CN116714241A - 基于切片算法的全息3d打印方法、装置、可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于切片算法的全息3D打印方法、装置、可读存储介质。该基于切片算法的全息3D打印方法包括：读取待打印模型的3D文件并根据层高与分辨率将所述待打印模型体素化；将所述待打印模型的体素转换成层面数据，得到各个层面的二值化图像；对每个层面的所述二值化图像做radon变换，计算得到所述二值化图像在各个角度下的透视效果，并将其转化为每个层面在各个角度下的灰度值；通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化，得到每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值；根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印所述待打印模型。本发明能够提高全息3D打印机的打印精度。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，具体而言，涉及一种基于切片算法的全息3D打印方法、装置、可读存储介质。
背景技术
现如今，增材制造技术被用于各种领域，以制造无法通过传统的减材工艺制造的结构。应用范围从用于体外培养组织的生物支架到用于产生增强或新颖材料性能的微结构材料。然而，大多数3D打印方法都以类似的形式进行操作，在单个操作中生成最终3D模型的小量子，即体素。该操作通过例如喷嘴挤出(如基于喷墨或熔融沉积建模的方法)或通过与光的相互作用形成(如使用激光烧结或光交联的方法)。在这些技术中，通常通过在用户定义的3D几何图形中逐点连续重复单位打印操作来形成3D零件。因此，单位打印操作可以被认为是零维的，因为它打印3D体积的单个点(小3D体素)。
但是，通过喷嘴挤出反复堆叠进行多层打印的传统打印模式，由于喷嘴是悬空的，需要在下方设置支撑结构以保证多层打印原料能够粘接到一起形成三维模型；由于需要反复堆叠进行多层打印，因此打印速度比较慢。随着三维(3Dimensions，简称3D)打印技术的发展，出现了光固化打印设备。但是相关技术中的光固化打印设备的打印精度比较低，无法满足人们对3D打印精度的要求。
发明内容
为解决现有3D打印设备需要设置支撑结构且打印速度和打印精度低的问题，本发明提供一种基于切片算法的全息3D打印方法。该基于切片算法的全息3D打印方法包括：读取待打印模型的3D文件并根据层高与分辨率将所述待打印模型体素化；将所述待打印模型的体素转换成层面数据，得到各个层面的二值化图像；对每个层面的所述二值化图像做radon变换，计算得到所述二值化图像在各个角度下的透视效果，并将其转化为每个层面在各个角度下的灰度值；通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化，得到每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值；根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印所述待打印模型。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过根据设定的层高与分辨率将待打印模型体素化，能够通过逐层读取待打印模型的体素，将待打印模型的体素转换为每一层的二值化图像，从而能够根据每一层的二值化图像得到在每一个层面上的轮廓；通过对每个层面的二值化图像做radon变换，能够得到每个层面的二值化图像在各个角度下的透视效果，也就是每个层切片的二维图像投影在一维上的强度分布情况，通过将其转化成每个层面在各个角度下的灰度值，能够将各个层面在同一个角度下的灰度值按照层面顺序依次合并，得到整个待打印模型在该角度下的灰度图，从而能够根据待打印模型的灰度图控制全息3D打印机的紫外光投影仪的紫外光照射强度，对放置在旋转的玻璃瓶内树脂原料进行照射固化，生成对应的3D模型。需要说明的是，直接radon变换后的灰度值再经过逆radon变换产生的灰度图会有大量噪点。通过逆radon变换与阈值函数对灰度值进行迭代优化，能够提高全息3D打印机的打印精度，避免生成的待打印模型的灰度图中存在大量噪点导致打印精度差的问题。相较于传统的3D打印模式，本申请中的基于切片算法的全息3D打印方法，只需将盛有树脂原料的玻璃瓶转一圈，即可通过紫外光照射固化完成打印，打印速度大幅提升且不需要任何支撑。
在本发明的一个实例中，所述通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化包括：对经radon变换得到的灰度值做逆radon变换，得到灰度图；将所述灰度图经过阈值函数转换成二值化图像；根据转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值，对radon变换得到的灰度值做梯度优化。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过对经radon变换得到的灰度值做逆radon变换，生成灰度图，并且将做逆radon变换生成的灰度图经过阈值函数转换成二值化图像，能够根据转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值，对radon变换得到的灰度值做梯度优化，对做逆radon变换生成的灰度图进行降噪处理，提高全息3D打印机的打印精度。
