用于3D打印的固化处理方法、系统、装置及存储介质与流程

用于3d打印的固化处理方法、系统、装置及存储介质
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种用于3d打印的固化处理方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.光固化3d打印是利用光源照射液态光敏树脂后使其固化，从而使材料逐层成型，最后层层叠加成为三维实体。其中，面曝光式光固化3d打印为光固化3d打印的分支之一，其通过投影图像的方式来成型。然而，光敏树脂材料固化时存在尺寸收缩，一般而言曝光面尺寸越大，材料收缩越大；另外，大面积实心曝光面持续曝光也会导致打印残渣等问题，影响打印精度和打印效果。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种用于3d打印的固化处理方法、系统、装置及存储介质，能够缓解光固化3d打印的材料收缩及打印残渣问题，同时增加模型结构的牢固性。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种用于3d打印的固化处理方法，包括步骤：
5.获取三维模型，并将所述三维模型切片生成系列切片图层；
6.从所述系列切片图层中选择连续的至少2个切片图层，将选取的各切片图层分离得到轮廓区域以及限定在轮廓区域内的填充区域，并将所述填充区域分割成若干子区域；其中，同一切片图层内相邻子区域之间具有间隙，相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠；
7.将所述子区域或所述间隙中的任一种及所述轮廓区域作为曝光区，对处理后的系列切片图层进行曝光固化。
8.可选地，所述将所述填充区域分割成若干子区域，具体包括：将所述填充区域分割成若干封闭图形形状的子区域。
9.可选地，所述将所述填充区域分割成若干子区域，具体包括：将所述填充区域分割成若干面积相等的封闭图形形状的子区域。
10.可选地，通过以下步骤实现相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠：
11.将相邻切片图层在垂直方向上的相同位置的子区域沿预设方向偏移预设距离。
12.可选地，所述固化处理方法还包括：
13.对所述系列切片图层进行模型外表面识别；
14.若当前切片图层相比于所述当前切片图层的前若干个或后若干个切片图层存在外露填充区域，对所述外露填充区域不进行子区域分割。
15.可选地，所述固化处理方法还包括：
16.控制所述轮廓区域的固化深度大于等于所述填充区域的固化深度。
17.第二方面，本发明实施例提供了一种用于3d打印的固化处理系统，包括：
18.切片模块，用于获取三维模型，并将所述三维模型切片生成系列切片图层；
19.分离模块，用于从所述系列切片图层中选择连续的至少2个切片图层，将选取的各切片图层分离得到轮廓区域以及限定在轮廓区域内的填充区域，并将所述填充区域分割成若干子区域；其中，同一切片图层内相邻子区域之间具有间隙，相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠；
20.固化模块，用于将所述子区域或所述间隙中的任一种及所述轮廓区域作为曝光区，对处理后的系列切片图层的曝光区进行曝光固化。
21.第三方面，本发明实施例提供了一种用于3d打印的固化处理装置，包括：
22.至少一个处理器；
23.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
24.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现第一方面实施例所述的用于3d打印的固化处理方法。
25.第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行第一方面实施例所述的用于3d打印的固化处理方法。
26.实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例通过将连续的至少2个切片图层分离得到轮廓区域以及限定在轮廓区域内的填充区域，并将填充区域分割成若干子区域，相同切片图层内的相邻子区域之间具有间隙，实现缓解光固化3d打印的材料收缩及打印残渣问题；通过相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠，实现增加模型结构的牢固性。
附图说明
27.图1是本发明实施例提供的一种用于3d打印的固化处理方法的步骤流程示意图；
28.图2是本发明实施例提供的一种轮廓区域和填充区域的结构示意图；
29.图3是本发明实施例提供的另一种轮廓区域和填充区域的结构示意图；
30.图4是本发明实施例提供的一种相邻第二步切片图层的相邻子区域的结构示意图；
31.图5是本发明实施例提供的一种具有外露区域的三维模型的剖面结构示意图；
32.图6是本发明实施例提供的一种用于3d打印的固化处理装置的结构框图；
33.图7是本发明实施例提供的一种用于3d打印的固化处理系统的结构框图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
35.如图1所示，本发明实施例提供了一种用于3d打印的固化处理方法，其包括的步骤如下所示。
36.s100、获取三维模型，并将所述三维模型切片生成系列切片图层；为表述方便，下
