3D打印树脂曝光时间的测试方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，特别是涉及3d打印树脂曝光时间的测试方法。

背景技术：

近年来，激光快速成型技术以其成型速度快、成型精度高、材料利用率高等多重特点，在医疗、航天航空、珠宝、教育及工业设计等领域内得到了快速的发展。光固化树脂作为激光快速成型技术加工的基本原料，其加工过程中的工艺条件直接影响成型件的尺寸精度等级及力学性能优劣。

光固化树脂的曝光时间作为快速成型加工过程中的主要调节参数。树脂的单层曝光加工过程，实质是树脂在固有波长，额定光强度下按设计好的模型图案在截面上发生光固化反应的过程，其曝光时间的长短，直接影响着光学系统杂散光对成型件边缘精度的影响；同时曝光时间也决定着成型件内部树脂凝胶含量的多少，进而直接影响物件的机械性能。因而，在激光快速成型过程中，确立一种科学、系统测定光固化树脂的曝光时间的设计模型及测试方法显得尤为重要。

技术实现要素：

基于此，有必要针对问题，提供一种能够精确测试树脂曝光时间的3d打印树脂曝光时间的测试方法。

一种3d打印树脂曝光时间的测试方法，所述方法包括：

建立粗调模型和细调模型，其中，所述粗调模型包括匹配模型和多个具有不同尺寸的测试模型，至少一个所述测试模型能够容置在所述匹配模型中；

打印多组不同曝光时间的所述测试模型和匹配模型，并根据打印结果确定树脂的曝光时间范围；

将所述曝光时间范围细分为多个曝光时间点，分别按所述曝光时间点打印多组所述细调模型，并记录所述细调模型实际打印出的宽度值的测试数据；

对所述测试数据进行分析处理，获取树脂精确曝光时间与打印宽度的对应关系。

上述3d打印树脂曝光时间的测试方法建立了粗调模型和细调模型，通过在不同曝光时间下打印多组测试模型和匹配模型，可以轻便、快捷的确任树脂的打印效果及其测试模型和匹配模型的匹配性，有效保障了曝光时间范围的准确性。将曝光时间范围，平均细分为多个曝光时间点并分别对应打印所述细调测试模型，数据拟合分析获取树脂曝光时间与打印宽度的对应关系，有效保障了测试过程的可操作性及其测试结果的全面覆盖性，为后续建立不同宽度模型打印对应精确曝光时间提供了有力支撑。

