片程序中执行，所述切片程序装载在可以是单台用户设备、或服务器中，其中，所述用户设备包括但不限于：台式电脑，例如在牙模打印的实施例中，所述用户设备可位于牙科诊所并直接获取扫描设备所提供的患者口腔的扫描数据，并基于扫描数据构建相应的牙齿模型。所述服务器包括但不限于单台服务器或服务器集群等。应当理解，所述三维模型的数据处理方法在此实施例中为可作为计算机可执行的程序或可转化为可执行程序的符号化指令序列或符号化语句序列。

为此，本申请提供一种三维模型的数据处理方法，所述三维模型用于供上述3D打印设备打印3D构件，请参阅图2，显示为本申请三维模型的数据处理方法在一实施例中的流程图，如图所示，所述数据处理方法包括以下步骤：

在步骤S10中，读取目标三维模型；在实施例中，装载有切片程序/软件的计算机设备读取导入一个或多个的目标三维模型，在本实施例中，暂以计算机设备读取导入的一个三维模型作为目标三维模型为例进行说明。请参阅图3，显示为本申请在一实施例中目标三维模型的示意图，如图所述，所述目标三维模型为一枚虎头戒指三维模型，该虎头戒指三维模型主要包括戒指的指环部分以及设置在所述指环部分的虎头纹路部分。在实施例中，所述虎头戒指三维模型例如为通过Solid Works或Pro-E等三维建模软件/三维CAD软件设计获得的。在实施例中，所述计算机设备读取导入的目标三维模型后将其转化为STL文件格式并在所述计算机设备的输出界面中呈现以供用户进行相关操作。

在实施例中，3D打印的数据前处理软件用于将待打印的三维模型转换为二维切片文件，转换好的二维切片层列表文件通过机器进行打印，通常情况下，所述3D打印的数据前处理软件可以对多种格式的三维模型进行查看、修复，编辑、分析和生成支撑等。

在一实施例中，所述目标三维模型包括基座部分及主体部分，通常情况下，为了使打印过程中使3D构件的主体部分更好的被逐层附着在构件平台上，或者所述3D构件的主体部分本身需要一个基座，因而，所述目标三维模型包括用于放置所述主体部分的基座部分。

另外，当设计的目标三维模型为一个复杂结构比如具有悬臂或颈状等结构时，为了在打印过程中不致损坏3D构件，在所述目标三维模型被导入后还会对其添加支撑结构等操作，在此状态下，所述目标三维模型包括基座部分、主体部分、以及辅助支撑部分，常见的，所述辅助支撑部分的结构例如为柱形、树形、或网格形等。

为了更便于阐述本申请的实施过程，在图3所示的目标三维模型为一枚虎头戒指三维模型的实施例中，所述虎头戒指三维模型未显示其基座部分及辅助支撑部分。

在步骤S11中，将所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；在实施例中，所述计算机设备接收到用户的点选或框选操作将所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分。在本实施例中，所述的用户点选操作是指用户通过例如鼠标的输入设备对计算机设备显示界面中呈现的目标三维模型中的目标区域进行点击操作，以使该目标区域被选中而被定义为待虚化部分。在本实施例中，所述点击操作例如为鼠标双击操作或者右键选择菜单点击操作等。

在另一实施例中，所述的用户点框操作是指用户通过例如鼠标的输入设备对计算机设备显示界面中呈现的目标三维模型中的目标区域进行区域框选操作，以使该目标区域被选中而被定义为待虚化部分，具体的，所述框选的操作可以为自定义框选范围、预设矩形、圆形、三角形、多边形等模式的框选范围，通过选择上述框选的模式操作鼠标进行拖拽操作完成框选范围的框定。在本实施例中，所述软件界面中的菜单栏预设有框选的操作的多种图标以供用户选择时激活该框选功能。

在本实施例中，定义所述目标三维模型中的目标区域为待虚化部分时可以通过预设在软件界面中的一个功能模块或控件来进行属性设置，比如当该功能模块或控件被激活时可以将用户选择操作的目标部分设置为待虚化部分，设置完成后，所述目标三维模型的待虚化部分的属性将被保存。

