一种围护限域压平立体成型方法、设备及存储介质与流程

【】本发明涉及3d打印及增材制造，特别涉及一种围护限域压平立体成型方法、设备及存储介质。

背景技术

0、 背景技术：

1、3d打印又称增材制造，是按照待成型三维模型的分层数据逐层形成材料层，并通过各材料层连续叠加获得三维实体的制造技术。现有立体成型技术主要包括熔融材料沉积、喷墨成型以及光固化成型等。

2、公开号为cn104191616a的中国发明专利申请公开了一种喷墨3d打印设备及打印方法，其在利用热塑材料完成当前层实体打印后，对当前层实体进行喷墨染色。该方案能够实现逐层着色，但其着色过程是在实体层形成之后实施，承担颜色显示功能的材料与主体实体形成过程相对独立。

3、公开号为cn104275799a的中国发明专利申请公开了一种彩色3d打印装置和打印方法，通过熔丝堆叠方式形成层结构后，在层结构的外观面施加颜料并对颜料进行固化。该方式主要针对已成型层的外观面进行着色。

4、公开号为cn106346775a的中国发明专利申请公开了一种彩色dlp光固化3d打印系统及方法，该系统包括打印平台、树脂液槽、dlp投影单元等部件，通过树脂液槽容纳光敏树脂并逐层进行光固化成型。

5、另外，混合增材制造技术中还存在先逐层形成模型外壳，再向外壳内部加入液态光固化材料并进行固化的方案。该类技术能够利用外壳限定内部填充区域，但内部液态材料主要依靠外壳自身容纳后直接固化。

6、现有技术还存在通过构建窗口与打印平台之间的相对距离限定液态光敏材料厚度并在固化后实施离型的光固化成型方式。

7、上述技术分别解决了表面着色、液体填充或者液层厚度控制等问题，但对于兼顾以下要求仍存在改进空间：

8、其一，如何利用高精度形成的围护结构本身限定当前层的液体成型材料，而减少传统大容量树脂料槽的使用；

9、其二，如何利用围护结构与相对平台共同完成液体材料的限域压平和层厚控制；

10、其三，在平台压平过程中，如何通过围护结构自身的几何关系控制多余液体材料的溢流方向，避免材料向三维模型最终外表面溢出；

11、其四，如何使承担颜色显示功能的高精度围护结构与承担主体结构连接作用的结构层协同逐层成型。

技术实现思路

0、 技术实现要素：

1、为了克服上述问题，本发明提出一种可有效解决上述问题的围护限域压平立体成型方法、设备及存储介质。

2、本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种围护限域压平立体成型方法，应用于包括相对设置的第一平台和第二平台的立体成型设备，所述第一平台用于承载逐层形成的三维模型，所述第二平台作为粘结离型平台，包括以下步骤：

3、其中，所述液体基体材料与所述液体粘结材料为相同或不同的材料；

4、步骤s1、确定围护基体层的工作平台，所述工作平台为所述第一平台或所述第二平台；向所述工作平台施加液体基体材料并使所述液体基体材料至少部分固化，形成围护基体层，所述围护基体层界定出用于容纳液体粘结材料的容纳空间；

5、步骤s2、向所述容纳空间施加液体粘结材料；

6、步骤s3、使所述第一平台和所述第二平台相对靠近，将所述液体粘结材料在所述第一平台和所述第二平台之间压平至预设层间隙；所述预设层间隙由所述第一平台与所述第二平台的相对位置确定；

7、步骤s4、固化处于所述预设层间隙内的液体粘结材料，形成结构粘结层，使所述结构粘结层与所述围护基体层形成当前成型层，并使所述当前成型层与所述第一平台或所述第一平台上的已成型部分连接；

8、步骤s5、使所述第一平台和所述第二平台相对远离，并使所述当前成型层与所述第一平台或所述第一平台上的已成型部分之间的结合力大于所述当前成型层与所述第二平台之间的结合力，以使所述当前成型层在所述第二平台脱离后保留于或转移至所述第一平台；

