DLP型3D打印系统的制作方法

本发明涉及3d打印技术领域，特别是涉及一种dlp型3d打印系统。

背景技术：

在牙科领域，齿科修复模型，目前主要使用面曝光的dlp类型3d打印机，如光机或投影仪在底部投影每次投影一层的层图，打印平台将成型物品在离型膜上拉拔剥离，修复模型的打印精度要求偏高。

虽然3d打印过程被广泛用于快速成型，但是鉴于齿科修复模型的成型精度要求偏高，受限于目前的dlp型3d打印系统中光机或投影仪分辨率，成型幅面较小；同时由于每次是从离型膜上剥离拉拔，受限于离型膜的材质弹性及拉拔力过大，成型幅面较小；因此，在提高打印机的成型幅面方面仍然充满挑战。

虽然dlp型3d打印系统在各个方面已经有长足进步，但是基于消费者仍然期望市场上能够出现实现快速以及最小化成本来制作齿科修复模型或其他类似工件的dlp类型3d打印机。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种实现在满足精度要求的基础上实现快速打印工件的dlp型3d打印系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种dlp型3d打印系统，包括：树脂供应装置，包括用于存储液态光敏树脂材料的树脂槽、设置于所述树脂槽内且能够沿打印方向移动的成型承载台，所述的成型承载台被配置成用于将所述打印系统打印的工件保持在承载台上；dlp投影光机，被布置成能够朝向所述的成型承载台投影光图像以实现对位于所述成型承载台上的光敏树脂材料进行硬化，所述的dlp投影光机被配置成能够在垂直于打印方向的至少一个xy平面内移动；控制装置，所述的控制装置用于向所述的dlp投影光机传送光图像所对应的切片图像以及基于所传送的切片图像控制所述dlp投影光机在所述的xy平面内移动，所述的控制装置被设定为通过执行以下步骤来制作用于向所述dlp投影光机传送的切片图像：

s1、基于待打印工件的成像数据确定待打印工件形状的三维打印模型，利用与所述xy平面相平行的若干个切割面将所述的三维打印模型至少切割成第一打印区间段和第二打印区间段，利用与所述xy平面相平行的若干个切割面并结合所述打印系统的单次打印厚度将所述的第一打印区间段和第二打印区间段分别切成若干张平行于xy平面的切片，每一张切片代表三维计算机模型上的一薄层；

s2、将利用与所述xy平面相交的若干个切割面对所述第一打印区间段中的各张切片进行切割以将对应所述切片分解成若干张具有第一尺寸的第一子切片图像，利用与所述xy平面相交的若干个切割面对所述第二打印区间段中的各张切片进行切割以将对应所述切片分解成若干张具有第二尺寸的第二子切片图像，其中，所述的第一尺寸大于所述的第二尺寸，所述的第一子切片图像和第二子切片图像均小于等于所述dlp投影光机的分辨率，所述的第一子切片图像和第二子切片图像即为用于向所述dlp投影光机传送的切片图像。

上述技术方案中，优选的，所述的成型承载台包括沿所述xy平面延伸的多孔网板。

上述技术方案中，优选的，所述的树脂供应装置还包括位于所述成型承载台上方的刮板；所述的刮板被设置成能够在所述的xy平面内移动，以将位于所述成型承载台上的液态光敏树脂材料刮平。

上述技术方案中，优选的，所述的dlp型3d打印系统包括一移动装置，所述的dlp投影光机借由一支架安装在所述的移动装置上，所述的移动装置被构造成能够带动所述的dlp投影光机沿第一移动方向以及沿第二移动方向移动，所述的第一移动方向和第二移动方向相互垂直。

上述技术方案中，优选的，所述的移动装置包括第一丝杠传动机构和第二丝杠传动机构；所述的第一丝杠传动机构包括可旋转地安装的第一丝杠和与第一丝杠接合的沿着所述第一丝杠能平移地运动的第一螺母，所述第一螺母构造成用于带动所述的支架沿第一移动方向移动；所述的第二丝杠传动机构包括可旋转地安装的第二丝杠和与所述第二丝杠接合的沿着所述第二丝杠能平移地运动的第二螺母，所述第二螺母构造成用于带动所述的支架沿所述的第二移动方向移动。