在实施例中，所述目标三维模型中的待虚化部分是通过对所述目标三维模型中的面区域进行选择而定义的。所述计算机设备读取导入的目标三维模型后将其转化为STL文件格式，所述的STL文件由许多三角形面片组成，每个三角形面片由三个顶点的三维坐标和三角形面片的法线向量描述，对所述目标三维模型中目标部分的选择是通过对所述目标三维模型中由多个三角形面片组成的面区域进行选择，然后进行属性设置以完成所述待虚化部分的定义。

在一实施例中，所述面区域是通过目标三维模型中的三角面片的属性确定的；在本实施例中，所述面区域是通过目标三维模型中的三角面片的面积属性大小确定的，比如，在实际的选择操作中，用户可以通过选择三角面片的面积大于某一阈值的区域进行批量选择该类三角面片，进而完成一个或多个面区域的选择。比如在图3所示的实施例中，该虎头戒指三维模型的戒指指环部分没有纹路或图案，其表明光滑因而构成所述指环部分的各个三角面片的面积较大，而该虎头戒指三维模型的虎头纹路部分具有较多的纹理/图案特征，因此该虎头纹路部分的各个三角面片面积较小，因此，通过选择三角面片的面积大于某一阈值的区域可以将该虎头戒指三维模型的戒指指环部分的面区域进行选择。在具体的实施中，所述阈值的输入可以通过界面中的弹框输入来实现，比如利用快捷键或鼠标右键，将弹出阈值输入的对话框，以便用户输入三角面片面积大小的阈值后执行选择操作。

在另一实施例中，所述面区域是通过目标三维模型中的结构特征确定的；在本实施例中，所述结构特征包括纹理特征和表面特征。具体地，所述计算机设备读取导入的目标三维模型后将其转化为STL文件格式并在所述计算机设备的输出界面中呈现，所示目标三维模型的面区域特征被划分两部分，即纹理特征和表面特征，其中，所述纹理特征具有较多的纹理分布，呈现了较多的精细图案或细节纹路，在本申请中，所述纹理特征也可以称为图案特征；所述表面特征是指面区域中没有图案或纹路，或者图案/纹路的线条间距较大，且呈现平滑光泽的特点。仍以图3所示的实施例为例，在图3中该虎头戒指三维模型的戒指指环部分没有纹路或图案，则戒指指环部分被称之为表面特征的面区域，而该虎头戒指三维模型的虎头纹路部分具有较多的纹理/图案特征，则虎头纹路部分被称之为纹理特征的面区域。

请参阅图4，显示为本申请在一实施例中目标三维模型中的一部分被定义为待虚化部分的示意图，如图所示，图4中承接图3所示的实施例中显示的虎头戒指三维模型，当用户通过对所述虎头戒指三维模型中的面区域进行选择而定义该虎头戒指三维模型的戒指指环部分为待虚化部分时，该虎头戒指三维模型的戒指指环部分被整体选择，且进行属性设置，在本实施例中，被选中的面区域可以通过不同颜色或高亮显示来呈现其被选中且被定义为待虚化部分，比如在图4中以绿色显示该虎头戒指三维模型的戒指指环部分。

在步骤S12中，对所述目标三维模型进行切片以生成包含有多个原始切片图像的原始切片数据集；在实施例中，所述计算机设备接收到切片指令时对所述目标三维模型进行整体切片，以生成原始切片数据集，所述原始切片数据集中包含有多个原始切片图像，所述原始切片图像为对目标三维模型进行整体切片执行切片处理生成的每一层切片图像，具体的，每一层切片图像将被显示为每一层的界面轮廓。

在实施例中，所述切片操作的原理是用一个切片平面去截取所述目标三维模型，若三角形面片与切片平面相交，则将得到的交线有序地连接起来，并得到该切面这一层的界面轮廓。按照此规则移动切片平面，得到每一层的界面轮廓，直到切片结束。