文将初始的系列切片图层表述为第一步切片图层。
37.s200、从所述系列切片图层中选择连续的至少2个切片图层，将选取的各切片图层分离得到轮廓区域以及限定在轮廓区域内的填充区域，并将所述填充区域分割成若干子区域；其中，同一切片图层内相邻子区域之间具有间隙，相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠；为表述方便，下文将经过分割处理后的切片图层表述为第二步切片图层。
38.s300、将所述子区域或所述间隙中的任一种及所述轮廓区域作为曝光区，对处理后的系列切片图层的曝光区进行曝光固化。需要说明的是，处理后的系列切片图层包括经过轮廓区域和填充区域分离处理的切片图层和未经过轮廓区域和填充区域分离处理的切片图层。
39.需要说明的是，对于一台打印机的一个成型平台而言，由于成型平台上可能会有多个打印件，因此光源在每次曝光时，曝光图可能是由多个打印件对应的切片图层组成的，即曝光图由多个轮廓区域和填充区域组合。本方案在描述时尽管只是针对单个打印件进行讨论，但是不妨碍本方案在使用时，可用在多个打印件同版打印的情况。
40.本领域技术人员可以理解的是，所述子区域和所述间隙中，只有其中一个会作为曝光区。
41.另外，即使对应一个打印件，其各切片图层也会存在不同，因为打印件的形状可能会是不规则的，所以不相邻切片层之间可能会出现光斑数量不同的情况；换言之，不相邻切片层之间，轮廓区域和填充区域组合的数量会不同的情况，然而本领域技术人员容易理解，这并不会妨碍本方案在该情况下的实施效果。
42.最后，本领域技术人员容易理解的，对于单组轮廓区域和填充区域而言，尽管两者存在对应关系，然而轮廓区域的数量和填充区域数量可能会不相同，因为打印件可能会有外轮廓和内轮廓。
43.具体地，在进行光固化3d打印前，首先需要获取待打印成型的打印件的三维数据模型，该步骤可通过扫描或建模等方式获取，此处不赘述。然后，对三维数据模型进行切片处理，获得多个用于曝光成型的第一切片图层。然而，直接使用第一切片图层会出现材料收缩大和打印残渣等问题，因此本方案提供了一种对该切片图层进行预处理的方法，使得处理后的切片图层，在用于曝光成型时，能一定程度上缓解或解决上述技术问题。
44.因为光敏树脂材料的固化特性，固化尺寸越大收缩越大；将切片图层的轮廓部分分离出来，轮廓的曝光区域变薄变细，向临近密集区域收缩，收缩减小。光固化3d打印模型最终需要高精度的区域是轮廓部分，填充区域的价值在于增加层与层之间的连接面积，增强模型结构的牢固性，对精度和形状没有硬性要求。
45.填充区域被划分为若干子区域，且相邻子区域之间具有间隙，在进行曝光固化时，子区域和间隙中的其中一个会被曝光，而两者中的另一个不会被曝光，形成非曝光区；非曝光区的存在有利于光敏树脂在逐层固化过程中的树脂流动，促进树脂产生的热量向四周扩散，而且曝光区域被分离成若干小面积的子区域，收缩减少的同时避免大面积的曝光固化区域持续放热导致树脂局部过热，改善打印产生残渣的问题。
46.同时，不同第二步切片图层间在垂直方向上的子区域在空间上有部分重叠，部分重叠用于保持结构强度。
47.具体地，通过软件算法，如腐蚀算法可将二维的第一步切片图层分割成轮廓区域
和填充区域，轮廓的厚度和大小可以根据软件算法参数自由控制。
48.实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例通过将连续的至少2个切片图层分离得到轮廓区域以及限定在轮廓区域内的填充区域，并将填充区域分割成若干子区域，相同切片图层内的相邻子区域之间具有间隙，实现缓解光固化3d打印的材料收缩及打印残渣问题；通过相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠，实现增加模型结构的牢固性。
49.在一个具体的实施例中，如图2所示，a1为轮廓区域，a2-1为子区域，a2-2为间隙，子区域a2-1及间隙a2-2共同组成填充区域，子区域a2-1和轮廓区域a1作为曝光区，间隙a2-2作为非曝光区。
50.具体地，如图3所示，a1为轮廓区域，a2-1为子区域，a2-2为间隙，子区域a2-1及间隙a2-2共同组成填充区域，间隙a2-2和轮廓区域a1作为曝光区，子区域a2-1作为非曝光区。
51.可选地，所述将所述填充区域分割成若干子区域，具体包括：将所述填充区域分割成若干封闭图形形状的子区域。
52.可选地，所述将所述填充区域分割成若干子区域，具体包括：将所述填充区域分割成若干面积相等的封闭图形形状的子区域。
53.具体地，封闭图形形状包括矩形状、方块状、三角形状或圆状等，本技术实施例中选择方块状。如图2所示，方块状的子区域呈矩阵排列的形式分布在填充区域内。
54.需要说明的是，因为间隙存在，所以子区域之间互不联通，甚至子区域和轮廓区域之间也可存在间隙。此外，可以理解的是，填充区域是限制在轮廓区域内的，因此填充区域是具有边界的，临近边界处的子区域的形状可能是非完整方块形状；换言之，以子区域的封闭图形形状为方块状为例，子区域包括密集分布在填充区域内部的完整方块状子区域和分布在临近填充区域边界的非完整方块状子区域。
55.可选地，通过以下步骤实现相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠：
56.将相邻切片图层在垂直方向上的相同位置的子区域沿预设方向偏移预设距离。