上述技术方案中，优选的，所述的移动装置包括第三丝杠传动机构；所述的第三丝杠传动机构包括可旋转地安装的第三丝杠和与第三丝杠接合的沿着第三丝杠能平移地运动的第三螺母，所述第三螺母构造成用于带动所述的支架沿所述的打印方向移动。

本发明的3d打印系统，成幅面宽，打印速度快，详细内容将在具体实施方式中结合实施例予以阐述。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种dlp型3d打印系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的控制装置在形成切片图像时的流程示意图；

图3是待打印的、由9个齿科修复模型组合而成的三维打印组合模型示意图；

图4是根据本发明实施例提供的控制装置对附图3中的三维打印组合模型，利用与xy平面相平行的若干个切割面并且结合打印系统的单次打印厚度进行切割以形成切片的示意图；

图5是根据本发明实施例提供的控制装置将牙龈打印区间段的其中的一张第一切片进行分割得到多张第一子切片图像的示意图；

图6是根据本发明实施例提供的控制装置将牙齿打印区间段的其中的一张第二切片进行分割得到多张第二子切片图像的示意图。

其中：100、打印系统；10、树脂供应装置；11、树脂槽；12、成型承载台；121、多孔网板；122、刮板；123、升降机构；124、平移机构；20、dlp投影光机；30、控制装置；31、控制器；32、控制屏幕；40、移动装置；41、x轴丝杠传动机构；42、y轴丝杠传动机构；43、z轴丝杠传动机构；411、x轴电机；412、x轴丝杠；421、y轴电机；422、y轴丝杠；431、z轴电机；432、z轴丝杠；1001、第一xy平面；1002、第二xy平面；1003、第三xy平面；501、三维打印模型；50、三维打印组合模型；60、间隙；51、牙龈打印区间段；52、牙齿打印区间段；511、第一切片；521、第二切片；5111、第一子切片图像；5211、第二子切片图像；701、第一切割面；702、第二切割面；801、第三切割面；802、第四切割面。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明具体的实施方式。

如图1所示的dlp型3d打印系统100，该系统包括树脂供应装置10、带有光源的dlp投影光机20以及控制装置30。

树脂供应装置10，包括用于存储液态光敏树脂材料的树脂槽11、设置于树脂槽11内且能够沿打印方向（即z轴方向）移动的成型承载台12。成型承载台12包括沿第一xy平面1001（即垂直于打印方向的平面）延伸的多孔网板121。多孔网板121具有第一面积s1，借由该第一面积s1，多孔网板121能够同时将打印系统100打印的多个工件保持在多孔网板121上。多孔网板121上方设置有刮板122，刮板122被配置成在平移机构124的带动下能够在第三xy平面1003内移动，可移动的刮板122的作用是用于将位于多孔网板121上的液态光敏树脂材料刮平。本例中的成型承载台12被安装在一个能够沿z轴升降的升降机构123上，本例的升降机构123为一丝杠传动机构。多孔网板121能够借由该升降机构123上实现随打印层的位置而升降，即在dlp投影光机20每层投影完成后，输出信号给控制装置30，经过控制装置30输出运动信号给升降机构123，多孔网板121下降一个打印层所对应的高度，树脂材料从四周边缘及多孔网板121的孔中向上补充树脂。随后刮板122在平移机构124的带动移动一个多孔网板121的幅面大小距离，共同实现了下个打印层中的液态光敏树脂材料补充及涂铺，然后反馈信号给控制装置30指示光dlp投影光机20进行下一个层厚相关的运动及投影作业。

dlp投影光机20被布置成能够朝向成型承载台12投影光图像，以实现将位于成型承载台12上的光敏树脂材料硬化。

本例中，dlp投影光机20借由一支架（图中未示出）安装在移动装置40上，移动装置40被构造成能够带动dlp投影光机20分别沿x轴方向、沿y轴方向以及z方向移动。dlp投影光机20在移动装置40的带动下将能够在具有第二面积s2的第二xy平面1002内平移，该第二面积s2大于等于多孔网板121的第一面积s1，即dlp投影光机20的移动区域面积大于等级多孔网板121的面积；这样能够使得即使采用低分辨力的dlp投影光机，也可以打印幅面较宽的工件或者同时打印多个小尺寸工件。