9、重复执行步骤s1至步骤s5，逐层形成所述三维模型。

10、优选地，在正向配置下，所述第一平台位于所述第二平台的下方，所述围护基体层的工作平台为所述第一平台，所述围护基体层形成于所述第一平台或所述第一平台上的已成型部分；在反向配置下，所述第一平台位于所述第二平台的上方，所述围护基体层的工作平台为所述第二平台，所述围护基体层形成于所述第二平台，并在所述结构粘结层固化后随所述当前成型层从所述第二平台脱离并转移至所述第一平台。

11、优选地，所述容纳空间为所述围护基体层在所述工作平台上界定的用于容纳和或约束液体粘结材料的任意区域，包括由所述围护基体层围合形成的闭合腔体、由所述围护基体层表面限定的开放平面区域、或由所述围护基体层形成的低矮围栏限定的开放区域；其中所述低矮围栏仅用于将所述液体粘结材料维持在预设位置，而不限定所述液体粘结材料的平面轮廓形状。

12、所述结构粘结层与所述围护基体层接触固化结合，后一成型周期的结构粘结层与前一成型周期的复合成型层结合，使相邻复合成型层形成连续三维承力结构。

13、优选地，所述围护基体层形成有沿层叠方向延伸的连接通道，所述连接通道为贯通或凹陷于所述围护基体层的通道结构；在步骤s2中，所述液体粘结材料同时填充所述连接通道；在步骤s4中，所述液体粘结材料固化形成所述结构粘结层后，所述结构粘结层通过所述连接通道与相邻成型层的围护基体层或结构粘结层在厚度方向上相连，形成贯穿至少两层的柱状或网状结构连接体，用以增强所述三维模型的层间结合强度和竖向承载能力。

14、优选地，所述液体基体材料包括着色材料，使固化后的所述围护基体层同时构成所述三维模型的围护结构和颜色显示部分。

15、优选地，所述围护基体层包括位于所述三维模型外侧的彩色外层和位于所述彩色外层朝向所述容纳空间一侧的白色不透明内壁；形成所述围护基体层时，先施加彩色材料并固化形成所述彩色外层，再向所述彩色外层的内侧施加白色材料并固化形成所述白色不透明内壁，或者先形成白色不透明内壁再形成彩色外层，顺序可以互换；所述白色不透明内壁用于为所述彩色外层提供颜色还原的白色背景，并阻隔下层着色结构透过所述结构粘结层形成的视觉串扰。

16、优选地，沿所述三维模型的成型方向，相邻两个着色的围护基体层之间设置至少一层所述结构粘结层。

17、优选地，所述结构粘结层在所述三维模型外表面的外露尺寸低于预定正常观看距离下的人眼分辨率阈值，以使所述着色的围护基体层成为所述三维模型视觉颜色的主要来源。

18、优选地，所述结构粘结层在所述三维模型外表面的外露层高小于100微米，更优选为小于50微米。

19、优选地，所述围护基体层包括靠近所述三维模型外侧的外壁和位于所述外壁内侧的内壁，所述外壁的高度与内壁的高度平齐或者外壁的高度高于所述内壁的高度；压平过程中超过当前成型区域容纳能力的液体粘结材料优先越过所述内壁向所述容纳空间内部溢流。

20、优选地，所述方法还包括在所述围护基体层外侧形成防护层的步骤，所述防护层的顶面与所述围护基体层的外侧顶面平齐或高于所述围护基体层的外侧顶面，以限制所述液体粘结材料向所述三维模型外侧溢流并进一步引导所述液体粘结材料向所述容纳空间内部溢流；所述防护层为uv固化透明涂层、喷涂保护层、水溶性保护层或浸渍保护层。

21、优选地，在所述第一平台和所述第二平台相对远离之后，还包括残留清除步骤，通过清除结构清除所述第二平台上残留的液体粘结材料，并清除所述容纳空间内壁残留的液体粘结材料以及围护基体层喷溅的多余材料；当残留材料不影响下一成型周期时，省略所述残留清除步骤。

22、本发明还提供一种围护限域压平立体成型设备，包括：

23、第一平台，用于承载逐层形成的三维模型；

24、第二平台，与所述第一平台相对设置并作为粘结离型平台；

25、喷涂机构，用于向所述第一平台或所述第二平台施加液体基体材料形成围护基体层，并用于向由所述围护基体层界定的容纳空间施加液体粘结材料，所述围护基体层包括靠近所述三维模型外侧的外壁和位于所述外壁内侧的内壁，所述外壁的高度高于所述内壁的高度；

