上拉式面成型3D打印曝光前等待时间预测方法及系统与流程

上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法及系统
技术领域
1.本公开属于上拉式面成型3d打印技术领域，尤其涉及一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.3d打印作为快速成型技术的一种，是以数字模型文件为基础，利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的技术。3d打印是一种增材制造技术，相较于传统的减材制造，增材制造可以生产定制化的或者结构更为复杂的产品。对于某些定制化的医疗产品或者结构复杂但需求不高的非标准件，使用增材制造能够降低其制造难度，降低生产成本。但在批量生产方面，其速度目前无法超越传统的工业制造方式。
4.通常面成型具有最高的打印速度，面成型又分为上拉式和下沉式，上拉式由于省材和节省空间，对实验环境要求低，得到了广泛的应用。
5.在上拉式面成型3d打印中，打印平台下行，会挤压树脂液使得打印机的z轴以及料盒发生一定的形变，形变恢复后才可以进行打印，否则，会产生打印层厚误差和打印的模型表面变的更粗糙。发明人发现，当前技术通常设置一个经验时间作为曝光前等待时间，所有的模型以及每层均使用该经验时间，但是，由于人工设定的经验时间不准确，以及不同的打印截面需要的等待时间是不同的，导致打印效率低下以及打印质量无法满足实际需求。


