一种扫描式3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种扫描式3D打印方法，涉及3D打印机技术领域，包括：将切片图像转换为矢量图，再根据指定的精度栅格化为更精细位图图像；通过倾斜DMD，实现更小的网格精度；通过滚动式翻图来曝光纵向远超DMD幅面的切片图；通过激光器能量标定获得每个曝光镜头对应的激光器的能量转化率曲线，根据此曲线保证每个镜头的出光功率保持一致；通过调试曝光镜头的角度倍率使得待拼接的镜头的角度和倍率满足精度要求；通过投影预先设计的拼接图来观察拼接状况，如果不满足要求则微调镜头位置；本发明专利技术可进行大幅面3D打印，提高打印精度与打印物体边缘的平滑性，解决大幅面投影镜头的畸变与光场不均匀造成的打印缺陷。场不均匀造成的打印缺陷。场不均匀造成的打印缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种扫描式3D打印方法


[0001]本专利技术涉及3D打印机
，具体是一种扫描式3D打印方法。

技术介绍

[0002]利用三维激光扫描技术，可以迅速的获取将被测物体的多维数据信息，进而可以快速复现被测物体的三维实体模型，同时也可以对激光扫描中获取的三维点云数据进行有限元分析、仿真分析、任务模拟等后续的处理工作，也可以作为ug、cad和solidworks等三维建模软件的对称应用工具。
[0003]目前市场上的DLP 3D打印技术均以静态投图方式工作，该方式存在如下缺点：(1)工作范围受限严重，无法打印幅面较大的物体；(2)畸变与光场不均匀，导致打印物的尺寸四周向中间收缩；相较其他3D打印设备，由于DLP3D打印设备投影像素能够做到50μm左右的尺寸，因而能够打印细节精度要求更高的产品，同时面投影的特点也使其在加工同面积截面时更为高效；设备的投影光机机构集成化程度高，使得层面固化成型功能模块更为小巧；为此，本专利技术提出一种扫描式3D打印方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种扫描式3D打印方法，通过DLP扫描式曝光方案以及多头拼接方式对大幅3D打印切片图进行曝光，增加基于DLP技术3D打印的幅面，提高打印分辨率以及打印物边缘的平滑程度，从而解决现有基于静态投影DLP3D打印技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种扫描式3D打印方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一：用倾斜扫描曝光方案曝光切片图像；具体包括：
[0007]将切片图像转换为矢量图，再根据指定的精度栅格化为更精细位图图像；通过倾斜DMD，实现更小的网格精度；通过滚动式翻图来曝光纵向远超DMD幅面的切片图；
[0008]步骤二：用多镜头拼接的方式实现横向曝光幅面的扩展，具体包括：
[0009]通过激光器能量标定获得每个曝光镜头对应的激光器的能量转化率曲线，根据此曲线保证每个镜头的出光功率保持一致；
[0010]通过调试曝光镜头的角度倍率使得待拼接的镜头的角度和倍率满足精度要求；通过投影预先设计的拼接图来观察拼接状况，如果不满足要求则微调镜头位置。
[0011]进一步地，步骤一中将切片图像转化为矢量图，具体步骤如下：
[0012]用轮廓提取方案提取切片图像中所有连通区域的轮廓；
[0013]对提取的轮廓进行处理，转化为图形的实际物理轮廓；
[0014]对物理轮廓进行优化，得到最终的矢量图。
[0015]进一步地，步骤一中通过倾斜DMD，实现更小的网格精度，具体包括：
[0016]DMD扫描方向为从上到下，倾斜角度为θ，DMD像素的间距为d，竖向的黑线为扫描
线，扫描线的间距为c＝dsinθ，如此可以将扫描线的间距从直扫情况下的d减少为斜扫情况下c。
[0017]进一步地，步骤二中每个镜头的出光功率保持一致的方法是：利用功率计测量出激光器在不同输入电流的情况下所产生的激光的能量，从而完成能量转化曲线的绘制。
[0018]进一步地，步骤二中调试曝光镜头的角度倍率的方法需要高精度运动平台与高精度工业相机辅助，具体包括：
[0019]通过DMD投一幅静态bi tmap图，mark P1和P2两个圆的圆心之间的像素为N个，即中心距离为N*10.8(单个像素的大小为10.8um)，移动平台分别使dmd中的mark P1和P2圆心处于吸盘同一ccd中心，分别记录stage坐标为(x1，y1)和(x2，y2)，则：
[0020]θ＝arctan[(y2‑
y1)/(x2‑
x1)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0021]M
x
＝(x2‑
x1)/[10.8*N*cos(θ)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0022]M
x
‑
镜头x方向倍率，θ
‑
DMD与stage x方向夹角。
[0023]进一步地，步骤二中通过投影预先设计的拼接图来观察拼接状况，首先需要标定每个DMD之间的位置关系，具体标定方法如下：
