[發明專利]單光源多次照射的大尺寸面曝光增材制造設備、系統和方法

有效

• 申請號: 202110049451.4
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN113246466B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 郭文華;賀晨龍;馬耀軍;王強;馬翔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/124;B29C64/386;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.單光源多次照射的大尺寸面曝光模型切片方法，其特征在于，該方法基于單光源多次照射的大尺寸面曝光增材制造設備，包括光源模塊(11)、旋轉運動模塊(12)、水平運動模塊(13)、垂直運動模塊(14)、液位調節模塊(15)、刮刀模塊(16)、成形模塊(17)、料倉模塊(18)以及電氣控制模塊(19)；其中，設備主體由一個外框架構成，光源模塊(11)位于設備上部，料倉模塊(18)及成形模塊(17)位于設備下部；光源模塊(11)安裝在水平運動模塊(13)和旋轉運動模塊(12)構成的運動部件上，能夠產生XY方向的平移以及Z方向的旋轉運動；在料倉模塊(18)中，放置了一個垂直運動模塊(14)帶動成形模塊(17)沿Z軸方向運動；料倉模塊(18)的上方，使用一個水平運動模塊(13)帶動刮刀模塊(16)進行液面刮平操作；液位調節模塊(15)浸入料倉模塊(18)中存放的樹脂材料中，通過調節該模塊浸入樹脂液體中的體積，保持打印材料液位始終位于同一高度；控制設備運動的電氣控制模塊(19)安裝在料倉模塊(18)的下方，與其他各個模塊通過線纜相連，向各模塊發送控制指令指導其產生運動；

該方法包括：

a)層切圖內區域劃分數量最優

區域劃分通過啟發式算法得到近似優解；

b)層切圖堆疊強度及表面質量最優

要選擇合適的模型強度與表面質量性能指標，對層切圖的堆疊方式進行優化；

c)光源運動效率最優

在路徑規劃時保證光源能夠在固化時間間隔的上下限值之間對新層進行照射。

2.根據權利要求1所述的單光源多次照射的大尺寸面曝光模型切片方法，其特征在于，區域劃分問題的數學描述：

令Ψ是單個光源能夠投影的最大區域，在面曝光打印技術中，該區域通常是一個長方形；每一個切片能夠表示為一個二元組(Ξ,z)，其中z是切片的高度，Ξ＝(Ω₁∪Ω₂∪…∪Ω_n)是一個由n個不連通多邊形區域構成的待固化區域的集合；對于使用多次成像進行拼接的大尺寸面曝光設備來說，區域劃分問題表述如下：

給定平面上一組不連通多邊形區域的集合尋找一組四邊形集合Ψ＝{ψ_k,k＝1,2,…}，其中所有元素均具有相同尺寸w×h，使得

計算時基于中軸線變換所進行的分割算法，其算法復雜度為O(n²log²n)，其中n為生成點的數量。

3.根據權利要求1所述的單光源多次照射的大尺寸面曝光模型切片方法，其特征在于，考慮零件強度與表面質量的分區域曝光方式切片算法，具體如下：

考慮層間結合強度最大及外表面接縫長度最小，給定性能指標進行優化；從第一層切片開始，第一層切片使用中軸線算法給出劃分數量最小的結果；第二層切片劃分是在第一層劃分的基礎上，考慮層間結合強度最大及表面質量最好進行啟發式尋優，判斷依據是由當前區域劃分的中心線構成的封閉區域與下一層劃分區域的重合面積；

根據優化理論，目標表示為

其中，s(·)表示面積計算算子，表示由第i層區域劃分結果的中心線導出的區域，其大小等于光源投影區域。