技术实现要素：

6.本公开为了解决上述问题，提供了一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法及系统,所述方案首先通过拉压力传感器获取打印平台下行的排液力数据，根据设置的排液速度阈值，计算出若干排液半径的等待时间，进而获得排液半径和等待时间的拟合曲线；基于待打印模型的切片图片计算出最大排液半径，带入所述拟合曲线即可得到排液等待时间；有效提高了排液等待时间的计算精度和效率，同时提高了模型的打印效率。
7.根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法，包括：
8.获取待打印模型的切片图像，基于图像处理算法确定待曝光的像素点距离模型边界的最大距离；基于所述最大距离及预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测的曝光前等待时间；
9.其中，所述预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线的，具体为：实时获取打印特定模型时打印平台下行的排液力数据；其中，所述特定模型需满足打印过程中排液半径逐渐变化；利用获得的排液力数据，基于线性弹性理论拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线；基于所述时间变化曲线，获得每个排液半径形变回复量小于预设阈值时的等待时间，进而得到排液半径与等待时间的拟合曲线。
10.进一步的，所述实时获取打印特定模型时打印平台下行的排液力数据，具体为：打印所述特定模型时，基于预设间隔值，获取不同排液半径下的排液力数据。
11.进一步的，所述基于线性弹性理论拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线，具体为：设定料盒形变为线性弹性形变，基于获得的排液力数据计算得到形变回复量，进而基于幂函数拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线。
12.进一步的，所述基于图像处理算法确定待曝光的像素点距离模型边界的最大距离，具体为：基于图像腐蚀操作计算待曝光像素点到模型边界的距离，并从获得的距离中选出最大距离。
13.进一步的，所述基于所述最大距离及预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测的曝光前等待时间，具体为：已所述最大距离作为当前打印阶段的排液半径，基于所述排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测结果。
14.根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测系统，包括：
15.数据获取单元，其用于获取待打印模型的切片图像；
16.排液半径估计单元，其用于基于图像处理算法确定待曝光的像素点距离模型边界的最大距离；
17.曝光前等待时间预测单元，其用于基于所述最大距离及预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测的曝光前等待时间；
18.其中，所述预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线的，具体为：实时获取打印特定模型时打印平台下行的排液力数据；其中，所述特定模型需满足打印过程中排液半径逐渐变化；利用获得的排液力数据，基于线性弹性理论拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线；基于所述时间变化曲线，获得每个排液半径形变回复量小于预设阈值时的等待时间，进而得到排液半径与等待时间的拟合曲线。
19.根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法。
20.根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法。
21.与现有技术相比，本公开的有益效果是：
22.(1)本公开提供了一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法及系统,所述方案首先通过拉压力传感器获取打印平台下行的排液力数据，根据设置的排液速度阈值，计算出若干排液半径的等待时间，进而获得排液半径和等待时间的拟合曲线；基于待打印模型的切片图片计算出最大排液半径，带入所述拟合曲线即可得到排液等待时间；有效提高了排液等待时间的计算精度和效率，同时提高了模型的打印效率。
23.(2)所述方案提供了一种动态的曝光前等待时间计算方法，可以在无任何硬件成本的节省等待时间的80％，节省总体打印时间的20％，极大的提高的制造的效率。
24.本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
25.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
26.图1为本公开实施例中所述的一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法流程图；
27.图2为本公开实施例中所述的获取排液力变化的打印模型；
28.图3为本公开实施例中所述的打印平台下行时料盒形变示意图；
29.图4为本公开实施例中所述的排液半径示意图；
30.图5为本公开实施例中所述的排液力拟合曲线示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
34.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.实施例一：
36.本实施例的目的是提供了一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法。
37.如图1所示，一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法，包括：
38.获取待打印模型的切片图像，基于图像处理算法确定待曝光的像素点距离模型边界的最大距离；基于所述最大距离及预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测的曝光前等待时间；
39.其中，所述预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线的，具体为：实时获取打印特定模型时打印平台下行的排液力数据；其中，所述特定模型需满足打印过程中排液半径逐渐变化；利用获得的排液力数据，基于线性弹性理论拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线；基于所述时间变化曲线，获得每个排液半径形变回复量小于预设阈值时的等待时间，进而得到排液半径与等待时间的拟合曲线。
40.进一步的，所述实时获取打印特定模型时打印平台下行的排液力数据，具体为：打印所述特定模型时，基于预设间隔值，获取不同排液半径下的排液力数据。
41.进一步的，所述基于线性弹性理论拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线，具体为：设定料盒形变为线性弹性形变，基于获得的排液力数据计算得到形变回复量，进而基于幂函数拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线。
42.进一步的，所述基于图像处理算法确定待曝光的像素点距离模型边界的最大距离，具体为：基于图像腐蚀操作计算待曝光像素点到模型边界的距离，并从获得的距离中选出最大距离。
43.进一步的，所述基于所述最大距离及预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测的曝光前等待时间，具体为：已所述最大距离作为当前打印阶段的排液半径，基于所述排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测结果。
44.具体的，为了便于理解，以下结合附图对本公开所述方案进行详细说明：
45.本公开基于现有方案存在的问题，提出一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法，包括：
46.步骤(1)：打印一个特定模型，获取排液时压力数据；
47.其中，所述步骤(1)具体为：
48.在安装有拉压力传感器的上拉式面成型机器，dlp(digital light processing)机器或者lcd(liquid crystal display)机器打印一个排液半径逐渐变化的模型，如图2所示；获取不同排液半径的排液力变化数据。
49.步骤(2)：计算排液半径和等待时间曲线；
50.其中，所述步骤(2)包括以下步骤：
51.步骤1)：在排液的过程种料盒发生的形变远大于z轴，假定料盒发生的形变为线弹性，如图3所示，弹性系数为k,k＝e*s/l,其中e为硅胶的样式模量，l为硅胶厚度，s为硅胶发生形变的面积。
52.根据排液力的变化和公式：
[0053][0054]
计算得到形变回复变化：
[0055][0056]
步骤2)：根据步骤(1)中的数据，根据f/k拟合幂函数曲线如图4所示，图4中的x轴为采样的次数，y轴为f/k，采样频率为50ms一次，对图4拟合的公式求导即为公式(2)，如图5所示，图5中的x轴为采样的次数，y轴为
▽
f/k，对于图5中的曲线，当形变恢复量小于阈值ε,我们认为硅胶基本不发生形变，根据曲线计算出每个半径形变恢复量小于阈值ε需要等待的时间，随后根据半径和等待时间拟合曲线f。
[0057]
步骤(3)：输入切片好的图片计算出最小排液等待时间；
[0058]
其中，所述步骤(3)包括以下步骤：
[0059]
输入切片好的图片，任意形状的需要的排液等待时间约等于该形状中最大内切圆需要的等待时间，通过图片腐蚀操作计算出需要曝光的像素点距离边界的最大位置r，r也是所有轮廓的最大内切圆半径,把r带入f得到该图片需要的等待时间。其中，需要说明的是每台打印机厂商都有自己的切片软件，切片是将一个模型，变成很多张图片，打印时将每个图片中白色的区域光固化为一定厚度的实体模型，厚度通常为0.05毫米。很多软件可以切片，matlab等也有切片算法的库。可以简单的将切片视为把一个模型分割为厚度为0.05的一堆模型，这些厚度0.05的模型的俯视图即为切片的图片。
[0060]
进一步的，所述腐蚀操作具体为：
[0061]
复制需要曝光的图片，使用核函数为3*3的矩阵进行腐蚀操作，采用的矩阵表示如下：
[0062][0063]
所述腐蚀操作只是为了计算半径大小，不改变原来需要曝光的图片，该卷积核每次腐蚀操作使得图片缩小了两个像素，一直做腐蚀操作直到不在有白色区域，腐蚀操作的次数，即半径的大小r。
[0064]
实施例二：
[0065]
本实施例的目的是提供一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测系统。
[0066]
一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测系统，包括：
[0067]
数据获取单元，其用于获取待打印模型的切片图像；
[0068]
排液半径估计单元，其用于基于图像处理算法确定待曝光的像素点距离模型边界的最大距离；
[0069]
曝光前等待时间预测单元，其用于基于所述最大距离及预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线，获得预测的曝光前等待时间；
[0070]
其中，所述预先构建的排液半径与等待时间的拟合曲线的，具体为：实时获取打印特定模型时打印平台下行的排液力数据；其中，所述特定模型需满足打印过程中排液半径逐渐变化；利用获得的排液力数据，基于线性弹性理论拟合得到料盒形变回复量的时间变化曲线；基于所述时间变化曲线，获得每个排液半径形变回复量小于预设阈值时的等待时间，进而得到排液半径与等待时间的拟合曲线。
[0071]
在更多实施例中，还提供：
[0072]
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
[0073]
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元cpu，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器dsp、专用集成电路asic，现成可编程门阵列fpga或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0074]
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
[0075]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
[0076]
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
[0077]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个
特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开的范围。
[0078]
上述实施例提供的一种上拉式面成型3d打印曝光前等待时间预测方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
[0079]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。