26、升降机构，用于驱动所述第一平台和所述第二平台中的至少一者运动，使所述第一平台和所述第二平台相对靠近或相对远离，并在相对靠近时将所述液体粘结材料压平至预设层间隙，使压平过程中超过当前成型区域容纳能力的液体粘结材料优先越过所述内壁向所述容纳空间内部溢流；

27、第一固化单元，用于固化所述液体基体材料；

28、第二固化单元，用于固化所述液体粘结材料以形成结构粘结层；

29、离型机构，设置于所述第二平台，用于使当前成型层与所述第一平台或所述第一平台上的已成型部分之间的结合力大于所述当前成型层与所述第二平台之间的结合力，所述第二平台在所述结构粘结层固化完成后与所述当前成型层脱离。

30、优选地，第二固化单元按预设图形，选择性的固化处于所述预设层间隙内的液体粘结材料，形成结构粘结层，使所述结构粘结层与所述围护基体层形成连续和相匹配的三维模型。

31、优选地，所述喷涂机构能够根据成型步骤分别施加所述液体基体材料和所述液体粘结材料。

32、优选地，所述喷涂机构用于施加着色的液体基体材料，以形成构成所述三维模型颜色显示部分的围护基体层。

33、优选地，所述喷涂机构用于先施加彩色uv墨水材料形成彩色外层，再向所述彩色外层内侧施加白色uv墨水材料形成白色不透明内壁，所述彩色外层和所述白色不透明内壁共同构成所述围护基体层；或者先形成白色不透明内壁再形成彩色外层，两者顺序可以互换。

34、优选地，所述喷涂机构用于施加液体粘结材料，以形成构成所述三维模型的连续承载力机构和粘结层。

35、优选地，所述喷涂机构用于先施加透明光敏树脂材料形成结构粘结层。

36、优选地，所述结构粘结层的液体粘度高或者大于所述围护基体层液体粘度，所述结构粘结层的固体强度高于所述围护基体层固体强度。

37、优选地，围护基体层承担颜色显示和结构围护，结构粘结层承担层间结合和竖向承力，两层协同工作构成连续承力体系。

38、优选地，所述设备还包括残留清除机构，所述残留清除机构包括滚轮、刮刀或气刀，用于在所述第一平台和所述第二平台相对远离后清除所述第二平台上以及所述容纳空间内壁残留的液体粘结材料。

39、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使所述处理器控制立体成型设备执行所述的围护限域压平立体成型方法。

40、与现有技术相比，本发明的围护限域压平立体成型方法、设备及存储介质具有以下至少一种有益效果；

41、1、通过围护基体层在当前成型区域形成液体粘结材料的局部容纳空间，可以减少对用于容纳大量液态树脂的传统树脂料槽的依赖，减少材料占用、材料污染以及与料槽相关的维护工作。

42、2、围护基体层与结构粘结层分别承担模型外周精细结构和主体结构连接功能，有利于提高采用高精度喷墨围护结构形成较高三维模型时的整体结构性能。

43、3、通过第一平台和第二平台的双平台硬件基准消除喷射累积误差，稳定实现薄层主视觉。

44、4、通过使围护基体层的外壁高于内壁，使压平过程中产生的多余液体粘结材料优先向模型内部方向溢流，降低液体粘结材料污染模型最终外表面的可能性。

45、5、通过防护层与围护基体层外高内低结构配合，能够进一步形成由外向内的溢流控制关系，提高模型外表面的洁净程度。

46、6、通过彩色外层和白色不透明内壁构成复合围护基体层，可以为彩色外层提供白色背景，并降低内部或者下层颜色的视觉串扰。

47、7、通过将结构粘结层在模型外表面的外露层高控制至100微米以下，进一步控制至50微米以下，可以降低结构粘结层对综合色彩的视觉影响，使不同高度位置的着色围护基体层形成较连续的视觉颜色表现。

48、8、正向配置与反向配置均能够采用围护限域、平台压平、结构粘结及差异离型的共同原理进行立体成型。