移动装置40包括x轴丝杠传动机构41、y轴丝杠传动机构42以及z轴丝杠传动机构43。x轴丝杠传动机构41包括x轴电机411、在x轴电机411带动下实现可旋转地安装的x轴丝杠412以及与x轴丝杠412接合的沿着x轴丝杠412能平移地运动的第一螺母（图中未示出），第一螺母构造成用于带动dlp投影光机20沿x轴方向移动。y轴丝杠传动机构42包括y轴电机421、由y轴电机421带动以实现可旋转地安装的y轴丝杠422和与y轴丝杠422接合的沿着y轴丝杠422能平移地运动的第二螺母（图中未示出），第二螺母构造成用于带动dlp投影光机20沿y轴方向移动。z轴丝杠传动机构43包括z轴电机431、在z轴电机431带动下实现可旋转地安装的z轴丝杠432和与z轴丝杠432接合的沿着z轴丝杠432能平移地运动的第三螺母（图中未示出），第三螺母构造成用于带动dlp投影光机20沿z轴方向移动。dlp投影光机20在xyz方向的三维移动，实现了成型幅面增大，精度可调，操作简单、精度高、适应范围强。

在其他实施方式中，移动装置也可以由非丝杠传动机构来替代，如齿轮移动机构，皮带移动机构等，一切能实现带动dlp投影光机在x轴、y轴以及z轴方向上的精确移动的传动机构方式均可。

控制装置30由控制器31和控制屏幕32两部分构成，控制器31分别与升降机构123、平移机构124、移动装置40上的各个电机以及dlp投影光机20相信号连接，并控制这些部件的工作。本例中，控制装置30除了控制上述部件工作外，还需要制作用于传输给dlp投影光机20的切片图像，控制装置被设定为通过执行以下步骤来形成切片图形，如图2所示：

步骤一：基于待打印工件的成像数据确定待打印工件形状的三维打印模型，利用与xy平面相平行的一个切割面将三维打印模型切割成第一打印区间段和第二打印区间段（本例中，打印系统沿着与xy平面相垂直的z轴方向进行打印）；在其他实施例中，也可以利用与xy平面相平行的多个切割面将三维打印模型切割成数量大于等于3的打印区间段，以满足打印精度要求；

步骤二：利用与xy平面相平行的若干个切割面并结合打印系统100的单次打印厚度将第一打印区间段和第二打印区间段分别切成若干张第一切片和若干张第二切片，每一张第一切片和每一张第二切片均平行于xy平面并且代表三维计算机模型上的一薄层；

步骤三：利用与xy平面相交的若干个切割面对将第一打印区间段所对应的各张第一切片进行切割以将每一张第一切片分解成若干张具有一第一尺寸的第一子切片图像，利用与xy平面相交的若干个切割面对第二打印区间段所对应的各张第二切片进行分割以将每一张第二切片分解成若干张具有第二尺寸的第二子切片图像，其中，第一尺寸大于第二尺寸，第一子切片图像和第二子切片图像均小于等于dlp投影光机20的分辨率；第一子切片图像和第二子切片图像即为向dlp投影光机传送的切片图形；其中，本步骤三中提到的若干切割面可以是与xy面相垂直的面，也可以是与xy面相交成非90°角的面。

在将全部的第一子切片图像和第二子切片图像制作完成后，控制装置30会将各个子切片图像依次传送给dlp投影光机20并以实现打印相应子图片所对应的层，直至完成所有层的打印。

