CN118124158A - 用于光固化的自适应切片方法、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光固化的自适应切片方法、设备及可读存储介质，涉及3D打印技术领域，所述方法包括：S1，以零件模型打印初始位置下表面的截面作为目标截面层；S2，构建灰度图，并计算灰度图的位置信息；S3，根据目标截面层的截面特征计算目标截面层上的光强分布；S4，根据固化阈值及光强分布计算目标截面层的固化深度；S5，设置目标截面层的厚度信息；S6，以目标截面层下表面的截面作为新的目标截面层，并返回步骤S2，直至零件模型切层完毕；S7，将所有灰度图、位置信息及厚度信息按照切层顺序排列并生成目标文件；S8，进行数字光处理3D打印。本发明可根据零件模型的截面特征对切片厚度进行自适应调控，减小截面过固化。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种用于光固化的自适应切片方法、设备及可读存储介质。
背景技术
数字光处理(Digital Light Processing，DLP)3D打印技术是一种基于掩膜的光固化技术，原理是将打印的模型通过高分辨率光学转化器件转化为一层层掩膜图像，促使可光聚合的液体选择性逐层固化从而实现复杂零件成形，能够实现微米级结构制造；在尺寸精度和宏观结构控制方面明显优于直写(Direct ink writing,DIW)、粘结剂喷射(Binder jetting,BJ)、选区激光烧结(Selective laser sintering,SLS)等增材制造技术；因此DLP被认为是一种极具发展前景的增材制造技术，近年来被广泛应用于树脂、陶瓷和水凝胶等材料复杂零件成形。
目前，光固化3D打印方法均是将零件模型切成相等层厚的灰度图片，并且每层灰度图片采用相同曝光能量密度进行曝光固化；但实际过程中，由于零件每个截面的尺寸大小、孔隙占比一般都在随零件结构变化而变化，采用相同曝光能量密度进行固化，根据光强叠加原理，实际上不同面积截面光强能量并不一致，即使截面面积相同，但截面的孔隙占比(截面孔隙率)不同，同样会引起两者光强能量并不一致，这样必然导致不同截面在相同光能量密度下固化厚度并不一致；而目前的光固化3D打印均采用相同的分层层厚，这样容易引起截面过固化、损失零件精度或导致层与层之间连接缺陷；该现象在陶瓷的光固化3D打印领域中，由于陶瓷颗粒的光散射作用，更为显著。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于光固化的自适应切片方法、设备及可读存储介质，可根据零件模型的截面特征对切片厚度进行自适应调控，从而减小截面过固化，并提高零件精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于光固化的自适应切片方法，包括：S1，获取待打印的零件模型，以所述零件模型打印初始位置下表面的截面作为目标截面层；S2，根据所述目标截面层构建灰度图，并计算所述灰度图的位置信息；S3，根据所述目标截面层的截面特征计算所述目标截面层上的光强分布；S4，获取打印材料的固化阈值，并根据所述固化阈值及光强分布计算所述目标截面层的固化深度；S5，根据所述固化深度设置所述目标截面层的厚度信息；S6，根据所述厚度信息，以所述目标截面层下表面的截面作为新的目标截面层，并返回步骤S2，直至所述零件模型切层完毕；S7，将所有灰度图、位置信息及厚度信息按照切层顺序排列，并生成目标文件；S8，根据所述目标文件进行数字光处理3D打印。
作为上述方案的改进，所述根据所述固化阈值及光强分布计算所述目标截面层的固化深度的步骤包括：根据公式Cd＝Sd×ln(Eo/Ed)计算所述目标截面层中每一处的固化深度Cd；其中，Sd为纵向固化系数，Eo为光强分布，Ed为固化阈值。
作为上述方案的改进，所述根据所述目标截面层的截面特征计算所述目标截面层上的光强分布的步骤包括：根据单点光强为高斯分布的特性，利用光强叠加原理，采用Matlab计算所述目标截面层上的光强分布。
作为上述方案的改进，所述计算所述灰度图的位置信息的步骤包括：根据公式hn＝H-H1…-Hn-1计算所述灰度图的位置信息；其中，hn为第n个目标截面层所对应的灰度图的位置信息，H为零件模型的总高度信息，Hn-1为第n-1个目标截面层的厚度信息。
作为上述方案的改进，所述固化深度大于所述目标截面层的厚度信息。
作为上述方案的改进，所述截面特征包括截面尺寸、截面形状、截面孔隙占比、截面孔隙形状及截面孔隙分布。
作为上述方案的改进，所述打印材料在光作用下产生聚合反应，所述打印材料包括树脂、水凝胶、明胶、陶瓷浆料、金属浆料及其复合材料。
作为上述方案的改进，所述目标文件的格式包括obj格式、slc格式、photon格式及fdg格式。
相应地，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述用于光固化的自适应切片方法的步骤。
相应地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述用于光固化的自适应切片方法的步骤。
实施本发明，具有如下有益效果：本发明可根据零件模型的截面特征对切片厚度进行自适应调控，从而减小截面过固化，并提高零件精度。
附图说明
图1是本发明用于光固化的自适应切片方法的实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，图1显示了本发明用于光固化的自适应切片方法的实施例流程图，其包括：
S101，获取待打印的零件模型，以零件模型打印初始位置下表面的截面作为目标截面层；
获取用户上传的待打印的零件模型，并将零件模型的总高度记作为H；然后，以零件模型打印初始位置下表面的截面作为第一层的目标截面层，记作P1。