在本实施例中，所述切片软件的界面中显示有切片菜单，用户可以通过选择选中模型、全部模型和自适应分层切片三种功能操作令软件执行进行切片，比如选中所述目标三维模型单击切片菜单或模型右键菜单下的对选中零件进行切片命令，或者单击工具栏中的表示“切片”图标，或者利用快捷键，将弹出切片操作设置对话框，以便用户设置后执行切片操作。在操作过程中，若需要对目标三维模型进行自适应分层切片操作，单击切片菜单中的自适应切片命令，将弹出切片设置对话框，并自动开启自适应分层复选框。在该复选框命令下，可将选中目标三维模型划分为不同区域，并可独立设置不同区域中的层厚大小。

请参阅图5，显示为本申请在一实施例中对目标三维模型整体切片后一原始切片图像示意图，如图5中显示的，所述原始切片图像为一层的界面轮廓，该界面轮廓包括虎头戒指三维模型的戒指指环部分某一层界面轮廓(如图5中呈现下侧一对圆弧的部分)以及位于同一层的虎头纹路部分的界面轮廓(如图5中呈现上侧线条更复杂的部分)。

在步骤S13中，对所述待虚化部分进行切片以生成包含多个虚化切片图像的虚化切片数据集；在实施例中，所述计算机设备接收到对所述待虚化部分进行切片的指令时，执行对所述待虚化部分进行切片，以生成虚化切片数据集，所述虚化切片数据集中包括多个虚化切片图像，所述虚化切片图像为对所述待虚化部分进行切片执行切片处理生成的每一层切片图像，具体的，每一层切片图像将也被显示为每一层的界面轮廓。在本实施例中，针对所述待虚化部分的切片原理及切片操作与上述步骤S12相同，在此不予赘述。

请参阅图6，显示为本申请在一实施例中对目标三维模型待虚化部分切片后一虚化切片图像示意图，如图6中显示的，所述虚化切片图像为一层的界面轮廓，该界面轮廓仅包括虎头戒指三维模型的戒指指环部分某一层界面轮廓(如图6中呈现一对圆弧的界面轮廓)。

诚如上述的一实施例中，所述目标三维模型包括基座部分及主体部分，所述虚化切片图像对应的当前切片数据为所述主体部分的切片数据。在本实施例中，所述目标三维模型的待虚化部分选自所述目标三维模型的主体部分，并非选自所述目标三维模型的基座部分，因此，所述虚化切片图像对应的当前切片数据来自对所述目标三维模型进行整体切片后，并选自其目标三维模型的主体部分的切片数据。

在实施例中，所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同的层信息的原始切片图像；换言之，所述虚化切片数据集中每一层的虚化切片图像都有一张与其对应的原始切片图像，而且由于所述待虚化部分是从所述目标三维模型中选择而被定义的，所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征，呈如图5及图6所示的，图5中原始切片图像与图6中显示的虚化切片图像具有部分相同的图像特征，即虎头戒指三维模型的戒指指环部分，图6中显示的虚化切片图像也呈现在图5中原始切片图像中，即图5中原始切片图像中位于虎头戒指三维模型的戒指指环部分的界面轮廓，图5和图6显示的图像虽然为两幅图像(原始切片图像和虚化切片图像)，但二者具有属于同一层切片数据，即二者具有相同的层信息。

在实施例中，所述原始切片图像用于供所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；所述虚化切片图像用于供所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

综上所述，经由所述三维模型的数据处理方法处理的三维模型的数据为已经完成切片的数据，即目标三维模型的切片数据集，该切片数据集可以直接被3D打印设备读取后直接执行3D打印作业。

本申请还提供一种三维模型的数据处理系统，所述三维模型用于供3D打印设备打印3D构件，在实施例中，所述3D打印设备例如为图1所示的底面曝光的3D打印设备。所述数据处理系统例如为装载于计算机设备的切片程序/软件，在此实施例中所述切片程序/软件为可作为计算机可执行的程序或可转化为可执行程序的符号化指令序列或符号化语句序列。