在本发明的一个实例中，所述通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化还包括：若所述差值大于差值阈值，则循环执行通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化操作。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：若所述差值大于差值阈值，则说明转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值较大，不符合设定的打印精度要求，故循环执行通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化操作，直至将转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值小于或等于差值阈值，符合设定的打印精度要求。
在本发明的一个实例中，所述根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印所述待打印模型包括：根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值得到待打印模型的透视效果灰度图；根据所述透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图；根据所述紫外光强度图控制所述全息3D打印机对树脂原料进行紫外光照射固化，得到打印完成的3D模型。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过利用计算机断层扫描算法，能够将3D模型转换为光机投影画面，配合全息3D打印机，实现了精度高，打印速度快，无支撑的全息3D打印。
在本发明的一个实例中，所述根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值得到待打印模型的透视效果灰度图包括：将每个层面在同一角度下的迭代优化后的灰度值，按照Z方向上的顺序进行合并，得到所述待打印模型在该角度下的透视效果灰度图。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过将每个层面在同一角度下的迭代优化后的灰度值，按照Z方向上的顺序进行合并，能够得到该角度下整个模型的透视效果灰度图，即待打印三维模型在二维平面上的强度分布情况。
在本发明的一个实例中，所述根据所述透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图包括：对所述紫外光投影仪的灰度与紫外光强度的对应关系进行校准；根据校准后的灰度与紫外光强度的对应关系，将所述透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：可以理解的是，由于紫外光投影仪投影不同灰度值时，紫外光的强度并不一定根据灰度线性分布，因此需要先校准灰度与紫外光强度的对应关系，根据校准好的对应关系，将灰度图转换为适配紫外光投影仪的强度图。
在本发明的一个实例中，所述树脂原料放置于旋转的玻璃瓶内。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过不同强度的紫外光照射旋转的盛有透明树脂的玻璃瓶，部分树脂被累积到一定强度的紫外光照射而固化，从而生成了不同的3D模型。
本发明的一个实例提供了一种基于切片算法的全息3D打印装置，该基于切片算法的全息3D打印装置实现如前任意一项技术方案所述的基于切片算法的全息3D打印方法。
本发明的一个实例提供了一种基于切片算法的全息3D打印装置，该基于切片算法的全息3D打印装置包括控制器，所述控制器用于执行可执行程序，以实现如前任意一项技术方案所述的基于切片算法的全息3D打印方法。
本发明的一个实例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时控制全息3D打印机执行如前任意一项技术方案所述的基于切片算法的全息3D打印方法。
采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：
(1)通过利用计算机断层扫描算法，能够将3D模型转换为光机投影画面，配合全息3D打印机，实现了精度高，打印速度快，无支撑的全息3D打印。
(2)直接radon变换后的灰度值再经过逆radon变换产生的灰度图会有大量噪点。通过逆radon变换与阈值函数对灰度值进行迭代优化，能够提高全息3D打印机的打印精度，避免生成的待打印模型的灰度图中存在大量噪点导致打印精度差的问题。相较于传统的3D打印模式，本申请中的基于切片算法的全息3D打印方法，只需将盛有树脂原料的玻璃瓶转一圈，即可通过紫外光照射固化完成打印，打印速度大幅提升且不需要任何支撑。
(3)由于紫外光投影仪投影不同灰度值时，紫外光的强度并不一定根据灰度线性分布，因此需要先校准灰度与紫外光强度的对应关系，根据校准好的对应关系，将灰度图转换为适配紫外光投影仪的强度图。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于切片算法的全息3D打印方法的流程示意图。
图2为图1中基于切片算法的全息3D打印方法的具体流程示意图。
图3为radon变换示意图。
图4为radon变换生成灰度值以及逆radon变换示意图。
图5为某一角度下整个模型的透视效果灰度图示意图。
图6为全息3D打印原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参见图1，其为本发明实施例提供的一种基于切片算法的全息3D打印方法的流程示意图。结合图1至图6，该基于切片算法的全息3D打印方法例如包括以下步骤：读取待打印模型的3D文件并根据层高与分辨率将待打印模型体素化；将待打印模型的体素转换成层面数据，得到各个层面的二值化图像；对每个层面的二值化图像做radon变换，计算得到二值化图像在各个角度下的透视效果，并将其转化为每个层面在各个角度下的灰度值；通过逆radon变换与阈值函数对灰度值进行迭代优化，得到每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值；根据每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印待打印模型。其中，阈值函数的具体阈值，需要根据树脂的材料特性设定，具体为树脂被累积多少强度的紫外光照射后会被固化。
