一种动态调节3D打印机光源光强的方法及系统与流程

本发明涉及3d打印技术领域，具体涉及一种动态调节3d打印机光源光强的方法及系统。

背景技术：

3d打印是一种快速成形技术，利用一些可粘合材料，通过逐层叠加的打印方式，构造模型；但现有的3d打印机的光源的光强大多不可调节，当需要对不同的模型进行打印时，打印机则需要多次调节固化时间，而固化时间过长或过短，都会造成打印出来的成品的品质不理想，因此，如果能实现动态调节3d打印机的光源光强，即可解决传统打印机光强难以调节的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种动态调节3d打印机光源光强的方法及系统，解决了传统的3d打印机在固化阶段时光源的光强难以调节的问题，实现了光源光强的动态调节。

本发明所采用的技术方案是：

一种动态调节3d打印机光源光强的方法，适用于在微处理器中执行，该方法包括步骤：

s10、导入模型的3d数据；

s20、根据预设的打印层厚，将模型的3d数据进行切片处理，并将切片处理后的所有层截面数据进行存储；

s30、提取当前需要进行固化的层截面数据，根据层截面数据的轮廓和面积，调整用户设置的基准光强；

s40、根据调整后的基准光强和预设的单层曝光时间，进行分析计算；以时间为横坐标，光强为纵坐标，得出曝光时间内光敏树脂完全固化所需的光强随时间变化的曲线图；

s50、以数十或数百毫秒作为一个调光周期，将预设的单层曝光时间分为若干个调光周期，并根据步骤s40得到的曲线图，求出每个调光周期内对应的所有光强的平均值；

s60、根据脉冲宽度调制(pwm)调光的方法，使得调光后光强等于步骤s50求得的周期内对应的光强的平均值，并计算得到每个周期对应的亮灯的时间和灭灯的时间；

s70、亮灯对应高平信号，灭灯对应低平信号，根据步骤s60计算得出的每个调光周期内的亮灯的时间和灭灯的时间，输出一个脉冲宽度调制(pwm)信号作为控制信号控制灯的开闭以实现光强的调节。

一种动态调节3d打印机光源光强的系统，包括装载有上述的一种动态调节3d打印机光源光强的方法的微控制器、光源控制电路和直流电源，所述光源控制电路用于实现光源的光强调节，所述直流电源与所述光源控制电路电连接，所述微控制器的输出端与所述光源控制电路电连接。

进一步的，所述光源控制电路包括第二电阻r2、n型mos管q1和灯板，所述灯板的正极与直流电源电连接，所述灯板的负极与所述n型mos管q1的漏极电连接，所述n型mos管q1的栅极通过所述第二电阻r2与所述微控制器的控制信号输出引脚电连接，所述n型mos管q1的源极接地。

进一步的，所述光源控制电路还包括第三电阻r3，所述第三电阻r3的一端与所述n型mos管q1的栅极电连接，所述第三电阻r3的另一端与所述n型mos管q1的源极电连接。

进一步的，所述光源控制电路还包括第一电阻r1和发光二极管d1，所述发光二极管d1的阳极通过第一电阻r1与所述直流电源电连接，所述发光二极管d1的阴极与n型mos管q1的漏极电连接。

进一步的，所述微控制器的型号为atmega128a的单片机，所述微控制器的pe3引脚通过第二电阻r2与所述n型mos管q1的栅极电连接。

与现有技术相比，本发明通过分析切片处理后打印截面的成型轮廓和需固化面积，得到基准光强，并基于脉冲宽度调制调光的方法，动态调节光源光强，即保证了固化的效果，也保证了打印不会过曝。

附图说明

图1是本发明实施例1中的一种动态调节3d打印机光源光强的方法的流程框图；

图2是本发明实施例2中的光源控制电路的电路图；

图3是本发明实施例2中的微控制器的芯片图；

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。

实施例1：参见图1，本发明实施例1提供了一种动态调节3d打印机光源光强的方法，适用于在微处理器中执行，作为优选，该方法通过单片机实现，该方法包括步骤：

s10、导入模型的3d数据；

s20、根据预设的打印层厚，将模型的3d数据进行切片处理，并将切片处理后的所有层截面数据进行存储；具体的，为了保证打印的精度和速率，打印层厚范围选用0.01mm-0.1mm，并且需要注意的是，步骤s20与之后的步骤可以分别独立进行，也就是用户可以选择在s20未完成时，即可进行下一个操作步骤，实现3d模型的切片处理和打印同时进行；

s30、提取当前需要进行固化的层截面数据，根据层截面数据的轮廓和面积，调整用户设置的基准光强；

其中，用户在开始打印前，需要设置一个基准光强，基准光强为0％-100％光源亮灯时的光强，当分析的层截面数据为模型的细支撑杆或薄壁等结构时，则按照算法增大基准光强，当分析的层截面数据为模型的镂空和纹路等精细结构时，则按照算法减小基准光强；

s40、根据调整后的基准光强和预设的单层曝光时间，进行分析计算；以时间为横坐标，光强为纵坐标，得出曝光时间内光敏树脂完全固化所需的光强随时间变化的曲线图；

通过树脂进行多次的固化测试，树脂的固化过程大致分为固化开始阶段、固化进行阶段和固化结束阶段，通常固化开始阶段和固化结束阶段需要的光强较小，而固化进行阶段需要的光强较大，因此树脂的固化过程的光强与时间的关系图呈一个中间高两边低的曲线图；