在实施例中，所述切片程序/软件例如为3D打印的数据前处理软件，用于将待打印的三维模型转换为二维切片文件，转换好的二维切片层列表文件通过机器进行打印，通常情况下，所述3D打印的数据前处理软件可以对多种格式的三维模型进行查看、修复，编辑、分析和生成支撑等。

请参阅图7，显示为本申请三维模型的数据处理系统在一实施例中的原理框图，如图所示，所述数据处理系统40包括读取模块401，定义模块402，以及切片模块403。

所述读取模块401用于读取目标三维模型；在实施例中，所述读取模块401用于从存储设备(比如图示的U盘)中读取目标三维模型并将其导入到所述切片程序/软件中，以执行上述图2中S10的步骤。

所述定义模块402用于将选择的所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；在实施例中，所述定义模块402以执行上述图2中S11的步骤。

所述切片模块403用于对所述目标三维模型进行切片以生成包含有多个原始切片图像的原始切片数据集；以及对所述待虚化部分进行切片以生成包含多个虚化切片图像的虚化切片数据集；在实施例中，所述切片模块403以执行上述图2中S12-S13的步骤。

其中，所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同的层信息的原始切片图像；且所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；所述原始切片图像用于供所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；所述虚化切片图像用于供所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

请参阅图8，显示为本申请打印方法在一实施例中的流程图，如图所示，所述打印方法包括以下步骤：

在步骤S20中，读取目标三维模型的当前切片数据，所述当前切片数据包括原始切片图像及虚化切片图像，在实施例中，所述3D打印设备的控制装置读取所述目标三维模型的当前切片数据，并根据所述当前切片数据中携带的打印信息控制能量辐射装置及Z轴驱动系统协同执行打印作业。

在一实施例中，所述目标三维模型为不具有基座部分的三维模型，其只包括主体部分，例如上述图3中所示的目标三维模型为一枚虎头戒指三维模型的实施例中，所述虎头戒指三维模型不包括基座部分及辅助支撑部分。在这种示例下，图8所示的步骤S20中读取的目标三维模型的当前切片数据可以为所述目标三维模型的首层切片数据，也可以为所述目标三维模型的主体部分的中间每一层切片数据。

在另一实施例中，所述目标三维模型可能包括基座部分及主体部分，且所述目标三维模型可能包括用于支撑其主体部分的辅助支撑部分(即支撑结构)，则图8所示的步骤S20中读取的虚化切片图像对应的当前切片数据为所述主体部分的切片数据。在本实施例中，所述目标三维模型的待虚化部分选自所述目标三维模型的主体部分，并非选自所述目标三维模型的基座部分，因此，所述虚化切片图像对应的当前切片数据来自对所述目标三维模型进行整体切片后，并选自其目标三维模型的主体部分的切片数据。在本实施例中，所述虚化切片图像中不包括辅助支撑部分的切片图像的特征。

在本实施例中，所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；呈如图5及图6所示的，图5中原始切片图像与图6中显示的虚化切片图像具有部分相同的图像特征，即虎头戒指三维模型的戒指指环部分，图6中显示的虚化切片图像也呈现在图5中原始切片图像中，即图5中原始切片图像中位于虎头戒指三维模型的戒指指环部分的界面轮廓，图5和图6显示的图像虽然为两幅图像(原始切片图像和虚化切片图像)，但二者具有属于同一层，即二者具有相同的层信息。

在步骤S21中，令能量辐射装置投射所述当前切片数据的原始切片图像以固化打印基准面的待成型材料以形成当前固化层；在实施例中，所述3D打印设备的控制装置控制能量辐射装置投射所述当前切片数据的原始切片图像至容器内构件平台与容器内底面之间的打印基准面，以固化所述打印基准面的待成型材料以形成当前固化层，所述当前固化层的上表面被附着在构件平台的成型面上，所述当前固化层的下表面与所述容器的底面接触，在容器底面铺设有离型膜的情况下，所述当前固化层的下表面与所述离型膜接触(实际上当前固化层的下表面也附着在离型膜上以待剥离)。在本实施例中，所述能量辐射装置的工作模式为常规模式，所述的常规模式为所述能量辐射装置的焦点位于所述打印基准面上的模式，在常规模式下形成的当前固化层。由于例如为DLP光机的能量辐射装置的投影焦距及投射的图像比较清晰，被固化的当前固化层显现一些局部精细图案或纹路，比如前述举例的图5中原始切片图像中虎头纹路部分的界面轮廓可以被清晰地打印出来。

