技术领域本发明涉及快速成型领域，具体地说，是涉及一种光固化三维打印机及三维物体的成型方法。
背景技术：
目前，三维（3D）打印根据不同的成型原理，其使用的材料多种多样。这些材料包括光敏树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、腊型等材料，还包括不锈钢、钴铬钼合金、铝合金等金属类材料。然而，现有的打印方式一般只能逐行逐层打印，无法实现一次快速的成型一层或者是一次多层打印，因此存在打印速度慢的问题。激光具有波长短，分辨率高，能量聚焦集中、稳定等优点，激光在某位置的能量密度与激光射出的光斑大小有关，光斑越小，能量密度越大。而激光光斑大小可利用不同焦距透镜进行调节。通过适当聚焦后，可以使激光的能量密度进入加工区域之前低于加工材料的稳定值。而在加工区域，能量密度大于其稳定临界值，从而可以直接破坏材料的化学键，改变其形态。而不会对其它部分的打印材料进行加热，通常利用激光这些特点得到加工表面良好，尺寸精度高的工件。利用上面激光的特点和一些新型的材料，开发一种快速的3D打印机和打印方法就十分必要。申请号为CN201110107639.6的中国发明专利申请公开了一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，其虽然实现了三维打印中对激光强度的控制作用，但是其成型原理仍然是以点固化的方式进行，其成型效率较低。申请号为CN201510666973.3的中国发明专利申请公开了一种3D投影式光固化3D打印机，该打印机包括3D立体投影系统、树脂盒和计算机控制的激光器;将三维模型根据成型精度沿着Z轴切片为二维面图案;利用计算机控制激光经过Z轴聚焦振镜和xy扫描，在液态光敏树脂中形成三维立体图像;激光焦点处能量密度最高使光敏树脂固化，而其他地方由于激光能量密度低，光敏树脂仍然保持液态。经过照射，在液体中固化出所需要的三维模型。这种成型方式在理论上具有成型快的特点，但是实际上其实现难度是非常高的，一方面，这种3D立体投影技术仍处于试验阶段，技术并不成熟，其在三维空间内控制激光的强度不易实现，这就对成型过程的精度产生不良影响。并且，对于内部有空隙、空穴的三维物体，这种三维成型方式的效果也不理想，特别是在空穴的周围表面的成型，有的时候是无法实现的。
技术实现要素：
针对现有的三维打印机存在的缺陷，本发明的主要目的是提供一种成型速率较高且成型过程合理、易控制的光固化三维打印机。本发明的另一目的是提供一种成型速率快且易于控制成型过程的三维物体的成型方法。本发明提供的光固化三维打印机,包括光敏树脂槽，在光敏树脂槽的至少两个侧面方向上设置有平面激光单元，光敏树脂槽上具有透明部分；平面激光单元具有激光器和聚焦透镜，激光器产生平面型激光束，聚焦透镜设置在激光器的光路上，平面型激光束在光敏树脂槽内的聚焦位置可调节。由上述方案可见，实现了光敏树脂的逐层固化，成型效率提高，并且这种平面型激光束的控制过程比较简单，易于操作。一个优选的方案是，光敏树脂槽为长方体，光敏树脂槽具有底壁和依次连接的四个周壁，每一个周壁和底壁均具有透明部分；所述平面激光单元包括第一平面激光单元以及第二平面激光单元；至少一个周壁的外侧设置有第一平面激光单元，在光敏树脂槽的槽口外侧和/或底壁外侧设置有第二平面激光单元，每一个平面激光单元可相对于光敏树脂槽移动。一个优选的方案是，光敏树脂槽的底壁与升降单元连接，光固化三维打印机还包括控制器，控制器分别与平面激光单元、升降单元电连接并向平面激光单元、升降单元输出控制信号。由上述方案可见，提高自动控制作用。