通过众多测试数据的拟合，构建一个树脂固化光强与曝光时间的数学模型，单片机在进行数据分析时，只需要代入变量时间和基准光强，即可得到曝光时间内光敏树脂完全固化所需的光强随时间变化的曲线图；

s50、以数十或数百毫秒作为一个调光周期，将预设的单层曝光时间分为若干个调光周期，并根据步骤s40得到的曲线图，求出每个调光周期内对应的所有光强的平均值；以每层固化时间3秒，调光周期为300毫秒为例，根据步骤s40得到的光强曲线图，每个调光周期光强的积分再除以调光周期得到每个调光周期光强的平均值

s60、根据脉冲宽度调制(pwm)调光的方法，使得调光后光强等于步骤s50求得的周期内对应的光强的平均值，并计算得到每个周期对应的亮灯的时间和灭灯的时间；具体的，根据公式其中，imax为光源正常情况下的光强，代入步骤s50每个调光周期光强的平均值即可求得每个调光周期对应的亮灯时间t亮灯和灭灯时间t灭灯；

s70、亮灯对应高平信号，灭灯对应低平信号，根据步骤s5计算得出的每个调光周期内的亮灯的时间和灭灯的时间，输出一个脉冲宽度调制(pwm)信号作为控制信号控制灯的开闭以实现光强的调节；

本实施例1在软件层面通过对模型数据的分析计算，得到所有层截面打印时所需的光强随时间变化图，并在每个层截面打印时输出与光强对应的脉冲宽度调制信号。

实施例2：参见图2，一种动态调节3d打印机光源光强的系统，包括装载有上述的一种动态调节3d打印机光源光强的方法的微控制器、光源控制电路和直流电源，所述光源控制电路用于实现光源的光强调节，所述直流电源与所述光源控制电路电连接，所述微控制器的输出端与所述光源控制电路电连接。

所述光源控制电路包括第二电阻r2、n型mos管q1和灯板，所述灯板的正极与直流电源电连接，所述灯板的负极与所述n型mos管q1的漏极电连接，所述n型mos管q1的栅极通过所述第二电阻r2与所述微控制器的控制信号输出引脚电连接，所述n型mos管q1的源极接地；

所述第二电阻r2用于改变管子栅极输入控制脉冲的前后沿陡度，以及防止寄生电容和电感形成的振荡，减小输出电压尖峰，从而防止mos管被烧坏，所述n型mos管q1相当于一个控制开关，当n型mos管q1的栅极接收到高平信号时，即vgs＞0，则n型mos管q1导通，灯板的负极与地接通，灯板亮灯，当n型mos管q1的栅极接收到低平信号时，即vgs＜0，则n型mos管q1截止，灯板灭灯。

所述光源控制电路还包括第三电阻r3，所述第三电阻r3的一端与所述n型mos管q1的栅极电连接，所述第三电阻r3的另一端与所述n型mos管q1的源极电连接；

因为通过脉冲宽度调制(pwm)调光的方法实现光强的调节，电路需要不停地导通和截止，为了防止瞬态电压导致mos管的误导通，在n型mos管q1的源极和栅极之间并联电阻r3，避免了mos管烧毁。

所述光源控制电路还包括第一电阻r1和发光二极管d1，所述发光二极管d1的阳极通过第一电阻r1与所述直流电源电连接，所述发光二极管d1的阴极与n型mos管q1的漏极电连接；

所述第一电阻和发光二极管d1的作用主要用于提示用户机器工作是否正常，当n型mos管q1导通时，发光二极管d1灯亮，当n型mos管q1截止时，发光二极管d1灯灭。

参见图3，所述微控制器的型号为atmega128a的单片机，所述微控制器的pe3引脚通过第二电阻r2与所述n型mos管q1的栅极电连接；

打印时，所述微控制器通过pe3引脚输出脉冲信号，n型mos管q1在信号的控制下导通和截止以此控制灯板和发光二极管d1的灯亮和灯灭。

与现有技术相比，本发明通过分析切片处理后打印截面的成型轮廓和需固化面积，得到基准光强，并基于脉冲宽度调制调光的方法，动态调节光源光强，即保证了固化的效果，也保证了打印不会过曝。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。