在步骤S22中，令构件平台静默以待所述能量辐射装置切换虚化投射模式；在实施例中，所述3D打印设备的控制装置控制Z轴驱动机构保持静止状态，即令构件平台静默，仍处于所述当前固化层的位置，所述3D打印设备的控制装置控制能量辐射装置切换虚化投射模式。所述虚化投射模式为所述能量辐射装置的焦点不在所述打印基准面上的模式，由于所述能量辐射装置的焦点不在所述打印基准面上，其投射的图像在打印基准面上因虚焦导致的不清晰，进而也不再受图像中界面轮廓的像素边缘的影响，在这种图像分辨率和曝光能量的作用下，所述打印基准面上的待成型材料被固化的界面轮廓上的像素棱角就不再出现，进而使得当前切片图像的界面轮廓会呈现光滑的特点。

在一实施例中，所述能量辐射装置切换虚化投射模式的步骤包括调整所述能量辐射装置的焦距以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化。在本实施例中，通过预设在所述能量辐射装置上的驱动机构驱动所述能量辐射装置的镜头以调整所述能量辐射装置的焦距。请参阅图9，显示为本申请的能量辐射装置在一实施例中切换投射模式的示意图，如图所示，预设在所述能量辐射装置上的驱动机构包括为被动齿轮141以及啮合被动齿轮141主动齿轮142和调焦电机143，在图示的实施例中，所述能量辐射装置14具有一调节镜头140，所述调节镜头140可以被同轴设置的被动齿轮141的转动进行焦距调节，所述被动齿轮141啮合一主动齿轮142，所述主动齿轮142被一调焦电机143驱动，当调焦电机143接收到焦距调节指令时，所述调焦电机143转动带动所述主动齿轮142进而驱动被动齿轮141，由于被动齿轮141的转动进而带动调节镜头140调整所述能量辐射装置的焦距，以将其焦点从打印基准面F上移开，使所述能量辐射装置投射的图像呈虚化的影像，进而可以虚化所述虚化切片图像的界面轮廓。

在另一实施例中，所述能量辐射装置切换虚化投射模式的步骤包括通过在所述能量辐射装置的光路上设置可运动的透光组件以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化。在本实施例中，所述透光组件包括可活动设置在所述能量辐射装置的光路一侧的驱动机构以及连接所述驱动机构的磨砂透镜，所述驱动机构接收到切换虚化投射模式的指令时将所述磨砂透镜置于所述能量辐射装置的光路上。请参阅图10及图11，图10显示为本申请的能量辐射装置在另一实施例中切换投射模式的示意图，图11显示为本申请的能量辐射装置在另一实施例中磨砂透镜置于光路上的示意图，如图所示，所述透光组件包括驱动机构160以及连接所述驱动机构160的磨砂透镜161，所述驱动机构160为一可伸缩运动的伸缩臂，所述伸缩臂的近端活动连接有一驱动电机162，所述伸缩臂的远端固定有一磨砂透镜161，当驱动电机162接收到切换虚化投射模式指令时，所述驱动电机162朝箭头所示的方向伸展以带动磨砂透镜161进入所述能量辐射装置14’的调节镜头140’的投射的光路中，即呈如图11所示的状态，以使所述能量辐射装置14’的投射的虚化切片图像在打印基准面F的产生虚化。

