一种3D打印装置的制作方法

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种3d打印装置。

背景技术：

3d打印即以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。现有的3d打印技术主要包括热熔塑胶基础技术、激光烧结成型技术、光固化成型3d打印技术等。其中，光固化成型3d打印技术利用显示面板成像原理，在微型计算机及显示面板驱动电路的驱动下，由计算机程序提供图像信号。在3d打印过程中，通过3d打印显示面板显示待打印图像，显示待打印图像的区域发出的光线照射容置槽内盛放的液态树脂，从而使被照射到的液态树脂成为固态，形成需要打印模型的一个薄层，多次重复此打印过程，即可实现任意复杂结构部件的简单化生产。

通常的3d打印显示面板根据人眼对灰阶变化的敏感程度进行gamma补正，即人眼对低灰阶变化感知敏感，对高灰阶变化感知迟钝，通过gamma补正可以使人眼感知面板的能量随灰阶线性变化，增加对灰阶的区分能力。现有的显示面板的gamma补正的v-t曲线是一种非线性响应，补正公式为：

li=l255×(i/255)^γ

其中，li为第i个灰阶的能量，i为灰阶数，γ一般取2.2±0.3。

但是，由于现有的3d打印显示面板根据人眼对灰阶变化的敏感程度进行gamma补正，使得3d打印显示面板在低灰阶区域时，输入灰阶变化时，发光能量变化较小，在高灰阶区域时，输入灰阶变化时，发光能量变化较大。当需要通过调节灰阶来调节3d打印显示面板的发光能量，从而调节树脂固化率时，将会出现高灰阶和低灰阶时树脂固化率调节精度存在差异，进而影响固化率调节精度，使得打印制品边缘区域不光滑易出现打印锯齿等瑕疵，影响3d打印精度。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种3d打印装置，以提高固化率调节精度，从而提高3d打印精度。

本发明实施例提供了一种3d打印装置，包括：

3d打印显示面板，所述3d打印显示面板包括多个像素单元，每一所述像素单元发出的光线的能量与输入灰阶具有第一对应关系；

其中，所述像素单元发出的光线用于照射3d打印材料，使所述3d打印材料固化；所述3d打印材料的固化率与照射所述3d打印材料的光线的能量存在第二对应关系，所述第一对应关系与所述第二对应关系为同种对应关系或者所述第一对应关系与所述第二对应关系逆相关。

本发明实施例提供的3d打印装置中采用3d打印显示面板照射3d打印材料使其固化。其中，3d打印显示面板的每一像素单元发光的光线能量与输入灰阶具有第一对应关系，3d打印材料的固化率和照射3d打印材料的光线的能量之间的第二对应关系，通过设置第一对应关系与第二对应关系为同种对应关系或者第一对应关系与第二对应关系逆相关，使得3d打印材料的固化率与3d打印显示面板的每一像素单元的输入灰阶线性对应，从而使得通过调节输入灰阶调节3d打印材料的固化率时，调节精度更高，提高了3d打印精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种3d打印装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种3d打印材料的固化率与照射的光线的能量的关系图；

图3是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的一种关系图；

图4是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的又一种关系图；

图5是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的又一种关系图；

图6是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的又一种关系图；

图7是本发明实施例提供的又一种3d打印装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种设置有伽马调节单元的3d打印装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种设置有伽马调节单元的3d打印装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种3d打印显示面板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种3d打印装置的结构示意图。如图1所示，3d打印装置100包括3d打印显示面板10，该3d打印显示面板10包括多个像素单元110；像素单元110发出的光线用于照射3d打印材料20，使3d打印材料20固化。每一像素单元110发出的光线的能量t与输入灰阶l具有第一对应关系；3d打印材料20的固化率s与照射该3d打印材料20的光线的能量t'存在第二对应关系，且第一对应关系与第二对应关系为同种对应关系或者第一对应关系与第二对应关系逆相关。

具体的，3d打印显示面板10发出的光线照射3d打印材料20，使3d打印材料20固化成相应物体，3d打印显示面板10发出的光线的能量t即为照射3d打印材料20的光线的能量t'。通过调节3d打印显示面板10的输入灰阶l可以调节光线能量t，从而调节照射到3d打印材料20上的光线的能量t'，进而对3d打印材料20的固化率s进行调节。