一个优选的方案是，光敏树脂槽内盛装有成型材料，成型材料具有核层和壳层，壳层包裹核层，当激光束的强度在阈值以上时可破坏壳层，核层为光敏树脂。由上述方案可见，提高对光敏树脂材料的保护作用，因为在这种三维打印机中，虽然在阈值以下的激光束不会使得光敏树脂固化，但是激光束的能量依然会使得光敏树脂发生一些性质变化而使得整个体统发生不稳定，特别是与阈值接近能量的激光束，其对光敏树脂的影响较为显著。而壳层结构的设置则可以对核层的光敏树脂起到很好地保护作用，避免其受到激光束的干扰。一个优选的方案是，四个周壁的外侧均设置有平面激光单元，光敏树脂槽的槽口外侧也设置平面激光单元。由上述方案可见，在五个面的方向上设置平面激光单元，这样可以实现五个方向的同时打印，提高打印效率，并且这种打印机对于内部有空穴的三维物体，打印效果会更好。一个优选的方案是，聚焦透镜以前聚焦方式或者后聚焦方式实现平面型激光束焦点位置的调节；或者通过把平面激光单元固定在一个位置而移动光敏树脂槽或者把光敏树脂槽固定在一个位置而移动平面激光单元实现平面型激光束焦点位置的调节。三维物体的成型方法，包括：加料步骤，在光敏树脂槽内加入光敏树脂；平面激光生成步骤，激光器发出平面型激光束，平面型激光束进入到光敏树脂槽的内部，同时，聚焦透镜相对于激光器移动而调节激光束的焦点位置，在光敏树脂槽给定的平面层内平面型激光束的强度达到阈值以上；固化步骤，在光敏树脂槽内处于阈值以上的光敏树脂发生固化形成第一成型层；反复对平面型激光束的焦点位置进行调节并逐层形成固化光敏树脂层，直至形成需要的三维物体。由上述方案可见，逐层打印，打印效率高，并且平面型激光束容易控制。一个优选的方案是，三维物体的成型方法包括切片步骤，对于切片步骤得到的其中至少一个层划分为至少包括第一部分和第二部分；第一部分由第一平面激光单元发出的激光束固化，同时，第二部分由第二激光单元发出的激光束固化。一个优选的方案是，三维物体至少包括第一局部体和第二局部体；第一局部体由第三平面激光单元发出的激光束固化，同时，第二局部体由第四激光单元发出的激光束固化。一个优选的方案是，在光敏树脂槽内加入成型材料，成型材料具有核层和壳层，壳层包裹核层，核层为光敏树脂；在平面激光生成步骤中，当激光束的强度在阈值以上时破坏壳层，壳层发生破坏后暴露出光敏树脂，光敏树脂在阈值以上的激光束下发生固化。一个优选的方案是，平面激光单元具有激光器和聚焦透镜，聚焦透镜以前聚集方式或者后聚焦方式实现平面型激光束焦点位置的调节；或者通过把平面激光单元固定在一个位置而移动光敏树脂槽或者把光敏树脂槽固定在一个位置而移动平面激光单元实现平面型激光束焦点位置的调节；光敏树脂槽的底壁与升降单元连接，光固化三维打印机还包括控制器，控制器分别与平面激光单元、升降单元控制连接。附图说明图1是本发明光固化三维打印机第一实施例的结构图。图2是本发明光固化三维打印机第一实施例的平面激光单元的结构图。图3是本发明光固化三维打印机第二实施例的结构分解图。图4是本发明光固化三维物体的成型方法第二实施例的示意图。图5是本发明光固化三维物体的成型方法第三实施例的切片步骤的层划分的示意图。以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。具体实施方式光固化三维打印机第一实施例如图1所示，本实施例的光固化三维打印机包括光敏树脂槽10，光敏树脂槽10为长方体，光敏树脂槽10具有底壁11和依次连接的四个周壁12，每一个周壁12均具有透明部分。至少一个周壁12的外侧设置有平面激光单元（未示出），在光敏树脂槽10的槽口13外侧设置有平面激光单元20，每一个平面激光单元20可相对于光敏树脂槽10移动。当然，平面激光单元20也可以设置在底壁11的下方。