在步骤S23中，令能量辐射装置在虚化投射模式下投射所述虚化切片图像再次固化打印基准面的待成型材料以补偿所述当前固化层；在实施例中，所述3D打印设备的控制装置控制能量辐射装置投射所述当前切片数据的虚化切片图像至容器内构件平台与容器内底面之间的打印基准面，以再次固化所述打印基准面的待成型材料以补偿所述当前固化层，在本实施例中，所述虚化投射模式为所述能量辐射装置的焦点不在所述打印基准面上的模式，由于所述能量辐射装置的焦点不在所述打印基准面上，其投射的图像在打印基准面上因虚焦导致的不清晰，进而也不再受图像中界面轮廓的像素边缘的影响，在这种图像分辨率和曝光能量的作用下，所述打印基准面上的待成型材料被固化的界面轮廓上的像素棱角就不再出现，进而使得当前切片图像的界面轮廓会呈现光滑的特点。

在步骤S24中，令所述构件平台上升以剥离经补偿的当前固化层；在实施例中，所述3D打印设备的控制装置控制Z轴驱动机构工作以带动构件平台上升，以剥离经在步骤S23中补偿的当前固化层。

在步骤S25中，读取所述目标三维模型的下一切片数据以将其更新为当前切片数据，并下降所述构件平台至所述打印基准面及切换所述能量辐射装置为常规投射模式；在实施例中，所述3D打印设备的控制装置读取所述目标三维模型的下一切片数据，并将该下一切片数据更新为当前切片数据，同时所述3D打印设备的控制装置控制Z轴驱动机构工作以带动构件平台下降至所述打印基准面。在本实施例中，所述3D打印设备的控制装置还判断更新的当前切片数据中是否包括原始切片图像及虚化切片图像，若所述当前切片数据中包括所述虚化切片图像，则在步骤S26中重复上述步骤S20-步骤S24以执行逐层打印；若所述当前切片数据中没有所述虚化切片图像，仅有原始切片图像，则在步骤S26中重复上述步骤S211、步骤24-步骤S25以执行逐层打印。

在步骤S26中，重复上述步骤S20-步骤S24以执行逐层打印，直至打印完成所述目标三维模型的3D构件。

综上所述，本申请提供的一种3D打印设备以及应用于所述3D打印设备的打印方法通过控制能量辐射装置对目标三维模型的目标切片数据中配置原始切片图像及虚化切片图像，在执行打印时，令所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；令所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层，如此以不同投射模式进行固化打印，使得被打印的3D构件在兼顾了特征表达的精细图案的同时，还具有更光滑的表面质量，进而提升了打印品表面质量。

本申请还提供一种控制系统，用于底面曝光的3D打印设备，所述控制系统包括：存储装置，用于存储至少一程序；处理装置，与所述存储装置连接，用于运行所述至少一个程序时以执行并实现上述针对应用于3D打印设备的打印方法所描所述的至少一种实施例，比如上述图8中描述的各实施例。在实施例中，所述控制系统为包含处理器的电子设备。例如，所述控制系统为计算机设备、嵌入式设备、或集成有CPU的集成电路等。

各所述接口单元分别连接3D打印设备中独立封装且通过接口传输数据的硬件装置，例如，所述Z轴驱动机构、能量辐射系统、和供料机构等。所述硬件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硬件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。

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：待制造的3D构件的模型文件，CPU运行所需的程序文件和配置文件等。其中，模型文件描述了待打印的3D构件中各分层图像、层高、以及其他与打印相关的属性信息(如辐射时长、辐射功率、或摆放位置等)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。所述处理单元通过接口单元依时序向各硬件装置发出控制指令。例如，所述处理单元用于在执行打印指令时控制所述涂覆机构在所述容器的内底面涂覆第一待成型材料，并在所述第一待成型材料固化于所述构件平台上形成以首层固化层之后，向所述容器内加注第二待成型材料，并依序读取所述目标三维模型的切片数据控所述能量辐射系统及Z轴驱动机构协同执行逐层打印，直至打印完成所述目标三维模型的3D构件。

本申请还提供一种计算机可读写存储介质，存储至少一种程序，所述至少一种程序在被调用时执行并实现上述针对三维模型的数据处理方法所描所述的至少一种实施例，比如上述图2中描述的各实施例。

