一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法與流程

本發明涉及一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法，屬于塑料的加工技術領域。

背景技術：

目前光固化三維打印制件中，支撐與零件強度差異可控的工藝方法主要采用多種材料三維打印技術，分別制造支撐與零件部分，然后再利用支撐材料的物理或化學特性去除支撐材料。利用多材料三維打印技術，需要特定的支撐材料，增加了制造成本。制作的零件僅包含兩種強度，不能實現連續梯度多材質制造。

一種面成型光固化三維打印的方法，采用數字光投影設備(dlp)或者液晶顯示設備(lcd)選擇性固化液態光敏樹脂，在一次曝光過程中可以固化一層的輪廓，相比激光點掃描光敏樹脂成型，提高了成型效率。根據投射光源的位置不同，可以分為上投影方式和下投影方式。每制造完成一層后，構建平臺運動一個層厚的距離，然后制造下一層。在三維打印制造前需要設計零件的支撐結構，以便確保在成型過程中制作的每一個結構部位都能可靠定位并且制造完整，但成型后不易除去該支撐結構，勉強去除支撐結構會破壞零件表面與支撐結構的接觸部分，使零件表面粗糙變形。

因此一種行之有效的方法，用于在固化過程中合理的控制零件與支撐固化后的強度，使得二者易于分離，減少對零件表面的損傷。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提出一種零件強度可控的面成型光固化三維打印方法，用于控制零件和支撐的強度。

本發明為了解決上述技術問題提出的技術方案是：一種零件強度可控的面成型光固化三維打印方法，執行如下步驟：

1)初始化，運用數字模型生成技術生成制件數字模型，所述制件數字模型包括，零件數字模型以及該零件的支撐數字模型；

2)根據關系方程確定曝光時間t；

所述關系方程為

y為光敏樹脂材料固化后的彈性模量，e為曝光量，t為曝光時間，ymax是指樹脂完全固化后的楊氏模量，ec是光敏樹脂材料的臨界曝光量，α、β是樹脂的無量綱常數；

3)對步驟1)中的制件數字模型進行切片操作，得到切片總層數zmax以及各切層對應的二維圖像，并將打印的初始高度z0定義為0；

4)從所述初始高度z0起對相應切層的二維圖像進行判斷，并根據該二維圖像與零件數字模型和支撐數字模型的關系確定曝光時間t的值；

5)判斷4)中二維圖像的切層z值；

當z＝zmax-1時結束三維打印，否則將打印機的托板下降一個層厚，回到步驟4)，并z＝z+1。

上述技術方案的改進是：步驟2)得到所述零件的曝光時間t1和所述支撐的曝光時間t2。

上述技術方案的改進是：步驟4)中若所述二維圖像中有零件的切片圖像，對當前的二維圖像進行曝光，曝光時間t＝t1；

若所述二維圖像中有支撐的切片圖像，對當前的二維圖像進行曝光，曝光時間為t＝t2；

若所述二維圖像中有零件的切片圖像和支撐的切片圖像，對當前的二維圖像進行曝光，曝光時間t＝t2，再對零件的切片圖像進行單獨曝光，曝光時間t＝t1-t2。

上述技術方案的改進是：數字模型生成技術包括cad建模、三維掃描。

本發明采用上述技術方案的有益效果是：本方法在面成型光固化三維打印過程中,利用光敏樹脂固化特性即固化的關系方程以及材料固化特性，通過控制零件模型和支撐模型的曝光時間t，改變了支撐的強度，使得支撐容易去除，從而降低支撐去除對零件表面的損傷，提高零件表面質量，優化了制造零件的質量。

此外該發明通過控制零件和支撐的不同曝光時間，僅用一種材料便實現了制件強度梯度化和連續性。支撐的作用有：1支撐零件傾斜角過大的部分，保證打印完整。2支撐零件懸空的地方，保證打印完整。3支撐零件易變形的地方，保證形狀和位置精度。根據這三個需要，生成的支撐模型。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說。

圖1是本發明一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法流程示意圖。

圖2是本發明一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法實施例中的打印設備的結構示意圖。

圖3是本發明一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法實施例中的曝光時間與抗拉強度的關系圖。

圖4是本發明一種制件強度可控的光面成型固化三維打印方法實施例中的情況1的制件與二維圖像的對應圖。

圖5是本發明一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法實施例中的情況2的制件與二維圖像的對應圖。

圖6是本發明一種制件強度可控的面成型光固化三維打印方法實施例中的情況3的制件與二維圖像的對應圖。

具體實施方式

實施例

本實施例的一種零件強度可控的面成型光固化三維打印方法，如圖1所示，執行如下步驟：

1)初始化，運用cad建模、三維掃描或其他現有的數字模型生成技術生成制件數字模型，制件數字模型包括，零件數字模型以及該零件的支撐數字模型；

分別輸入零件模型、支撐模型的三維離散數據(如stl文件)，以絕對坐標z＝0為底，將零件模型按照層厚h進行切片處理生成圖片序列m＝{m0,m1,m2,……},支撐模型部分切片生成圖片序列s＝{s0,s1,s2,……}。

2)根據關系方程確定曝光時間t；

關系方程為

從公式中可以看到，樹脂的彈性模量不僅取決于材料本身的屬性，也受到曝光強度和時間的影響。

y為光敏樹脂材料固化后的彈性模量，e為曝光量，t為曝光時間，ymax是指樹脂完全固化后的楊氏模量，ec是光敏樹脂材料的臨界曝光量，α、β是樹脂的無量綱常數；

根據與材料相關的已知數據以及制件成型后需要的強度可以確定零件與支撐的曝光時間分別為，零件的曝光時間t1和支撐的曝光時間t2；

如圖3所示，在面成型光固化三維打印過程中,利用光敏樹脂固化特性即固化方程，通過控制曝光時間t，改變了支撐的強度，使得支撐容易去除，優化了制造零件的質量。

3)對步驟1)中的制件數字模型進行切片操作，得到切片總層數zmax以及各切層對應的二維圖像，并將打印的初始高度z0定義為0；

4)從初始高度z0起對相應切層的二維圖像進行判斷，并根據該二維圖像與零件數字模型和支撐數字模型的關系確定曝光時間t的值；

情況1，若二維圖像中有零件的切片圖像，如圖4所示，對當前的二維圖像進行曝光，曝光時間t＝t1；

情況2，若二維圖像中有支撐的切片圖像，如圖5所示，對當前的二維圖像進行曝光，曝光時間為t＝t2；

情況3，若二維圖像中有零件的切片圖像和支撐的切片圖像，如圖6所示，對當前的二維圖像進行曝光，曝光時間t＝t2，再對零件的切片圖像進行單獨曝光，曝光時間t＝t1-t2。

5)判斷4)中二維圖像的切層z值；

當z＝zmax-1時結束三維打印，否則將如圖2所示的光固化制造過程中使用面曝光式掩碼投射裝置，包括數字光投影設備和液晶投影設備等中的托板下降一個層厚，回到步驟4)，并z＝z+1。

本發明不局限于上述實施例。凡采用等同替換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。