并且，光敏树脂槽10上下两端都可以设置平面激光单元20。如图2所示，平面激光单元20具有激光器21和聚焦透镜22，激光器21可产生平面型激光束23，聚焦透镜22设置在激光器21的光路上，聚焦透镜22可相对于激光器21移动。具体地，把激光器21固定在一个位置后移动聚焦透镜22，或者把聚焦透镜22的位置固定而移动激光器21。本实施例的激光器21是能够产生平面型激光束的激光器。平面型激光束是指激光形成二维方向上的面积大小可以调节的激光平面，例如现有的激光器可以通过X、Y扫描振镜得到平面型激光束，例如，长春理工大学的徐亮亮的硕士论文，题目为《二维激光振镜扫描控制系统设计》的文章中介绍了一种二维激光束的产生方法。在该论文，章节2.1描述到该二维激光振镜扫描控制系统由PC机、驱动器、电源、振镜头、激光器、聚焦透镜、扫描表面等部分组成。这里的PC机、驱动器、电源、振镜头、激光器、聚焦透镜等部件就形成了本申请另外一种实施例的平面激光单元。在章节2.3.1中，其给出了两种聚焦方式，分别是前聚焦方式和后聚焦方式，这两种聚焦方式构成本申请平面激光单元的另一实施例。此外，在其它实施例中，平面激光单元的整体与光敏树脂槽之间的相对位置是可以调整的，例如把平面激光单元固定在一个位置而移动光敏树脂槽，或者把光敏树脂槽固定在一个位置而移动平面激光单元，这样移动的目的也是为了调节平面激光束在光敏树脂槽内的焦点位置，移动的方式具体可以采用步进电机控制其在轨道上滑动。光固化三维打印机第二实施例如图3所示，本实施例的光固化三维打印机包括光敏树脂槽，光敏树脂槽为长方体，光敏树脂槽具有底壁和依次连接的四个周壁。具体地，四个周壁分别为第一周壁31、第二周壁32、第三周壁33和第四周壁34。在相对于底壁的一侧，四个周壁围绕形成的空间上方形成槽口16。四个周壁和底壁均由透明材料制成，透明材料是为了减少对激光束的吸收作用。在四个周壁的外侧各自设置有一个平面激光单元，分别为第一平面激光单元25、第二平面激光单元26、第三平面激光单元27和第四平面激光单元28。在光敏树脂槽的槽口16外侧设置第五平面激光单元29。每一个平面激光单元可相对于光敏树脂槽移动，具体地，把平面激光单元固定在一个位置后移动光敏树脂槽，或者把光树脂槽固定在一个位置而移动平面激光单元。光敏树脂槽的底壁与升降单元30连接，光固化三维打印机还包括控制器40，控制器40分别与第一平面激光单元25、第二平面激光单元26、第三平面激光单元27、第四平面激光单元28、升降单元30控制连接。升降单元30的实现方式例如为升降丝杆，移动轨道等。控制器40具体可以是计算机、可编程逻辑控制器（PLC）等控制系统。在光固化三维打印机的其它变形实施例中，光敏树脂槽的形状也可以设置为其它形状如圆球、椭圆球、棱台等几何体形状。当光敏树脂槽的形状为圆形时，其侧面方向是指圆球在上、下、左、右、前、后的六个侧面方向上的任意一个方向，或者把光敏树脂槽作为三维坐标轴的原点，其侧面方向是指在X、Y、Z的正方向或负方向的共六个方向。虽然在上面的实施例中，长方体的光敏树脂槽是具有槽口的，当在其它实施例中，光敏树脂槽也可以是封闭式结构或者可开闭式结构。三维物体的成型方法第一实施例三维物体的成型方法包括下面的步骤，首先，执行加料步骤，在光敏树脂槽内加入光敏树脂，光敏树脂可以是现有的用于三维物体成型的光敏树脂。光敏树脂可以是液体，优选地，液体具有一定黏稠度。光敏树脂的加入方式可以一次性加入或者采用自动加入系统实现对光敏树脂槽内的光敏树脂的持续补充，例如在公开号为CN204955465U的中国实用新型专利中就公开了一种对光敏树脂槽自动补给的装置，在这种实施例中，光敏树脂槽的槽口可以是封闭的。