S102，根据目标截面层构建灰度图，并计算灰度图的位置信息；
相应地，第一层的目标截面层对应的灰度图的位置信息记作h1，第二层的目标截面层对应的灰度图的位置信息记作h2。
具体的，根据以下公式计算灰度图的位置信息：
hn＝H-H1…-Hn-1
其中，hn为第n个目标截面层所对应的灰度图的位置信息，H为零件模型的总高度信息，Hn-1为第n-1个目标截面层的厚度信息。
例如，以零件模型打印初始位置下表面为基准，距离零件模型底面H-H1…-Hn-1处的截面为第n层目标截面层所对应的灰度图，记作Pn,即hn＝H-H1…-Hn-1。
S103，根据目标截面层的截面特征计算目标截面层上的光强分布；
需要说明的是，根据单点光强为高斯分布的特性，利用光强叠加原理，采用Matlab计算目标截面层上的光强分布。
优选地，截面特征包括截面尺寸、截面形状、截面孔隙占比、截面孔隙形状及截面孔隙分布。
S104，获取打印材料的固化阈值，并根据固化阈值及光强分布计算目标截面层的固化深度；
获取用户上传的打印材料的固化阈值，根据固化阈值及光强分布计算目标截面层的固化深度，记作D1。
需要说明的是，打印材料可在光作用下产生聚合反应，包括树脂、水凝胶、明胶、陶瓷浆料、金属浆料及其复合材料，但不以此为限制。
相应地，可根据beer lambert定律求解处每一处的固化深度。具体地，根据以下公式，计算目标截面层中每一处的固化深度Cd：
Cd＝Sd×ln(Eo/Ed)
其中，Sd为纵向固化系数，Eo为光强分布，Ed为固化阈值(即临界固化光强)，Sd与Ed的具体数值只与打印材料相关。
S105，根据固化深度设置目标截面层的厚度信息；
本发明中，固化深度大于目标截面层的厚度信息。
将第一层的目标截面层的厚度信息，记作H1，则H1<D1，优选地，固化深度与厚度信息之间的差值为5-20μm，但不以此为限制。
S106，根据厚度信息，以目标截面层下表面的截面作为新的目标截面层，并返回步骤S102，直至零件模型切层完毕；
依次重复步骤S102、步骤S103、步骤S104，步骤S105及步骤S106，直至零件模型完全切层完毕。
S107，将所有灰度图、位置信息及厚度信息按照切层顺序排列，并生成目标文件；
目标文件的格式包括obj格式、slc格式、photon格式及fdg格式，但不以此为限制。
S108，根据目标文件进行数字光处理3D打印。
因此，本发明可根据零件模型的截面特征对切片厚度进行自适应调控，从而减小截面过固化，并提高零件精度。
相应地，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述用于光固化的自适应切片方法的步骤。同时，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述用于光固化的自适应切片方法的步骤。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，包括：
S1，获取待打印的零件模型，以所述零件模型打印初始位置下表面的截面作为目标截面层；
S2，根据所述目标截面层构建灰度图，并计算所述灰度图的位置信息；
S3，根据所述目标截面层的截面特征计算所述目标截面层上的光强分布；
S4，获取打印材料的固化阈值，并根据所述固化阈值及光强分布计算所述目标截面层的固化深度；
S5，根据所述固化深度设置所述目标截面层的厚度信息；
S6，根据所述厚度信息，以所述目标截面层下表面的截面作为新的目标截面层，并返回步骤S2，直至所述零件模型切层完毕；
S7，将所有灰度图、位置信息及厚度信息按照切层顺序排列，并生成目标文件；
S8，根据所述目标文件进行数字光处理3D打印。
2.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述根据所述固化阈值及光强分布计算所述目标截面层的固化深度的步骤包括：
根据公式Cd＝Sd×ln(Eo/Ed)计算所述目标截面层中每一处的固化深度Cd；
其中，Sd为纵向固化系数，Eo为光强分布，Ed为固化阈值。
3.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述根据所述目标截面层的截面特征计算所述目标截面层上的光强分布的步骤包括：根据单点光强为高斯分布的特性，利用光强叠加原理，采用Matlab计算所述目标截面层上的光强分布。
4.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述计算所述灰度图的位置信息的步骤包括：
根据公式hn＝H-H1…-Hn-1计算所述灰度图的位置信息；
其中，hn为第n个目标截面层所对应的灰度图的位置信息，H为零件模型的总高度信息，Hn-1为第n-1个目标截面层的厚度信息。
5.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述固化深度大于所述目标截面层的厚度信息。
6.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述截面特征包括截面尺寸、截面形状、截面孔隙占比、截面孔隙形状及截面孔隙分布。
7.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述打印材料在光作用下产生聚合反应，所述打印材料包括树脂、水凝胶、明胶、陶瓷浆料、金属浆料及其复合材料。
8.如权利要求1所述的用于光固化的自适应切片方法，其特征在于，所述目标文件的格式包括obj格式、slc格式、photon格式及fdg格式。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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