57.具体地，如图4所示，图4a是第i层切片图层在x-y平面的俯视图，i为整数；图4b是第i 1层切片图层在x-y平面的俯视图。相比较于第i层切片图层中的方格子区域的位置，第i 1层切片图层中的方格子区域的位置出现了“偏移”，需要说明的是，轮廓区域为子区域(填充区域)的边界，其不会随子区域一起进行偏移。具体而言，对于两层的切片图层，轮廓区域内的网格阵列(即呈矩阵排列的方格状子区域)出现了偏移效果。具体到图4c和图4d，图4c是第i层和第i 1切片图层在x-y平面重叠后的俯视图，图4d是第i层和第i 1切片图层在x-z平面的剖视图，相邻的两层切片图层中，垂直方向上相邻的方格状子区域会重叠在一起，即第i层的子区域和与其在垂直方向上相邻的第i 1层的子区域重叠在一起。从图4中可以看出，方格间会跨层错位重叠，下一层方格覆盖前一层方格的间隙。
58.在一种可选的实施例中，位置偏移可以设置为循环模式，如四层循环偏移后，方格回到原来的位置。具体可通过多种形式的偏移循环列表实现位置偏移，本技术不做具体限制。。
59.可选地，所述固化处理方法还包括：
60.对所述系列二维的第二步切片图层进行模型外表面识别；
61.若当前第二步切片图层相比于所述当前第二步切片图层的前若干个或后若干个第二步切片图层存在外露填充区域，对所述外露填充区域不进行子区域分割。
62.具体地，对每一张二维曝光全图做算法验算，间接识别模型外表面，若当前切片图层相比其前m个切片图层或其后m个切片图层而言，存在多出的部分，则多出的部分不进行“将填充区域分割成若干子区域”操作。这样可以避免模型表面出现网格影响表面打印效果。
63.以第n张切片曝光全图为例，与其前面m张，以及后面m张曝光全图做对比运算，找出第n张图相比其前面以及后面m张图多出的曝光部分，在对第n张曝光图的填充部分做网格处理时，忽略多出的曝光部分，确保其作为外表面时不会做网格划分处理，从而间接实现外表面识别的效果。
64.具体地，如图5所示，第n层的c1层相比于其前3层而言，其存在外露区域b1，该外露区域b1则不进行“将填充区域分割成若干子区域”的操作。同理，第n’层的c2层相比于其后3层而言，其存在外露区域b2，该外露区域b2则不进行“将填充区域分割成若干子区域”的操作。
65.需要说明的是，在子区域和间隙划分的足够小时，即使不做外表面识别，也可以使打印模型的表面网格不为肉眼所见。
66.可选地，所述固化处理方法还包括：
67.控制所述轮廓区域的固化深度大于等于所述填充区域的固化深度。
68.在本实施方式中，增加轮廓区域的固化深度可在一定程度内增强零件的力学性能。
69.具体地，对于面曝光的光固化打印方法，一方面，轮廓区域和填充区域可以分开固化，但轮廓区域和填充区域的曝光能量可以不一样，这可以通过使轮廓区域和填充区域的灰度、曝光强度或曝光时长形成差异化来实现；另一方面，轮廓区域和填充区域可以同时固化，但是轮廓区域的曝光强度和/或曝光时间会高于填充区域。
70.对于点光源式的光固化3d打印方法，如sla(stereo lithography apparatus，立体光固化成型法)光固化打印，可以通过控制激光扫描的速度或光斑大小。
71.又或者，轮廓区域和填充区域可以采用不同的光源固化，光源的类型可以相同或不同，光源不同时，轮廓区域可以是点光源——激光光源，填充区域可以是面光源。本发明实施例中所描述的面光源包括但不限于dlp(digital light processing，数字光处理)光源、lcd(liquid cristal display，液晶显示)光源或lcos(liquid crystal on silicon，硅基液晶)光源等。
72.如图6所示，本发明实施例提供了一种用于3d打印的固化处理系统，包括：
73.切片模块，用于获取三维模型，并将所述三维模型切片生成系列切片图层；
74.分离模块，用于从所述系列切片图层中选择连续的至少2个切片图层，将选取的各切片图层分离得到轮廓区域以及限定在轮廓区域内的填充区域，并将所述填充区域分割成若干子区域；其中，同一切片图层内相邻子区域之间具有间隙，相邻切片图层的相邻子区域在垂直方向上有部分重叠；
75.固化模块，用于将所述子区域或所述间隙中的任一种及所述轮廓区域作为曝光区，对处理后的系列切片图层的曝光区进行曝光固化。
76.可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
77.如图7所示，本发明实施例提供了一种用于3d打印的固化处理装置，包括：
78.至少一个处理器；
79.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
80.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的用于3d打印的固化处理方法。
81.可见，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
82.此外，本技术实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，计算机程序产品或计算机程序存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序，使得该计算机设备执行上述所示的方法。同样地，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
83.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。