一种光固化3D打印方法与流程

本发明涉及3D打印机领域，特别涉及一种提高光固化成型速度的3D打印方法。

背景技术：
目前，光固化3D打印时，可以将待打印物体录入控制单元(虚拟化)，并将所得到的三维模型分割为多个具有唯一横截面形状且厚度相同的多个层。之后，采用光源按照层的横截面形状照射液态光敏树脂，使液态光敏树脂在承载平台上固化为薄层。后一个薄层固化于前一个薄层的下表面，相互累积的薄层最终形成了完成的打印物体。另外，每打印完一个薄层都需要承载单元移动一定的距离，为下一个薄层的固化做准备，因此，存在较长的停顿时间。由于薄层的分化过于分散，以使得控制单元需要反复分析薄层的横截面以及外轮廓，再控制光源进行照射。然而，实际上，相邻的两个薄层之间的横截面形状可能是相同的或者仅仅存在微弱的差异，那么，控制单元将其作为两个不同的薄层进行分析处理，无疑会导致打印速度下降，而且固化精度也没有显著的提高。因此，需要提供一种更为智能的、快速的，同时还能够保证打印精度的打印方法。

技术实现要素：
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种光固化3D打印方法，包括：获取三维模型步骤：获取具有轴线L的待打印物体的三维模型数据；层化步骤：根据所述待打印物体的三维模型数据，将所述待打印物体的三维模型离散化为具有相同厚度d的1,2,3,4……n层；获取层数据步骤：获取每一层的轮廓线数据以及面积数据，所述轴线L在所述每一个层上具有中心位置O1～On；层叠加步骤：将所述第一层的中心位置O1和所述第二层的中心位置O2相互重合，以使所述第一层和第二层相互叠加，获取第一层覆盖区域和第二层覆盖区域面积的并集B以及交集J；数据比较步骤：将所述并集与所述交集之差ΔS＝B-J与预设的门限阀值T比较，当ΔS≤T时，将所述第一层和所述第二层合并为厚度为2d的1’层，该层采用所述第一层的轮廓线数据以及面积数据；当ΔS＞T，保持所述第一层和所述第二层各自的轮廓线数据、面积数据以及厚度，并且分别记为1’层和2’层；重复上述过程，比较第三层和第二层、第四层和第三层直至第n层和第n-1层，以形成具有不同厚度d1’～dn’的1’～n’层；打印步骤：按照所述轮廓线数据、面积数据以及厚度，依次打印所述1’～n’层，使其相互累积以形成完整的打印物体。为了在提高打印速度的同时，不显著降低打印精度，在本发明的一些实施方式中，将门限阀值T设定为≤J/1000，因此，相邻的层之间只有在其轮廓和面积及其近似的情况下，才会被合并处理。这种限定方式避免了形状差异较大的相邻层被误合并为一层。在本发明的一些实施方式中，所述1’～n’层具有最大厚度dmix，在所述数据比较步骤和所述打印步骤之间，包括：层厚度控制步骤：当所述d1’大于dmix时，将所述1’层分割为具有厚度为dmix的11’、12’、13’……1m’层以及具有厚度为d1’-mdmix的1x’层，并对所述2’～n’层中厚度大于dmix的层做相同处理。进一步地，本发明提供的3D打印方法并非一味的提高打印速度，而且同时还考虑了如何确保打印精度的问题。具体而言，由于每一台光固化3D打印机的光源具有最大功率，因此，其不可能根据层厚度无限制的提高功率以满足打印需求。那么，当合并后的1’～n’层的厚度超过最大允许厚度值dmix时，就需要根据光源的承受能力将1’～n’分割为多个具有最大允许厚度值dmix的11’、12’、13’……1m’层，余下的厚度不足dmix的1x’层。本发明提供的光固化3D打印方法通对横截面相同或相似的临近层采取合并的方式处理，在固化时，通过控制单元直接调整光源的曝光时间，功率，输出强度等参数，使得具有n倍的预设厚度d的薄层一次固化成型于承载单元之上，在基本不会降低打印精度的前提下，结合现有的SLA或DLP技术，能够使打印速度提高20～100倍，结合美国Carbon3D公司的CLIP(持续界面液体生成)技术，甚至能够使打印速度提高50～500倍，其具有十分可观的经济效益。附图说明图1为本发明提供的打印方法流程图。图2为本发明实施例中所采用的待固化物体的三维模型示意图；图3(a)～(e)为图1中的待固化物体三维模型的分层图；图4为第二层和第一层的轮廓及面积比较图；图5为第三层和第二层的轮廓及面积比较图；图6为第四层和第三层的轮廓及面积比较图；具体实施方式参照图1，本发明一实施方式提供的光固化3D打印方法包括获取三维模型步骤、层化步骤、获取层数据步骤、层叠加步骤、数据比较步骤以及打印步骤。