一种多重灰度掩膜连续成型方法

本申请涉及3d打印，尤其涉及一种多重灰度掩膜连续成型方法。

背景技术：

1、在传统光固化成型的3d打印系统中，当液态树脂完全回流填充至成型平台时，成像系统以特定紫外光强将三维模型的横截面掩膜图像投影至液态树脂表面，从而形成目标固化厚度的切片薄层。clip 3d打印系统中液态树脂回流填充和光固化过程同时进行，随着成型平台沿着z轴连续向上移动，已经固化的部分打印件不断从液槽中抽出，连续逐层构建三维模型实体。在大幅面三维模型连续动态成型过程中，由于液态树脂从投影区域周围回流至目标固化位置的时间有所差异，过量或不足的紫外曝光能均会导致基于clip的大幅面模型连续成型失败。

2、当使用较低的紫外曝光能确保液态光敏树脂快速流平时，目标位置的液态树脂可能无法接收到足量的曝光能发生完全固化反应，仍保持液体状态；当紫外曝光能过高时，外围液态树脂可能在未到达目标位置时提前发生完全固化反应，模型容易出现中空或气泡结构导致打印失败。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提出一种多重灰度掩膜连续成型方法，本申请能够针对性的解决现有的问题。提出了一种多重灰度掩膜连续成型方案，该方案利用灰度掩膜图像实现光固化过程中投影面上的光强可控，平衡液态树脂光固化速度和回流填充速度之间的关系，实现基于clip的大幅面三维模型连续成型。

2、基于上述目的，本申请提出了一种多重灰度掩膜连续成型方法，包括：

3、对三维模型等厚切片，然后将其按照投影设备拼接模式进行切分处理；

4、使用边缘能量均匀化方法消除拼接处的接缝；

5、按照固化顺序将切分后的单元掩膜图像以组合拼接投影的方式曝光至树脂表面，在每一层切片固化过程中，利用最佳灰度调制公式对投影过程中的紫外光进行控制，完成单层固化。

6、进一步地，所述使用边缘能量均匀化方法消除拼接处的接缝，包括：

7、根据投影设备拼接模式对切片掩膜图像进行切分、像素填充，得到每个投影设备的单元掩膜图像；

8、通过以非线性衰减的方式生成一组对称灰度虚拟掩膜图像，所述非线性衰减的方式为采用指数衰减函数和三角衰减函数相结合的方式构造灰度虚拟掩膜图像的生成曲线。

9、按照投影顺序将所述灰度虚拟掩膜图像与所述单元掩膜图像相融合。

10、进一步地，所述最佳灰度调制公式如下：

11、g(δ,t)＝mδ+ginit,t∈[0,t]

12、其中，δ为t时刻单位树脂液体的无量纲位置；ginit为灰度调制的初始值，m是用于调整单位液体当前位置与成型平台中心位置比例的参数，t为使用单一紫外光时的单层固化时间。

13、进一步地，δ的计算公式如下：

14、δ(t)＝-0.0624g×t+0.0316g+0.4t+0.25

15、其中，g为灰度值，t为时刻。

16、进一步地，所述最佳灰度调制公式以时间增量δt为单位，动态调整当前投影面上的紫外光强，控制在不同时间段进入投影区域的单位液态树脂接收到不同强度的紫外光曝光能。

17、进一步地，通过灰度调制迭代优化方法获取ginit的最佳初始值，所述灰度调制迭代优化的过程如下：

18、最小化单位树脂液体在流动至投影中心积累的紫外曝光能esum与在投影中心生成目标厚度固态薄层需要的紫外曝光能e两者差距的能量迭代；

19、通过比较esum和e之间的差距来确定投影区域δ处周围的液态光敏树脂是否会发生固化，并基于esum与e的比较结果增加或减少ginit的值，当投影中心积累的总能量esum与e之间的差距小于设定的阈值时，将此时的ginit设为灰度调制公式的最佳初始值。

20、进一步地，所述灰度调制迭代的循环次数取决能量迭代中esum与e的比较结果。

21、进一步地，所述灰度调制迭代的能量迭代阈值σd计算公式如下：

22、

23、总的来说，本申请的优势及给用户带来的体验在于：实验结果表明，对于流动性较好的树脂浆料，本申请的多重灰度掩膜连续成型方案能以较高的质量完成大幅面三维模型的连续成型工作，模型实体表面质量好，成型精度较高；对于流动性较差的陶瓷浆料，成型尺寸不如树脂浆料，但相对于传统clip制备的三维模型，模型尺寸有所提高，同时保持了clip成型精度高、打印速度快的优势，表明该方案具有较高的实际应用价值。

技术特征：

1.一种多重灰度掩膜连续成型方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求1-8任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

技术总结
本申请提供一种多重灰度掩膜连续成型方法，包括：对三维模型等厚切片，然后将其按照投影设备拼接模式进行切分处理；使用边缘能量均匀化方法消除拼接处的接缝；按照固化顺序将切分后的单元掩膜图像以组合拼接投影的方式曝光至树脂表面，在每一层切片固化过程中，利用最佳灰度调制公式对投影过程中的紫外光进行控制，完成单层固化。对于流动性较好的树脂浆料，本申请的多重灰度掩膜连续成型方案能以较高的质量完成大幅面三维模型的连续成型工作，模型实体表面质量好，成型精度较高。对于流动性较差的陶瓷浆料，相对于传统CLIP制备的三维模型，模型尺寸有所提高，同时保持了CLIP成型精度高、打印速度快的优势，表明该方案具有较高的实际应用价值。

技术研发人员：陈林,王宜怀,孙淼,张露,孟雪,史洪玮,王力申,郑国莉,朱银杏,杨康
受保护的技术使用者：宿迁学院产业技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15