下面以同时批量打印9个齿科修复模型为例，来详细介绍一下上述3d打印系统的整个工作过程。

首先，利用控制装置30制备传送给dlp投影光机20的切片图像：

s1、如图3所示，向控制装置30上输入基于待打印的9个齿科修复模型的各个成像数据确定批量的三维打印模型501，控制装置30将批量的三维打印模型501排列在同一个三维空间内以构建一个新的、宽幅较大的三维打印组合模型50，排列时相邻两个三维打印模型之间留存有间隙60，所有批量打印的9个齿科修复模型对应的三维打印模型501排布方向一致。

s2、利用与xy平面平行的一个切割面将三维打印组合模型50切割成下部的牙龈打印区间段51和上部的牙齿打印区间段52，该步骤的切割方法可以是根据齿科修复模型不同高度的不同打印精度要求来切割，由于齿科修复模型下部对应患者的牙龈，其精度要求比较低，可以快速打印；而齿科修复模型上部对应患者的牙齿咬合面则精度要求较高，需要仔细打印。

s3、利用与xy平面平行的若干切割面并结合打印系统100的单次打印厚度将牙龈打印区间段51和牙齿打印区间段52分别切成若干张第一切片511和若干张第二切片521，如图4所示，每一张第一切片511均平行于xy平面并且代表三维打印组合模型50上对应牙龈打印区间段51的一薄层，每一张第二切片521也均平行于xy平面并且代表三维打印组合模型50上对应牙齿打印区间段52的一薄层。利用多个与xy平面相交的切割面对牙龈打印区间段51所对应的各张第一切片511进行切割以将各张第一切片511分解成具有第一尺寸的第一子切片图像5111，利用多个与xy平面相交的切割面对牙齿打印区间段52所切成的各张第二切片521进行切割以将各张第二切片521分割成具有第二尺寸的第二子切片图像5211；其中，第一尺寸大于第二尺寸；如图5所示，以本例中一张平行于xy平面的第一切片511为例，该切片被2个与xy平面垂直且沿xz平面延伸的第一切割面701以及2个与xy平面垂直且沿yz平面延伸的第二切割面702分切成了9张第一子切片图像5111；如图6所示，以本例中一张平行于xy平面的第二切片521为例，第二切片521被3个与xy平面垂直且沿xz平面延伸的第三切割面801以及3个与xy平面垂直且沿yz平面延伸的第四切割面802分切成了16张第二子切片图像5211。第一子切片图像5111和第二子切片图像5211均小于等于dlp投影光机20的分辨率；第一子切片图像5111和第二子切片图像5211即为向dlp投影光机20传送的切片图像，第一子切片图像5111和第二子切片图像5211输出时应标记出子图片的位置坐标。

再次，控制装置30将牙龈打印区间段51中各打印层所对应的若干张第一子切片图像5111依据位置坐标编辑每个打印层中对应的第一子切片图像5111的打印顺序，以及将牙齿打印区间段52中各打印层所对应的若干张第二子切片图像5211依据位置坐标编辑每个打印层中对应的若干个第二子切片图像5211的打印顺序。

第三，控制装置30控制移动装置40以及dlp投影光机20按照上述打印顺序：控制装置30向dlp投影光机20输出牙龈打印区间段51起始层所对应的全部第一子切片图像5111，控制装置30依据编辑完成的打印顺序控制dlp投影光机20移动到对应位置，并在到达位置后进行投影；在dlp投影光机20完成当前切片层所有第一子切片图像5111的投影时，升降机构123带动成型承载台12向下移动，即每层打印完成多孔网板121下降单张切片层所对应的高度，树脂材料从四周边缘及网孔向上补充树脂，同时刮板122移动一个幅面大小，共同实现了下个打印节奏的树脂补充及平整；然后继续进行牙龈打印区间段51的第二层的打印，直至按此牙龈打印区间段51的全部层打印。

第四，控制装置30依据上述牙龈打印区间段51的相同方法完成牙齿打印区间段52的打印。

最后，从成型承载台12上脱模，即可同时完成多个齿科修复模型的打印。

上述打印过程中，dlp投影光机20在对各个子切片图像进行投影时，控制装置30需要将投影光机20调节或移动到能满足对应子切片图像投射的分辨率要求。

本发明的3d打印系统通过将不同层的切片分解成尺寸不等的子切片图像，从而实现不同层的打印精度不同，其方案能够使得打印系统在兼顾打印精度和打印效率的情况下进行打印，即能够快速实现对大幅度、各段打印工精度要求不同的一个大尺寸工件或多个小尺寸工件实现打印。

尽管参照目前被认为是实践上示例性的实施方式描述了本公开，但应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方式，相反地，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同安排。因此，应当理解的是，前述实施方式是示例性的，不以任何方式限制本公开。