其中，当第二对应关系为线性对应关系或分段线性对应关系时，第一对应关系可以与第二对应关系采用同种对应关系，使得3d打印材料20的固化率s与输入灰阶l线性对应；当第二对应关系为曲线性对应关系时，第一对应关系与第二对应关系逆相关，即第一对应关系代入到第二对应关系中后，使得3d打印材料20的固化率s与输入灰阶l线性对应。示例性的，当固化率s与光线能量t'满足公式s＝nt'²+m时，像素单元110发出的光线的能量t与输入灰阶l满足公式t＝√l，其中，t'＝t，m，n为常数，可以得到s＝nl+m，此时3d材料的固化率与输入灰阶l线性对应。

本实施例通过设置第一对应关系与第二对应关系为同种对应关系或者第一对应关系与第二对应关系逆相关，使得3d打印材料20的固化率s与3d打印显示面板10的每一像素单元110的输入灰阶l线性对应，从而使得通过调节输入灰阶l调节3d打印材料20的固化率s时，调节精度更高，提高了3d打印精度。

需要说明的是，第二对应关系的具体类型可以根据3d打印材料20的具体类型确定，本实施例并不做具体限定，第一对应关系的具体类型可以根据第二对应关系的类型确定，本实施例亦不做具体限定，只需保证将第一对应关系代入到第二对应关系后3d打印材料20的固化率s与输入灰阶l线性对应即可。

继续参考图1，可选的，当3d打印材料20的固化率s与照射该3d打印材料20的光线的能量t'之间为线性关系时，3d打印显示面板10每一像素单元110的输入灰阶l与该像素单元110发出的光线的能量t亦为线性关系。

具体的，当3d打印材料20的固化率s与照射该3d打印材料20的光线的能量t'之间为线性关系时，由于现有的3d打印显示面板根据人眼对灰阶变化的敏感程度进行gamma补正，使得3d打印显示面板在低灰阶区域时，输入灰阶变化时，发光能量变化较小，在高灰阶区域时，输入灰阶变化时，发光能量变化较大。当调节3d显示面板的低灰阶区域，单个灰阶变化时，树脂感光上的差异较小或无差异，多个灰阶变化才能有树脂固化率的变化；而在高灰阶区域，单个灰阶的变化时，树脂固化率就会出现较大的差异，影响固化率调节精度，并且低灰阶区域灰阶利用率较低。通过设置3d打印显示面板10每一像素单元110的输入灰阶l与该像素单元110发出的光线的能量t为线性关系，使得固化率s与输入灰阶l线性对应，3d打印过程中可以实现更加精准的对固化率s进行调节，并且使得低灰阶区域和高灰阶区域的灰阶利用率提高，使得打印品质可控性增加。

图2是本发明实施例提供的一种3d打印材料的固化率与照射的光线的能量的关系图。可选的，结合图1和图2，3d打印材料20的固化率s与照射该3d打印材料20的光线的能量t’具有线性对应关系c2，即固化率s与光线的能量t’的线性对应关系c2满足以下公式：

s＝k1′×t′；

其中，k1’为3d打印材料20的固化率s与照射该3d打印材料20的光线的能量t’线性关系c2对应的直线的斜率。

图3是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的一种关系图，结合图1和图3，3d打印装置100中3d打印显示面板10中每一像素单元110发出的光线的能量t与该像素单元110的输入灰阶l具有线性对应关系c1。相应的，每一像素单元110发出的光线的能量t与输入灰阶l的线性对应关系c1满足以下公式：

t＝l×k1；

其中，0≤l≤l0，k1＞0，l0为像素单元的最大输入灰阶，且l和l0均为正整数，k1为每一像素单元110发出的光线的能量t与输入灰阶l线性关系c1对应的直线的斜率。以8bit的3d打印显示面板10为例，该3d打印显示面板10能够表现2的8次方(256)个能量层次，即该3d打印显示面板10具有256灰阶，在3d打印显示面板10的每个像素单元110，均可显示256个能量层次，此时像素单元110的最大输入灰阶l0为255。

当3d打印显示面板10的每一像素单元110发出的光线的能量t等于照射该3d打印材料20的光线的能量t’时，可以得到：

s＝k1′×k1×l；

即3d打印显示面板10的输入灰阶l与3d打印材料20的固化率s线性对应。由此能够在3d打印过程中，可以实现更加精准的固化率调节，并且使得低灰阶区域和高灰阶区域的灰阶利用率提高，使得打印品质可控性增加。

另外，可以通过调节k1的具体数值来调节单位输入灰阶变化时，固化率s的变化量，从而调节固化率s的调节精度，使得3d打印过程中可以更加精准的对固化率s进行调节，使得打印品质可控性增加。

