[發(fā)明專利]基于掩膜圖像灰度調(diào)節(jié)的變速連續(xù)液面制造方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810135012.3
• 申請(qǐng)日: 2018-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN108381910B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張承瑞;李仕浩;王鵬;胡天亮;潘鵬鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/124
• 分類號(hào): B29C64/124;B29C64/20;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發(fā)明公開了一種基于掩膜圖像灰度調(diào)節(jié)的變速連續(xù)液面制造方法和裝置，所述方法和裝置基于加工文件，所述加工文件生成方法為：根據(jù)已有理論或試驗(yàn)確定成形基座的運(yùn)動(dòng)速度和輻照度之間的關(guān)系；基于模型數(shù)據(jù)確定模型每層切片對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度；通過(guò)試驗(yàn)獲取掩膜圖像灰度和輻照度之間的關(guān)系；根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)速度和輻照度之間的關(guān)系、每層切片對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度，以及掩膜圖像灰度和輻照度之間的關(guān)系，得到每層切片加工時(shí)所需預(yù)加灰度值和曝光時(shí)間；根據(jù)每層切片加工時(shí)的成形基座運(yùn)動(dòng)速度、預(yù)加灰度值和曝光時(shí)間，生成模型加工文件。本發(fā)明基于掩膜圖像灰度處理實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的改變，以解決樹脂流動(dòng)和樹脂固化性能之間的矛盾，在保證精度的情況下，最大的保證了加工效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造和3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于掩膜圖像灰度調(diào)節(jié)的變速連續(xù)液面制造方法和裝置。

背景技術(shù)

基于層層累加的MIP-SLA面曝光打印技術(shù)存在兩個(gè)重要缺陷，建造速率和建造的工件不具有各向同性。針對(duì)MIP-SLA面曝光成形工藝，同一建造零件的層厚和零件垂直分辨率之間的存在著矛盾，層被切得越薄，臺(tái)階效應(yīng)就越小，表面質(zhì)量越高，但加工時(shí)間大大增加。MIP-SLA面曝光成形的工件在Z軸方向，是通過(guò)樹脂的不完全固化層層粘結(jié)的，不良的膠合導(dǎo)致其Z軸機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于XY平面。

在2015年3月，John R.Tumbleston等人，在Science期刊發(fā)表的文章中提出了一種連續(xù)液面建造技術(shù)(CLIP)，該技術(shù)利用光敏樹脂的氧阻聚效應(yīng)，在樹脂槽底部形成不固化液態(tài)死區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的光固化，完美的解決了上面提出的層層累積的傳統(tǒng)MIP-SLA面曝光成形中的兩個(gè)問(wèn)題。該技術(shù)可以說(shuō)是MIP-SLA面曝光成形技術(shù)的延伸與變種。

在連續(xù)液面制造技術(shù)(CLIP)中樹脂的填充是通過(guò)由于氧阻效應(yīng)在透氣半透性薄膜和已固化工件之間形成的液態(tài)死區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)樹脂的填充。因此，該技術(shù)加工大橫截面面積工件的速度嚴(yán)格受到樹脂填充速度的受到限制，而在加工橫截面積比較小的零件，樹脂的固化速率是限制速度的主要因素。從上面的分析可以看出，在加工同一工件的過(guò)程中不同的區(qū)域?qū)λ俣纫笫遣灰粯拥模瑢?duì)于橫截面積較大的區(qū)域可以利用較小的速度，而橫截面面積較小的區(qū)域可以利用較大的速度。

中國(guó)專利文件(申請(qǐng)?zhí)?01480008364)公開了連續(xù)液體中間相打印裝置與設(shè)備，里面對(duì)連續(xù)液面打印的所需裝置和方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。但是在這篇論文中大多是實(shí)施例都是基于某一速度勻速提升的。

基于上面的分析可以看出，在打印過(guò)程中，成形基座以恒定的速度向上抬起實(shí)際上是以所有區(qū)域中最小速度決定的，如果整個(gè)打印過(guò)程都是以這個(gè)最小速度進(jìn)行提升，會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。如何根據(jù)待打印件的模型特征來(lái)確定不同區(qū)域不同的打印速度；并且在不同的速度下，所需要的投影機(jī)光強(qiáng)是不同的，成形基座向上的爬升速度和所需的光強(qiáng)之間的關(guān)系如何確定。如何對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在中國(guó)專利文件(申請(qǐng)?zhí)?01480008364)是通過(guò)PWM(脈沖寬度調(diào)制)來(lái)調(diào)節(jié)電流從而達(dá)到對(duì)光強(qiáng)的調(diào)節(jié)的目的，這里增加的額外的硬件投影機(jī)成本，并且不能達(dá)到電流實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的目的。

綜上所述，樹脂的流動(dòng)性能和固化性能，共同影響某層零件抬升速度。如何確定加工件每一層切片的加工速度，在保證精度的情況下，如何對(duì)得到的速度進(jìn)行規(guī)劃，如何確定抬升速度和光強(qiáng)之間關(guān)系，并提出一套有效的光強(qiáng)調(diào)節(jié)方案，對(duì)該工藝的推廣和產(chǎn)業(yè)化很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于掩膜圖像灰度調(diào)節(jié)的變速連續(xù)液面制造方法和裝置，并且提供了所述方法和裝置所需要的加工文件生成方法，根據(jù)模型信息得到零件的加工速度，并基于掩膜圖像灰度處理實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的改變，以解決樹脂流動(dòng)和樹脂固化性能之間的矛盾，在保證精度的情況下，最大的保證了加工效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于掩膜圖像灰度調(diào)節(jié)的連續(xù)液面制造加工文件生成方法，包括以下步驟：