在其中一个实施例中，所述匹配模型为具有预设锥度的环状模型；所述测试模型包括与所述环状模型相匹配且高度相等的第一圆台模型、第二圆台模型和第三圆台模型。

在其中一个实施例中，所述第二圆台模型能够完全内置在所述环状模型中，且所述第二圆台模型的外表面与所述环状模型的内表面完全无缝贴合；

所述第一圆台模型的与所述第二圆台模型的尺寸比为0.98:1；

所述第三圆台模型的与所述第二圆台模型的尺寸比为1.02:1。

在其中一个实施例中，所述环状模型的锥度范围为15-45度。

在其中一个实施例中，打印多组不同曝光时间的所述测试模型和匹配模型，并根据打印结果确定树脂的曝光时间范围，包括：

设定多组不同的曝光时间；

在同一曝光时间下，同一版次打印一组所述匹配模型和多个测试模型；

将同一版次打印出的多个所述测试模型分别与所述匹配模型一一进行匹配，并获取同一曝光时间下的匹配度；

根据所述匹配度确定树脂的曝光时间范围。

在其中一个实施例中，所述曝光时间的时长为2秒。

在其中一个实施例中，所述细调模型包括多个具有不同宽度且高度相同的条状模型。

在其中一个实施例中，所述细调模型包括宽度分别1mm、2mm、4mm、8mm和16mm的所述条状细调模型；

所述细调模型的高度范围为5mm～15mm。

在其中一个实施例中，将所述曝光时间范围细分为多个曝光时间点，分别按所述曝光时间点打印多组所述细调模型，并记录所述细调模型实际打印出的宽度值的测试数据，包括：

将所述曝光时间范围细分为多个曝光时间点；

在同一曝光时间点下，打印多个具有不同宽度的所述条状细调模型；

对应获取不同曝光时间点下的所述条状细调模型实际打印宽度值的测试数据。

在其中一个实施例中，对所述测试数据进行分析处理，获取树脂精确曝光时间与打印宽度的对应关系，包括：

根据所述测试数据，通过函数拟合分别获取不同宽度的所述条状细调模型所对应的精确曝光时间；

对所述不同宽度的所述条状细调模型及其各自对应获取的精确曝光时间再次进行函数拟合，获取树脂的精确曝光时间y与不同打印宽度x的对应关系；

根据所述对应关系获取所需的打印宽度所对应的精确曝光时间。

附图说明

图1为一个实施例中3d打印树脂曝光时间的测试方法的流程图；

图2为粗调模型结构示意图；

图3为细调模型结构示意图；

图4为在不同曝光时间下打印多组所述测试模型和匹配模型，并根据打印结果确定树脂的曝光时间范围的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例中3d打印树脂曝光时间的测试方法的流程图。本发明实施例提供一种3d打印树脂曝光时间的测试方法，所述方法包括以下步骤：

步骤s110：建立粗调模型和细调模型。

在一个实施例中，建立3d打印树脂的粗调模型和细调模型。其中，所述粗调模型包括匹配模型和多个具有不同尺寸的测试模型，至少一个所述测试模型能够容置在所述匹配模型中。

图2为粗调模型的结构示意图。具体地，所述匹配模型为具有预设锥度的环状模型210，所述测试模型包括与所述环状模型相匹配的第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240。圆台也可认为是圆锥被它的轴的两个垂直平面所截的部分，因此也可称为“截头圆锥”。可以理解为，环状模型210的锥度与第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240的锥度相同，其锥度相同，即可相互匹配。

可选地，所述环状模型210的锥度范围为15-45度。在本实施例中，环状模型210的锥度为30度。

进一步地，所述第二圆台模型230与所述环状模型210完全匹配，所述第二圆台能够完全贴合插入至所述环状模型210内。也即，第二圆台模型230横切圆直径与环状模型210内环直径的尺寸比例为1:1，其第二圆台模型230能够完全插入至环状模型210内，其第二圆台模型230的外表面与环状模型210的内表面完全贴合。第二圆台模型230的倾斜角度、外围圆尺寸与所述环状模型210倾斜锥度、内环圆设计尺寸完全一致，第二圆台模型230能够从不同角度完全与环状模型210无缝贴合。所述第一圆台模型220的横切圆直径与所述第二圆台模型230的尺寸比为0.98:1。所述第三圆台模型240的横切圆直径与所述第二圆台模型230的尺寸比为1.02:1。也即，第一圆台模型220、第二圆台模型230、第三圆台模型240的高度相等，且第一圆台模型220、第二圆台模型230、第三圆台模型240的尺寸比为0.98：1：1.02，也可以理解为第一圆台模型220、第二圆台模型230、第三圆台模型240横切圆直径比为0.98：1：1.02。也即，第一圆台模型220、第二圆台模型230、第三圆台模型240一一对应小、中、大三个尺寸信息的圆台模型。

在一个实施例中，匹配模型还可以为圆柱环模型，所述测试模型为与所述圆柱环模型相匹配的圆柱模型。其中，至少一个圆柱模型能够插入至圆柱环模型中。

在一个实施例中，匹配模型还可以为多边棱柱环模型，所述测试模型为与所述圆柱环模型相匹配的多边棱柱模型。其中，至少一个多边棱柱模型能够插入至多边棱柱环模型中。

步骤s120：打印多组不同曝光时间的所述测试模型和匹配模型，并根据打印结果确定树脂的曝光时间范围。

在同一曝光时间下打印一组所述测试模型和匹配模型，并对打印出的测试模型和匹配模型进行匹配。相应的，如此循环，在不同的曝光时间下，打印多组测试模型和匹配模型，并对同一组的测试模型和匹配模型进行匹配，并根据匹配度确定树脂的曝光时间范围。其中，树脂的曝光时间范围为树脂在3d打印过程中的初步曝光时间。

通过设置一个环状模型210和三个具有不同尺寸信息的第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240，通过旋转第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240与环状模型210的相对角度就可以测试其匹配性，进而从全方位充分体现圆台模型与环状模型210的匹配程度。将具有预设锥度的环状模型210和三个具有不同尺寸信息的第一圆台模型220、第二圆台模型230、第三圆台模型240作为粗调模型，可以可轻便、快捷的确任树脂的打印效果及其环状模型210与圆台模型的匹配性，有效保障了树脂在3d打印过程中的初步曝光时间测试的准确性。步骤s130：将所述曝光时间范围细分为多个曝光时间点，分别按所述曝光时间点打印多组所述细调模型，并记录所述细调模型实际打印出的宽度值的测试数据。