需要说明的是，本实施例中各附图中的能量t’和t均为归一化后的能量，其最大值以1表示，各公式中的斜率和常数均为归一化的斜率和常数。

可选的，3d打印材料20的固化率s与照射3d打印材料20的光线能量t’之间还可以为分段对应的线性关系，相应的，3d打印显示面板10的每一像素单元110发出的光线的能量t与输入灰阶l同样为分段线性对应，以使3d打印过程中，可以更加精准的对固化率s进行调节，使得打印品质可控性进一步增加。

可选的，当3d打印材料处在较低照射的光线的能量t’时，该3d打印材料无法固化；而在一定的照射光线的能量t1’时，该3d打印材料才能发生固化，当照射的光线的能量t’大于t1’时，该3d打印材料的固化率s呈线性变化，如下式：

s＝0(0＜t′＜t1′)；

s＝k2′×t′(t1′≤t′≤1)；

其中，(0，t1′)为光线的能量较低的区域；k2′为在光线的能量t’较高时，3d打印材料的固化率s的变化率。即在3d打印显示面板发出的光线的能量t较低时，3d打印材料的固化率为0，而在3d打印显示面板发出的光线的能量t较高时，3d打印材料的固化率随能量呈线性变化。

图4是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的又一种关系图。相应的，结合图1和图4，3d打印显示面板10的每一像素单元110的发出的光线的能量t与3d打印显示面板10的输入灰阶l之间的关系满足：

t＝0(l＝0)；

t＝k2×l+t1(1≤l≤l0)；

其中，k2＞0，k2+t1＝t2，t2＞0，t2为3d打印材料20固化对应的最小能量，l0为像素单元110的最大输入灰阶，且l和l0均为正整数。

由于3d打印显示面板10的每一像素单元110发出的光线的能量t等于照射3d打印材料20的光线的能量t’，因此3d打印显示面板10的每一像素单元110的输入灰阶l与3d打印材料20的固化率s满足：

s＝0(l＝0)；

s＝k2′*k2×l+s′(1≤l≤l0)；

其中，s′＝k2′*t1，由此可知3d打印显示面板10的每一像素单元110的输入灰阶l与3d打印材料20的固化率s同样为分段线性关系，从而在3d打印的过程中，通过调节输入灰阶l调节3d打印材料20的固化率s时，能够精准的对固化率s进行调节，提高3d打印装置的打印品质可控性。

或者，当照射3d打印材料20的光线能量t’较低时，3d打印材料20的固化率s变化速率为k3′；而照射3d打印材料20的光线能量t’较高时，3d打印材料20的固化率s变化速率为k4′，如下式：

s＝k3′×t′(0＜t′＜t1′)；

s＝k4′×t′+t3′(t1′＜t′＜1)；

其中，k3′≠k4′；(0，t1′)为照射3d打印材料20的光线的能量较低的区域。此时，3d打印显示面板10每个像素单元110发出的光线的能量t与该像素单元110的输入灰阶l之间的关系为：

t＝k3×l(0＜l＜l1)；

t＝k4×l+t3(l1＜l＜l0)；

其中，k3＞0，k4＞0，k3≠k4，l1×k3＝l1×k4+t3，l0为像素单元的最大输入灰阶，且l、l0和l1均为正整数。l1×k3＝l1×k4+t3＝t4，t4为3d打印显示面板发出的光线的能量t由较低能量向较高能量转变的能量转变点。

相应的，当3d打印显示面板10的每一像素单元110发出的光线的能量t等于照射3d打印材料20的光线能量t’时，每一像素单元110的输入灰阶l与3d打印材料20的固化率s满足以下公式：

s＝k3′*k3×l(0＜l＜l1)；

s＝k4′*k4×l+t3″(l1＜l＜l0)；

其中，t3"＝k4′*t3+t3′，即3d打印显示面板10的每一像素单元110的输入灰阶l与3d打印材料20的固化率s为上述分段线性关系，从而在3d打印的过程中，通过调节输入灰阶l调节3d打印材料20的固化率s时，能够精准的对固化率s进行调节，提高3d打印装置100的打印品质可控性。

若较低的照射光线能量t'对应的3d打印材料的固化率s的变化速率小于较高的照射光线能量t'对应的3d打印材料的固化率s的变化速率，即k3'<k4'。图5是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的又一种关系图，结合图1和图5，可以设置3d打印显示面板10中每一像素单元110发出的光线的能量t与该像素单元的输入灰阶l之间的关系中k3>k4。即3d打印显示面板10每一像素单元110的输入灰阶l较低时，3d打印显示面板10发出的光线的能量t变化的速率较高；而3d打印显示面板10每一像素单元110的输入灰阶l较高时，3d打印显示面板10发出的光线的能量t变化的速率较低。这样设置，可以使得高灰阶区域和低灰阶区域固化率s调节精度趋于一致，降低固化率s调节难度，提高调节精度，并提高灰阶的利用率。