[0024]粗标定：每个dmd都投一幅圆心在DMD使用区域中心的静态bitmap图，移动stage使dmd1、dmd2和dmd3中的mark P3圆心分别位于吸盘ccd4中心，分别记录stage坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)；则dmd1与dmd2的距离为(x2‑
x1，y2‑
y1)，dmd2与dmd3的距离为(x3‑
x2，y3‑
y2)；
[0025]移动stage使dmd3和dmd4中markP3圆心分别位于吸盘ccd5中心，分别记录stage坐标为(x4，y4)，(x5，y5)，则dmd3和dmd4之间的距离为(x5‑
x4，y5‑
y4)；
[0026]细标定：曝光密集的线条，通过显微镜看线条拼接处的x和y方向的错位，计算出dmd之间的相互位置关系，以进行条带分割和补黑图；
[0027]进一步地，条带分割表现为：在DMD扫描过程中两边的三角度区域是不同的，且X方向必须要有重叠区域，Y方向位置不能保证完全一致。
[0028]进一步地，在曝光过程中采用补黑图的方式来同步每个DMD；DMD1与DMD2在X方向有重叠，在Y方向有错位；在DMD1的右边与DMD2重叠的地方补黑图，在条带的开始或结束位置补黑图。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术首先用倾斜扫描曝光方案曝光切片图像，将切片图像转换为矢量图，再根据指定的精度栅格化为更精细位图图像，通过倾斜DMD，实现更小的网格精度，提高曝光图像的分辨率和图形质量，通过滚动式翻图曝光纵向远超DMD幅面的切片图；再用多镜头拼接的方式实现横向曝光幅面的扩展，通过激光器能量标定获得每个曝光镜头对应的激光器的能量转化率曲线，根据此曲线保证每个镜头的出光功率保持一致，通过调试曝光镜头的角度倍率使得待拼接的镜头的角度和倍率满足精度要求，通过投影预先设计的拼接图来观察拼接状况，如果不满足要求则微调镜头位置；可进行大幅面3D打印，提高打印精度与打印物体边缘的平滑性，解决大幅面投影镜头的畸变与光场不均匀造成的打印缺陷。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术一种扫描式3D打印方法的原理框图。图2为本专利技术中DMD倾斜扫描示意图。图3为本专利技术中DMD角度标定示意图。图4为本专利技术中DMD位置关系标定静态图。图5为本专利技术中DMD1与DMD2对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扫描式3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：用倾斜扫描曝光方案曝光切片图像；具体包括：将切片图像转换为矢量图，再根据指定的精度栅格化为更精细位图图像；通过倾斜DMD，实现更小的网格精度；通过滚动式翻图来曝光纵向远超DMD幅面的切片图；步骤二：用多镜头拼接的方式实现横向曝光幅面的扩展，具体包括：通过激光器能量标定获得每个曝光镜头对应的激光器的能量转化率曲线，根据此曲线保证每个镜头的出光功率保持一致；通过调试曝光镜头的角度倍率使得待拼接的镜头的角度和倍率满足精度要求；通过投影预先设计的拼接图来观察拼接状况，如果不满足要求则微调镜头位置。2.根据权利要求1所述的一种扫描式3D打印方法，其特征在于，其中，步骤一中将切片图像转化为矢量图，具体步骤如下：用轮廓提取方案提取切片图像中所有连通区域的轮廓；对提取的轮廓进行处理，转化为图形的实际物理轮廓；对物理轮廓进行优化，得到最终的矢量图。3.根据权利要求2所述的一种扫描式3D打印方法，其特征在于，其中，步骤一中通过倾斜DMD，实现更小的网格精度，具体步骤如下：DMD扫描方向为从上到下，倾斜角度为θ，DMD像素的间距为d，竖向的黑线为扫描线，扫描线的间距为c＝dsinθ，如此将扫描线的间距从直扫情况下的d减少为斜扫情况下c。4.根据权利要求1所述的一种扫描式3D打印方法，其特征在于，其中，步骤二中每个镜头的出光功率保持一致的方法是：利用功率计测量出激光器在不同输入电流的情况下所产生的激光的能量，从而完成能量转化曲线的绘制。5.根据权利要求4所述的一种扫描式3D打印方法，其特征在于，其中，步骤二中调试曝光镜头的角度倍率的方法需要高精度运动平台与高精度工业相机辅助，具体包括：通过DMD投一幅静态bitmap图，mark P1和P2两个圆的圆心之间的像素为N个，即中心距离为N*10.8(单个像素的大小为10.8um)，移动平台分别使dmd中的mark P1和P2圆心处于吸盘同一ccd中心，分别记录stage坐标为(x1,y1)和(x2,y2)，则：θ＝ar...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明，董辉，韩非，陈修涛，
申请(专利权)人：合肥芯冠半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：