在曝光时间范围内，选取多个曝光时间点，在每一个曝光时间点下，打印一组细调模型，并记录打印出的所述细调模型的实际打印宽度的测试数据。

在一个实施例中，所述细调模型包括多个具有不同宽度且高度相同的条状细调模型。

参考图3，具体地，所述细调模型包括宽度分别1mm、2mm、4mm、8mm和16mm的所述条状细调模型。所述细调模型的高度范围为5mm～15mm。选用多个具有不同宽度且高度相同的条状模型作为细调模型，有效保障了测试过程的可操作性及其测试结果的全面覆盖性，为后续建立不同宽度模型打印对应精确曝光时间提供了有力支撑。

可以理解为，在一个曝光时间点下，打印一组宽度分别1mm、2mm、4mm、8mm和16mm的所述条状细调模型，并记录打印出的所述细调模型的实际打印宽度的测试数据。如此重复，在不同的曝光时间点下，可以获取多组分别1mm、2mm、4mm、8mm和16mm的所述条状细调模型的测试数据。

步骤s140：对所述测试数据进行分析处理，获取树脂精确曝光时间与打印宽度的对应关系。

对所述不同设计宽度及其各自对应获取的精确曝光时间再次进行函数拟合，并根据拟合的曲线获取相应的宽度-曝光时间的对应关系，也即可以获取在任意宽度所对应的树脂的精确曝光时间。

上述3d打印树脂曝光时间的测试方法建立了粗调模型和细调模型，通过在不同曝光时间下打印多组测试模型和匹配模型，可以轻便、快捷的确任树脂的打印效果及其测试模型和匹配模型的匹配度，有效保障了曝光时间范围的准确性。将所述确定曝光时间范围细分为多个曝光时间点分别按不同细分曝光时间点打印多组所述细调模型，并获取树脂曝光时间与打印宽度的对应关系，有效保障了测试过程的可操作性及其测试结果的全面覆盖性，为后续建立不同宽度模型打印对应精确曝光时间提供了有力支撑。

在一个实施例中，打印多组不同曝光时间的所述测试模型和匹配模型，并根据打印结果确定树脂的曝光时间范围，具体包括以下步骤：

步骤s402：设定多组不同的曝光时间。

在一个实施例中，设定五组不同的曝光时间，第一组：曝光时间2秒，第二组：曝光时间4秒，第三组：曝光时间6秒，第四组：曝光时间8秒，第五组：曝光时间10秒。在其他实施例中，还可以根据实际需求设定合适的曝光时间以及合适曝光次数(组)。

步骤s404：在同一曝光时间下，同一版次打印一组所述粗条测试模型和匹配模型。

在曝光时间2秒的条件下，同一版次打印第一组测试模型和匹配模型，也即打印第一组环状模型210、第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240。相应的，在曝光时间4秒的条件下，同一版次打印第二组测试模型和匹配模型。在曝光时间6秒的条件下，同一版次打印第三组测试模型和匹配模型。在曝光时间8秒的条件下，同一版次打印第四组测试模型和匹配模型。在曝光时间10秒的条件下，同一版次打印第五组测试模型和匹配模型。

步骤s406：将同一版次打印出的多个所述测试模型分别与所述匹配模型一一进行匹配，并获取同一曝光时间下的匹配度。

将第一组打印的第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240分别与环状模型210进行匹配，也即，判断第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240分别是否能够插入至环状模型210内，根据能够插入的圆台模型的数量来获取在曝光时间2秒条件下的匹配度。

通过设计第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240三个尺寸的测试模型，可以进一步估计树脂在3d打印过程中的初步曝光时间与粗调模型实际曝光时间之间的差距。

相应的，分别对曝光时间4秒、6秒、8秒、10秒的条件下，打印出的四组环状模型210、第一圆台模型220、第二圆台模型230和第三圆台模型240进行匹配，并分别获取在曝光时间4秒、6秒、8秒、10秒条件下的匹配度。

若第一圆台模型220(小)、第二圆台模型230(中)和第三圆台模型240(大)均能插入至环状模型210内，则说明实际曝光时间太短，其匹配度低。若第一圆台模型220(小)、第二圆台模型230(中)和第三圆台模型240(大)均不能插入至环状模型210内，则也说明实际曝光时间太长，其匹配度低。若第一圆台模型220(小)能顺利插入至环状模型210内，且第三圆台模型240(大)不能插入至环状模型210内，则实际曝光时间接近树脂在3d打印过程中的初步曝光时间，其匹配度高。