可以理解的是，通过根据设定的层高与分辨率将待打印模型体素化，能够通过逐层读取待打印模型的体素，将待打印模型的体素转换为每一层的二值化图像，从而能够根据每一层的二值化图像得到在每一个层面上的轮廓；通过对每个层面的二值化图像做radon变换，能够得到每个层面的二值化图像在各个角度下的透视效果，也就是每个层切片的二维图像投影在一维上的强度分布情况，通过将其转化成每个层面在各个角度下的灰度值，能够将各个层面在同一个角度下的灰度值按照层面顺序依次合并，得到整个待打印模型在该角度下的灰度图，从而能够根据待打印模型的灰度图控制全息3D打印机的紫外光投影仪的紫外光照射强度，对放置在旋转的玻璃瓶内树脂原料进行照射固化，生成对应的3D模型。
需要说明的是，直接radon变换后的灰度值再经过逆radon变换产生的灰度图会有大量噪点。通过逆radon变换与阈值函数对灰度值进行迭代优化，能够降低灰度图中的噪点数量，提高全息3D打印机的打印精度，避免生成的待打印模型的灰度图中存在大量噪点导致打印精度差的问题。相较于传统的3D打印模式，本申请中的基于切片算法的全息3D打印方法，只需将盛有树脂原料的玻璃瓶转一圈，即可通过紫外光照射固化完成打印，打印速度大幅提升且不需要任何支撑。
进一步的，通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化包括：对经radon变换得到的灰度值做逆radon变换，得到灰度图；将灰度图经过阈值函数转换成二值化图像；根据转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值，对radon变换得到的灰度值做梯度优化。
可以理解的是，通过对经radon变换得到的灰度值做逆radon变换，生成灰度图，并且将做逆radon变换生成的灰度图经过阈值函数转换成二值化图像，能够根据转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值，对radon变换得到的灰度值做梯度优化，对做逆radon变换生成的灰度图进行降噪处理，提高全息3D打印机的打印精度。
进一步的，通过逆radon变换与阈值函数对灰度值进行迭代优化还包括：若差值大于差值阈值，则循环执行通过逆radon变换与阈值函数对灰度值进行迭代优化操作。其中，差值阈值的具体设定范围取决于所需的打印精度。
可以理解的是，若差值大于差值阈值，则说明转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值较大，不符合设定的打印精度要求，故循环执行通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化操作，直至将转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值小于或等于差值阈值，符合设定的打印精度要求。
进一步的，根据每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印所述待打印模型包括：根据每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值得到待打印模型的透视效果灰度图；根据透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图；根据紫外光强度图控制全息3D打印机对树脂原料进行紫外光照射固化，得到打印完成的3D模型。
可以理解的是，通过利用计算机断层扫描算法，能够将3D模型转换为光机投影画面，配合全息3D打印机，实现了精度高，打印速度快，无支撑的全息3D打印。
进一步的，根据每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值得到待打印模型的透视效果灰度图包括：将每个层面在同一角度下的迭代优化后的灰度值，按照Z方向上的顺序进行合并，得到待打印模型在该角度下的透视效果灰度图。
可以理解的是，通过将每个层面在同一角度下的迭代优化后的灰度值，按照Z方向上的顺序进行合并，能够得到该角度下整个模型的透视效果灰度图，即待打印三维模型在二维平面上的强度分布情况，具体效果可参考图5。
进一步的，根据透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图包括：对紫外光投影仪的灰度与紫外光强度的对应关系进行校准；根据校准后的灰度与紫外光强度的对应关系，将透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图。
可以理解的是，由于紫外光投影仪投影不同灰度值时，紫外光的强度并不一定根据灰度线性分布，因此需要先校准灰度与紫外光强度的对应关系，根据校准好的对应关系，将灰度图转换为适配紫外光投影仪的强度图。
进一步的，树脂原料放置于旋转的玻璃瓶内。结合图6，在一个具体实施例中，玻璃瓶上方设置有动力装置以带动玻璃瓶转动，玻璃瓶内放置有透明树脂，紫外光投影仪设置在旋转的玻璃瓶的一侧，对放置于旋转的玻璃瓶内的透明树脂进行紫外光照射。
可以理解的是，通过不同强度的紫外光照射旋转的盛有透明树脂的玻璃瓶，部分树脂被累积到一定强度的紫外光照射而固化，从而生成了不同的3D模型。
进一步的，本发明的一个实例提供了一种基于切片算法的全息3D打印装置，该基于切片算法的全息3D打印装置实现如前任意一项技术方案所述的基于切片算法的全息3D打印方法，且能达到相同的效果，为避免重复，此处不再赘述。