接着，执行平面激光生成步骤，激光器发出平面型激光束，平面型激光束进入到光敏树脂槽的内部，同时，聚焦透镜相对于激光器移动而调节激光束的焦点位置，在光敏树脂槽给定的平面层内平面型激光束的强度达到阈值以上，该阈值可以是指激光束的强度值正好足以使得光敏树脂发生固化，当激光束的强度在阈值以下时，光敏树脂不会发生固化，而在阈值以上时光敏树脂发生固化。然后，执行固化步骤，在光敏树脂槽内处于阈值以上的光敏树脂发生固化形成第一成型层。反复对平面型激光束的焦点位置进行调节并逐层形成固化光敏树脂层，直至形成需要的三维物体。平面型激光束的焦点位置的调节，一般可以通过移动聚焦透镜与激光器的相对位置完成。三维物体的成型方法第二实施例本实施例的成型方法包括了成型方法第一实施例的步骤，即执行加料步骤、平面激光生成步骤以及固化步骤。与第一实施例不同的时，如图4所示，本实施例的三维物体50分割为第一局部体51、第二局部体52和第三局部体53。第一局部体51由第三平面激光单元54发出的激光束固化，第二局部体52由第四平面激光单元55发出的激光束固化，同时第三局部体53由第五平面激光单元56发出的激光束固化。打印时，第一局部体51由切片软件切片为多个层，并且首先从远离第三平面激光单元54的层开始固化成型，逐渐向右侧固化后形成第一局部体51。第二局部体52也被切片为多个层，并且首先从远离所述第四平面激光单元55的层开始固化成型，逐渐向上侧方向固化后形成第二局部体52。第三局部体53也被切片为多个层，并且首先从远离所述第五平面激光单元56的层开始固化成型，逐渐向左侧方向固化后形成第三局部体53。三维物体的成型方法第三实施例本实施例的成型方法在执行成型方法第一实施例的步骤之前包括切片步骤，即在执行加料步骤前，先执行切片步骤。如图5所示，对于切片步骤得到的其中一个层。这个层划分为包括第一部分61和第二部分62。第一部分61由第一平面激光单元发出的激光束固化，同时，第二部分62由第二激光单元发出的激光束固化。把层切割分为两个部分的目的在于方便第一平面激光单元和第二平面激光单元对该层的同时地固化成型。在优选的实施例中，第一部分61与第二部分62的面积是相同的，这样可以使得成型效率加快。在另一优选的实施例中，第一部分61的所有位置更加靠近第一平面激光单元，第二部分62的所有位置更加靠近第二平面激光单元，这样可以避免两个激光单元之间的干扰，加快成型的效率和质量。在其它实施例中，光敏树脂槽内盛装有成型材料，成型材料具有核层和壳层，壳层包裹核层，当激光束的强度在阈值以上时可破坏壳层，核层为光敏树脂。在平面激光生成步骤中，当激光束的强度在阈值以上时破坏壳层，壳层发生破坏后暴露出光敏树脂，光敏树脂在阈值以上的激光束下发生固化。在一个实施例中，光敏树脂为油性光敏树脂，其可以制备形成水包油（O/W）型的乳液，这样乳液外部的水可以对光敏树脂起到保护作用，这种水包油型乳液的制备方法具体可以参考大庆石油学院学报刘晓艳的水包油型油水乳液的制备的论文，或者华南理工大学邹声文的博士论文Pickering乳液模板法制备结构可控的多孔聚合物微球和整体柱。在一个实施例中，光敏树脂为水性光敏树脂，其可以制备形成油包水（W/O）型的乳液，这样乳液外部的油层也可以对内部的水性光敏树脂起到保护作用，这种油包水型乳液的制备方法具体可以参考山东大学汪晶晶的基于相转变的油包水乳液制备及稳定性研究，或者山东大学潘红的低能法制备油包水纳米乳液及其性能研究，或者参考现有的其它制备方法得到。最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，诸如对平面激光单元的数量进行进一步的限定的设计等也在本发明的权利要求保护范围之内。