步骤s408：根据所述匹配度确定树脂的曝光时间范围。

选取匹配度高的一组测试模型和匹配模型，并筛选出第一圆台模型220(小)能顺利插入至环状模型210内且第二圆台模型230(中)不能顺利插入至环状模型210内所对应的曝光时间范围，该曝光时间范围即为曝光时间范围，也即为树脂在3d打印过程中的初步曝光时间。

具体地，曝光时间范围的时长为2秒，也即曝光时间范围可能为2～4秒、4～6秒、6～8秒或8～10秒。

在一个实施例中，将所述曝光时间范围细分为多个曝光时间点，分别按所述曝光时间点打印多组所述细调模型，并记录所述细调模型实际打印出的宽度值的测试数据，具体包括：将所述曝光时间范围细分为多个曝光时间点；在同一曝光时间点下，打印多个具有不同宽度的所述条状细调模型；对应获取不同曝光时间点下的所述条状细调模型实际打印宽度值的测试数据。

在一个实施例中，对所述测试数据进行分析处理，获取树脂精确曝光时间与打印宽度的对应关系，具体包括：根据所述测试数据，通过函数拟合分别获取不同宽度的所述条状细调模型所对应的精确曝光时间；对所述不同宽度的所述条状细调模型及其各自对应获取的精确曝光时间再次进行函数拟合，获取树脂的精确曝光时间y与不同打印宽度x的对应关系；根据所述对应关系获取所需的打印宽度所对应的精确曝光时间。

在一个实施例中，选用一款光固化模型树脂1，在dlp3d打印设备上按照曝光时间2.0、4.0、6.0、8.0、10s分别打印五组粗调模型，对打印出的五组调试模型进行匹配，确定了曝光时间范围为2～4秒。然后在2～4秒内预设五组同的曝光时间点(2.0、2.5、3.0、3.5、4.0秒)，按照预设的五组曝光时间点依次打印五组多个具有不同宽度的条状模型，并对应获取不同曝光时间点下的所述条状模型的实际打印宽度的测试数据，如表1所示。

提取各组实际测量宽度值，并对曝光时间进行excel函数拟合得到拟合函数，通过拟合函数确定五组具有不同宽度(1mm,2mm,4mm,8mm,16mm)的条状模型所对应的精确曝光时间。然后再对得到的具有不同宽度(1mm,2mm,4mm,8mm,16mm)的条状细调模型与其对应的精确曝光时间进行拟合，最终获取不同打印宽度x对应该款树脂的精确曝光时间y的精确函数对应关系，即：

y＝0.337inx+3.083。

根据上述函数的对应关系可以选择实际需求所打印的模型的宽度所对应的精确曝光时间。例如，若所需要打印的宽度为5mm，将x＝5，带入上述函数中，即可快速准确计算出该款光固化模型树脂1所对应的精确的曝光时间。

在一个实施例中，选用一款光固化模型树脂2，在dlp3d打印设备上按照曝光时间2.0、4.0、6.0、8.0、10s分别打印五组粗调模型，对打印出的五组调试模型进行匹配，确定了曝光时间范围为4～6秒。然后在4～6秒内预设五组同的曝光时间点(4.0、4.5、5.0、5.5、6.0秒)，按照预设的五组曝光时间点依次打印五组多个具有不同宽度的条状模型，并对应获取不同曝光时间点下的所述条状模型的实际打印宽度的测试数据，如表2所示。

提取各组实际测量宽度值，并对曝光时间进行excel函数拟合得到拟合函数，通过拟合函数确定五组具有不同宽度(1mm,2mm,4mm,8mm,16mm)的条状模型所对应的精确曝光时间。然后再对得到的具有不同宽度(1mm,2mm,4mm,8mm,16mm)的条状模型与其对应的精确曝光时间进行拟合，最终获取不同打印宽度x对应该款树脂的精确曝光时间y的精确函数对应关系，即：

y＝0.326inx+4.978。

根据上述函数的对应关系可以选择实际需求所打印的模型的宽度所对应的精确曝光时间。例如，若所需要打印的宽度为4mm，将x＝4，带入上述函数中，即可快速准确计算出该款光固化模型树脂2所对应的精确的曝光时间。