本申请再提供一种计算机可读写存储介质，存储至少一种程序，所述至少一种程序在被调用时执行并实现上述针对应用于3D打印设备的打印方法所描所述的至少一种实施例，比如上述图8中描述的各实施例。

所述功能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，本申请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安装有所述存储介质的移动机器人可以执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

于本申请提供的实施例中，所述计算机可读写存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备、闪存、U盘、移动硬盘、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。另外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术，从网站、服务器或其它远程源发送的，则所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。然而，应当理解的是，计算机可读写存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或者其它暂时性介质，而是旨在针对于非暂时性、有形的存储介质。如申请中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。

在一个或多个示例性方面，本申请所述打印方法及数据处理方法的计算机程序所描所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。

本申请上所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。

综上所述，本申请提供的3D打印设备、应用于3D打印设备的打印方法、控制系统、三维模型的数据处理方法、三维模型的数据处理系统、以及计算机可读存储介质，通过控制能量辐射装置对目标三维模型的目标切片数据中配置原始切片图像及虚化切片图像，在执行打印时，令所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；令所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层，如此以不同投射模式进行固化打印，使得被打印的3D构件在兼顾了特征表达的精细图案的同时，还具有更光滑的表面质量，进而提升了打印品表面质量，进而解决了现有3D打印技术打印的3D构件中部分表面因具有水波纹或锯齿纹路导致的打印品表面质量差的问题的同时，又能保障打印出的3D构件能够表现出希望表现的例如纹路或图案等细节特征以及希望平滑的表面呈现光滑的效果。

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 (25)

1.一种应用于3D打印设备的打印方法，其特征在于，所述打印方法包括以下步骤：

读取目标三维模型的当前切片数据，所述当前切片数据包括原始切片图像及虚化切片图像，所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；

令能量辐射装置投射所述当前切片数据的原始切片图像以固化打印基准面的待成型材料以形成当前固化层；

令构件平台静默以待所述能量辐射装置切换虚化投射模式；

令能量辐射装置在虚化投射模式下投射所述虚化切片图像再次固化打印基准面的待成型材料以补偿所述当前固化层；

令所述构件平台上升以剥离经补偿的当前固化层，以及读取所述目标三维模型的下一切片数据以将其更新为当前切片数据，并下降所述构件平台至所述打印基准面及切换所述能量辐射装置为常规投射模式；

重复上述步骤以执行逐层打印，直至打印完成所述目标三维模型的3D构件。

2.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述目标三维模型包括基座部分及主体部分，所述虚化切片图像对应的当前切片数据为所述主体部分的切片数据。

3.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，获取所述虚化切片图像的方式包括：

获取待打印的目标三维模型并将所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；

对所述目标三维模型进行切片以生成原始切片数据集；

对所述待虚化部分进行切片以生成虚化切片数据集；所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同层信息的原始切片图像。

4.根据权利要求3所述的打印方法，其特征在于，所述目标三维模型中的待虚化部分是通过对所述目标三维模型中的面区域进行选择而定义的。

5.根据权利要求4所述的打印方法，其特征在于，所述面区域是通过目标三维模型中的三角面片的属性确定的。

6.根据权利要求4所述的打印方法，其特征在于，所述面区域是通过目标三维模型中的结构特征确定的。

7.根据权利要求6所述的打印方法，其特征在于，所述结构特征包括纹理特征和表面特征。

8.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述能量辐射装置切换虚化投射模式的步骤包括调整所述能量辐射装置的焦距以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化。

9.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于，通过预设在所述能量辐射装置上的驱动机构驱动所述能量辐射装置的镜头以调整所述能量辐射装置的焦距。

10.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述能量辐射装置切换虚化投射模式的步骤包括通过在所述能量辐射装置的光路上设置可运动的透光组件以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化。

11.根据权利要求10所述的打印方法，其特征在于，所述透光组件包括可活动设置在所述能量辐射装置的光路一侧的驱动机构以及连接所述驱动机构的磨砂透镜，所述驱动机构接收到切换虚化投射模式的指令时将所述磨砂透镜置于所述能量辐射装置的光路上。