为了进一步详细的阐述本实施方式所述的光固化3D打印方法，设定如图2所述的不规则三维立体图形作为待打印物体，并且将其分割为如图3(a)～(e)所示的编号为1、2、3、4……20的层，每一个层的厚度d＝0.2mm。通过控制单元获取编号为1、2、3、4……20的层的轮廓线数据以及面积数据，并且选定一个穿过三维物体的轴线L，所述轴线L在每一个层之上具有位置相对固定的中心位置O1～On。参照图3所示，将第1层和第2层的中心位置O1和O2重叠，以使第一层和第2层彼此覆盖。对第1层所覆盖的面积以及第2层所覆盖的面积取并集，记为B1，对第1层所覆盖的面积以及第2层所覆盖的面积取交集，记为J1，并集与交集之差记为ΔS1＝B1-J1，ΔS1实际上为第1层和第2层的轮廓线上相应的点的纵坐标做差值运算，然后再在横坐标上求积分运算所得到的结果。图3中黑色区域所示部分即为ΔS1。为保证采用本发明提供的3D打印方法能够具有较好的打印精度，设定一门限阀值T，优选地，T≤J1/1000。当ΔS1≤T时，将第1层与第2层合并为1’层，该层具有厚度2d，即0.4mm，并且该层的轮廓线数据以及面积数据均采用原第1层的相应数据。当ΔS1＞T时，第1层和第2层不变，仍然保持各自的轮廓线数据以及面积数据，并且标记为第1’层和第2’层。参照图4以及图5所示，分别示出了第3层和第2层比较，第4层和第3层比较时的示意图，其比较方式以及步骤与上述相同。假设第1层和第2层比较之后，ΔS1≤T，第1层与第2层合并为1’层，并且第3层和第2层比较之后ΔS2≤T，则将第3层也合并入1’层中，此时，1’层具有厚度3d，即0.6mm，并且该层的轮廓线数据以及面积数据均采用原第1层的相应数据假设第1层和第2层比较之后，ΔS1＞T，第1层和第2层不变，并且第3层和第2层比较之后ΔS2≤T，则将第3层合并入第2’层，使得第2’层的厚度变为2d＝0.4mm，该层的轮廓线数据以及面积数据均采用第2’层的相应数据，即原第2层轮廓线以及面积数据。为了进一步说明本实施方式的打印方法，假设所有的二十个层通过比较得到如下结果：①第1～3层合并为第1’层，其厚度为3d＝0.6mm，其轮廓线以及面积数据采用原第1层的相应数据。②第4～7层合并为第2’层，其厚度为4d＝0.8mm，其轮廓线以及面积数据采用原第4层的相应数据。③第8～10层合并为3’层，其厚度为3d＝0.6mm，其轮廓线以及面积数据采用原第8层的相应数据。④第11～16层合并为4’层，其厚度为6d＝1.2mm，其轮廓线以及面积数据采用原第11层的相应数据。⑤第17～18层合并为5’层，其厚度为2d＝0.4mm，其轮廓线以及面积数据采用原第17层的相应数据。⑥第19～20层合并为6’层，其厚度为2d＝0.4mm，其轮廓线以及面积数据采用原第19层的相应数据。那么打印时，控制单元需要根据上述1’～6’层的相应数据控制光源的功率以及曝光时间，使其照射液态光敏树脂，在承载平台上形成相应的薄层，此时，控制单元仅仅需要输出六组数据，而非原来的二十组，那么将显著的缩短承载单元的移动时间以及光源切换不同的功率的时间，使打印过程变得更为连续。考虑不同的3D打印机的光源并不是随意调控的，其具有最大功率，再次功率下，能够一次固化的薄层厚度也受到相应的限制。在本发明的另一个实施方式中，为了不降低打印精度，其设定了薄层的最大允许厚度值dmix。为了便于说明，假设dmix＝0.5mm，那么上述合并后得到的第4’层的层厚度1.2mm超出了dmix。那么，1.2除以0.5商为2，余数为0.2，即表示第4’层应当被分割为厚度为0.5mm的41’层和42’以及厚度为0.2mm的4x’层。按照上述方式，其余的层也做相同的处理，因此，本实施方式提供的3D打印机方法不但考虑到了打印速度，而且兼顾打印精度。采用上述3D打印机方法能够显著提高效率，取得更大的经济效益。以上对本发明的各种实施例进行了详细说明。本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明范围(由所附的权利要求书限定)的情况下，对实施方案进行各种修改、改变和变化。对权利要求范围的解释应从整体解释且符合与说明一致的最宽范围，并不限于示例或详细说明中的实施范例。