在一个实施例中，选用一款光固化铸造树脂3，在dlp3d打印设备上按照曝光时间2.0、4.0、6.0、8.0、10s分别打印五组粗调模型，对打印出的五组粗调模型进行匹配，确定了曝光时间范围为6.0～8.0s秒。然后在6.0～8.0s秒内预设五组同的曝光时间点(6.0、6.5、7.0、7.5、8.0秒)，按照预设的五组曝光时间点依次打印五组多个具有不同宽度的条状模型，并对应获取不同曝光时间点下的所述条状模型的实际打印宽度的测试数据，如表3所示。

提取各组实际测量宽度值，并对曝光时间进行excel函数拟合得到拟合函数，通过拟合函数确定五组具有不同宽度(1mm、2mm、4mm、8mm、16mm)的条状模型所对应的精确曝光时间。然后再对得到的具有不同宽度(1mm、2mm,4mm、8mm、16mm)的条状模型与其对应的精确曝光时间进行拟合，最终获取不同打印宽度x对应该款树脂的精确曝光时间y的精确函数对应关系，即：

y＝0.363inx+6.786。

根据上述函数的对应关系可以选择实际需求所打印的模型的宽度所对应的精确曝光时间。例如，若所需要打印的宽度为6mm，将x＝6，带入上述函数中，即可快速准确计算出该款光固化模型树脂3所对应的精确的曝光时间。

在一个实施例中，选用一款光固化铸造树脂4，在dlp3d打印设备上按照曝光时间2.0、4.0、6.0、8.0、10s分别打印五组粗调模型，对打印出的五组粗调模型进行匹配，确定了曝光时间范围为6.0～8.0s秒。然后在6.0～8.0s秒内预设五组同的曝光时间点(6.0、6.5、7.0、7.5、8.0秒)，按照预设的五组曝光时间点依次打印五组多个具有不同宽度的条状模型，并对应获取不同曝光时间点下的所述条状模型的实际打印宽度的测试数据，如表4所示。

提取各组实际测量宽度值，并对曝光时间进行excel函数拟合得到拟合函数，通过拟合函数确定五组具有不同宽度(1mm、2mm、4mm、8mm、16mm)的条状模型所对应的精确曝光时间。然后再对得到的具有不同宽度(1mm、2mm,4mm、8mm、16mm)的条状模型与其对应的精确曝光时间进行拟合，最终获取不同打印宽度x对应该款树脂的精确曝光时间y的精确函数对应关系，即：

y＝0.327inx+6.969。

根据上述函数的对应关系可以选择实际需求所打印的模型的宽度所对应的精确曝光时间。例如，若所需要打印的宽度为8mm，将x＝8，带入上述函数中，即可快速准确计算出该款光固化模型树脂4所对应的精确的曝光时间。

在一个实施例中，选用一款光固化铸造树脂5，在dlp3d打印设备上按照曝光时间2.0、4.0、6.0、8.0、10s分别打印五组粗调模型，对打印出的五组粗调模型进行匹配，确定了曝光时间范围为8.0～10.0s秒。然后在8.0～10.0s秒内预设五组同的曝光时间点(8.0、8.5、9.0、9.5、10.0秒)，按照预设的五组曝光时间点依次打印五组多个具有不同宽度的条状模型，并对应获取不同曝光时间点下的所述条状模型的实际打印宽度的测试数据，如表5所示。

提取各组实际测量宽度值，并对曝光时间进行excel函数拟合得到拟合函数，通过拟合函数确定五组具有不同宽度(1mm、2mm、4mm、8mm、16mm)的条状模型所对应的精确曝光时间。然后再对得到的具有不同宽度(1mm、2mm,4mm、8mm、16mm)的条状模型与其对应的精确曝光时间进行拟合，最终获取不同打印宽度x对应该款树脂的精确曝光时间y的精确函数对应关系，即：

y＝0.502inx+8.569。

根据上述函数的对应关系可以选择实际需求所打印的模型的宽度所对应的精确曝光时间。例如，若所需要打印的宽度为5mm，将x＝5，带入上述函数中，即可快速准确计算出该款光固化模型树脂5所对应的精确的曝光时间。

上述3d打印树脂曝光时间的测试方法工艺调试方法简便、可操作性强、易于建立数字化存储模型(建立不同打印宽度与曝光时间的一一对应函数)，可实现快速的对树脂在快速成型过程中的曝光时间的测定，极大缩短了树脂与机器的调试时间，有效的保障了成型件的成型质量(精度等级、力学性能等)，显著提升了产品的市场竞争力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。