进一步的，本发明的一个实例提供了一种基于切片算法的全息3D打印装置，该基于切片算法的全息3D打印装置包括控制器，所述控制器用于执行可执行程序，以实现如前任意一项技术方案所述的基于切片算法的全息3D打印方法，且能达到相同的效果，为避免重复，此处不再赘述。
进一步的，本发明的一个实例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时控制全息3D打印机执行如前任意一项技术方案所述的基于切片算法的全息3D打印方法，且能达到相同的效果，为避免重复，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述基于切片算法的全息3D打印方法包括：
读取待打印模型的3D文件并根据层高与分辨率将所述待打印模型体素化；
将所述待打印模型的体素转换成层面数据，得到各个层面的二值化图像；
对每个层面的所述二值化图像做radon变换，计算得到所述二值化图像在各个角度下的透视效果，并将其转化为每个层面在各个角度下的灰度值；
通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化，得到每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值；
根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印所述待打印模型。
2.根据权利要求1所述的基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化包括：
对经radon变换得到的灰度值做逆radon变换，得到灰度图；
将所述灰度图经过阈值函数转换成二值化图像；
根据转换后的二值化图像与原始二值化图像的差值，对radon变换得到的灰度值做梯度优化。
3.根据权利要求2所述的基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化还包括：
若所述差值大于差值阈值，则循环执行通过逆radon变换与阈值函数对所述灰度值进行迭代优化操作。
4.根据权利要求1所述的基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值控制全息3D打印机打印所述待打印模型包括：
根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值得到待打印模型的透视效果灰度图；
根据所述透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图；
根据所述紫外光强度图控制所述全息3D打印机对树脂原料进行紫外光照射固化，得到打印完成的3D模型。
5.根据权利要求4所述的基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述根据所述每个层面在各个角度下的迭代优化后的灰度值得到待打印模型的透视效果灰度图包括：
将每个层面在同一角度下的迭代优化后的灰度值，按照Z方向上的顺序进行合并，得到所述待打印模型在该角度下的透视效果灰度图。
6.根据权利要求4所述的基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述根据所述透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图包括：
对所述紫外光投影仪的灰度与紫外光强度的对应关系进行校准；
根据校准后的灰度与紫外光强度的对应关系，将所述透视效果灰度图转换为适配紫外光投影仪的紫外光强度图。
7.根据权利要求4所述的基于切片算法的全息3D打印方法，其特征在于，所述树脂原料放置于旋转的玻璃瓶内。
8.一种基于切片算法的全息3D打印装置，其特征在于，所述基于切片算法的全息3D打印装置实现如权利要求1-7任意一项所述的基于切片算法的全息3D打印方法。
9.一种基于切片算法的全息3D打印装置，其特征在于，所述基于切片算法的全息3D打印装置包括控制器，所述控制器用于执行可执行程序，以实现权利要求1-7任一项所述的基于切片算法的全息3D打印方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，
所述计算机程序被处理器执行时控制全息3D打印机执行如权利要求1-7中任意一项所述的基于切片算法的全息3D打印方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310689705.8A CN116714241A (zh) | 2023-06-12 | 2023-06-12 | 基于切片算法的全息3d打印方法、装置、可读存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310689705.8A CN116714241A (zh) | 2023-06-12 | 2023-06-12 | 基于切片算法的全息3d打印方法、装置、可读存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116714241A true CN116714241A (zh) | 2023-09-08 |
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Family Applications (1)
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-
2023
- 2023-06-12 CN CN202310689705.8A patent/CN116714241A/zh active Pending
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