12.一种控制系统，其特征在于，用于面曝光的3D打印设备，所述控制系统包括：

存储装置，用于存储至少一程序；

处理装置，与所述存储装置连接，用于运行所述至少一个程序时以执行并实现如权利要求1至11任一所述的打印方法。

13.一种三维模型的数据处理方法，所述三维模型用于供3D打印设备打印3D构件，其特征在于，所述数据处理方法包括以下步骤：

读取目标三维模型并将所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；

对所述目标三维模型进行切片以生成包含有多个原始切片图像的原始切片数据集；

对所述待虚化部分进行切片以生成包含多个虚化切片图像的虚化切片数据集；所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同层信息的原始切片图像；且所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；其中，所述原始切片图像用于供所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；所述虚化切片图像用于供所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

14.根据权利要求13所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述目标三维模型包括基座部分及主体部分，所述虚化切片图像对应的当前切片数据为所述主体部分的切片数据。

15.根据权利要求13所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述目标三维模型中的待虚化部分是通过对所述目标三维模型中的面区域进行选择而定义的。

16.根据权利要求15所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述面区域是通过目标三维模型中的三角面片的属性确定的。

17.根据权利要求15所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述面区域是通过目标三维模型中的结构特征确定的。

18.根据权利要求17所述的三维模型的数据处理方法，其特征在于，所述结构特征包括纹理特征和表面特征。

19.一种三维模型的数据处理系统，所述三维模型用于供3D打印设备打印3D构件，其特征在于，所述数据处理系统：

读取模块，用于读取目标三维模型；

定义模块，用于将选择的所述目标三维模型中部分区域定义为待虚化部分；

切片模块，用于对所述目标三维模型进行切片以生成包含有多个原始切片图像的原始切片数据集；以及对所述待虚化部分进行切片以生成包含多个虚化切片图像的虚化切片数据集；

其中，所述虚化切片数据集中各层的虚化切片图像在所述原始切片数据集中具有对应的相同层信息的原始切片图像；且所述虚化切片图像与所述原始切片图像具有部分相同的图像特征；所述原始切片图像用于供所述3D打印设备在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层；所述虚化切片图像用于供所述3D打印设备在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

20.一种3D打印设备，其特征在于，包括：

容器，用于盛放待成型材料；

构件平台，用于附着由待成型材料形成的固化层；

Z轴驱动机构，连接所述构件平台，用于打印作业中控制所述构件平台上升或下降；

能量辐射装置，用于向所述容器内的打印基准面辐射能量而将所述打印基准面的待成型材料进行选择性固化，以形成图案化的所述固化层；以及

控制装置，用于读取目标三维模型的当前切片数据时，依据所述当前切片数据中的原始切片图像控制所述能量辐射装置在常规投射模式下投射至打印基准面以形成固化层，以及依据所述当前切片数据中的虚化切片图像控制所述能量辐射装置在虚化投射模式下投射至打印基准面以补偿所述固化层。

21.根据权利要求20所述的3D打印设备，其特征在于，还包括用于调整所述能量辐射装置的焦距以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像在打印基准面的产生虚化的调整机构。

22.根据权利要求20所述的3D打印设备，其特征在于，所述调整机构连接所述能量辐射装置的镜头用以调整所述能量辐射装置的焦距。

23.根据权利要求20所述的3D打印设备，其特征在于，还包括活动设置在所述能量辐射装置的光路一侧的可运动的透光组件，以使所述能量辐射装置的投射的虚化切片图像经所述透光组件后在打印基准面的产生虚化。

24.根据权利要求20所述的3D打印设备，其特征在于，所述透光组件包括可活动设置在所述能量辐射装置的光路一侧的驱动机构以及连接所述驱动机构的磨砂透镜，所述驱动机构接收到切换虚化投射模式的指令时将所述磨砂透镜置于所述能量辐射装置的光路上。

25.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有至少一种计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至11任一所述的打印方法；或者如权利要求13-18中任一所述的三维模型的数据处理方法。

Images