若较低的照射光线能量t'对应的3d打印材料的固化率s的变化速率大于较高的照射光线能量t'对应的3d打印材料的固化率s的变化速率，即k3'>k4'。图6是本发明实施例提供的3d打印显示面板的输入灰阶与发出的光线能量的又一种关系图。结合图1和图6所示，可以设置3d打印显示面板10中每一像素单元110发出的光线的能量t与该像素单元的输入灰阶l之间的关系中k3<k4。即3d打印显示面板10每一像素单元110的输入灰阶l较低时，3d打印显示面板10发出的光线的能量t变化的速率较低；而3d打印显示面板10每一像素单元110的输入灰阶l较高时，3d打印显示面板10发出的光线的能量t变化的速率较高。这样设置，可以使得高灰阶区域和低灰阶区域固化率s调节精度趋于一致，降低固化率s调节难度，提高调节精度，并提高灰阶的利用率。

可选的，图7是本发明实施例提供的又一种3d打印装置的结构示意图。如图7所示，本发明实施例提供的3d打印装置还包括伽马调节单元30。该伽马调节单元30用于调节3d打印显示面板10中像素单元的输入灰阶l与显示驱动信号的对应关系，以调节像素单元110输入灰阶l与像素单元110发出的光线的能量t的对应关系。其中。3d打印装置100中伽马调节单元30的设置形式，以及伽马调节单元30的位置可依据实际情况而定。

具体的，图8是本发明实施例提供的一种设置有伽马调节单元的3d打印装置的结构示意图，如图8所示，伽马调节单元30可设置于3d打印显示面板10上。例如伽马调节单元30可以设置于3d打印的印刷电路板50上。该伽马调节单元30对3d打印显示面板10中每个像素单元110的输入灰阶l的调节，可以通过在印刷电路板50上设置的多个串联或并联的电阻，以及相应的分压电路来实现。

或者，图9是本发明实施例提供的又一种设置有伽马调节单元的3d打印装置的结构示意图，如图9所示，在3d打印装置100还包括驱动模块40。该驱动模块40与3d打印显示面板10连接，用于获取待打印的图形画面，并将该图形画面转换为显示驱动信号发送给3d打印显示面板10，使3d打印显示面板10显示该图形画面。而伽马调节单元30可设置于该驱动模块40上。其中，驱动模块40例如可以为3d打印显示面板10的驱动ic，可以通过在驱动模块40上直接进行分压设计，从而实现伽马调节单元30对3d打印显示面板10输入灰阶l的调节作用。

可选的，图10是本发明实施例提供的一种3d打印显示面板的结构示意图。结合图1和图10所示，本发明实施例提供的3d打印装置100的3d打印显示面板10为液晶显示面板，此时该3d打印装置100中还包括有背光源11。背光源11能够为3d打印显示面板10提供光源，以使3d打印显示面板10能够进行图像、文字等信息的发光显示。该背光源11例如可以为电激发光(electroluminescent，el)、冷阴极荧光灯管(coldcathodefluorescentlamp，ccfl)、或者发光二极管(light-emittingdiode，led)。在本发明实施例中将背光源11优选为近紫外光背光源，以适应3d打印材料20的曝光要求。具体的，背光源11发出的背光的波长可以为200nm-450nm，示例性的，背光源11的发出的背光的波长为355nm、365nm、385nm、405nm或420nm。

具体的，采用液晶显示面板作为3d打印装置100的3d打印显示面板10，使得3d打印显示面板10在打印过程中充当光罩的作用，控制背光源11发出的紫外光在特定图案位置对3d打印材料20进行精确曝光。以3d打印材料20为负性树脂为例，被曝光的3d打印材料20会发生固化而成型。

结合图10，本发明实施例提供的3d打印显示面板10的背光源11设置有发光二极管led阵列111、透镜112和扩散片113。其中扩散片113设置于透镜112临近3d打印显示面板10的一侧，led阵列111设置于透镜112远离3d打印显示面板10的一侧。3d打印装置中背光源的透镜112可选为菲涅尔透镜，以使led阵列111提供的光源经菲涅耳透镜112准直后，通过扩散片113，使得入射到3d打印显示面板的光均匀分布。

此外，本发明实施例提供的3d打印装置中的3d打印显示面板还可以为oled显示面板、qled显示面板、microled显示面板或miniled显示面板。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。