[发明专利]基于掩膜图像灰度调节的变速连续液面制造方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于掩膜图像灰度调节的变速连续液面制造方法和装置，所述方法和装置基于加工文件，所述加工文件生成方法为：根据已有理论或试验确定成形基座的运动速度和辐照度之间的关系；基于模型数据确定模型每层切片对应的运动速度；通过试验获取掩膜图像灰度和辐照度之间的关系；根据所述运动速度和辐照度之间的关系、每层切片对应的运动速度，以及掩膜图像灰度和辐照度之间的关系，得到每层切片加工时所需预加灰度值和曝光时间；根据每层切片加工时的成形基座运动速度、预加灰度值和曝光时间，生成模型加工文件。本发明基于掩膜图像灰度处理实现光强的改变，以解决树脂流动和树脂固化性能之间的矛盾，在保证精度的情况下，最大的保证了加工效率。

技术领域

本发明属于增材制造和3D打印技术领域，具体涉及一种基于掩膜图像灰度调节的变速连续液面制造方法和装置。

背景技术

基于层层累加的MIP-SLA面曝光打印技术存在两个重要缺陷，建造速率和建造的工件不具有各向同性。针对MIP-SLA面曝光成形工艺，同一建造零件的层厚和零件垂直分辨率之间的存在着矛盾，层被切得越薄，台阶效应就越小，表面质量越高，但加工时间大大增加。MIP-SLA面曝光成形的工件在Z轴方向，是通过树脂的不完全固化层层粘结的，不良的胶合导致其Z轴机械性能远远低于XY平面。

在2015年3月，John R.Tumbleston等人，在Science期刊发表的文章中提出了一种连续液面建造技术(CLIP)，该技术利用光敏树脂的氧阻聚效应，在树脂槽底部形成不固化液态死区，从而实现连续的光固化，完美的解决了上面提出的层层累积的传统MIP-SLA面曝光成形中的两个问题。该技术可以说是MIP-SLA面曝光成形技术的延伸与变种。

在连续液面制造技术(CLIP)中树脂的填充是通过由于氧阻效应在透气半透性薄膜和已固化工件之间形成的液态死区来实现树脂的填充。因此，该技术加工大横截面面积工件的速度严格受到树脂填充速度的受到限制，而在加工横截面积比较小的零件，树脂的固化速率是限制速度的主要因素。从上面的分析可以看出，在加工同一工件的过程中不同的区域对速度要求是不一样的，对于横截面积较大的区域可以利用较小的速度，而横截面面积较小的区域可以利用较大的速度。

中国专利文件(申请号201480008364)公开了连续液体中间相打印装置与设备，里面对连续液面打印的所需装置和方法进行了详细的阐述。但是在这篇论文中大多是实施例都是基于某一速度匀速提升的。

基于上面的分析可以看出，在打印过程中，成形基座以恒定的速度向上抬起实际上是以所有区域中最小速度决定的，如果整个打印过程都是以这个最小速度进行提升，会浪费大量时间。如何根据待打印件的模型特征来确定不同区域不同的打印速度；并且在不同的速度下，所需要的投影机光强是不同的，成形基座向上的爬升速度和所需的光强之间的关系如何确定。如何对光强进行调节，在中国专利文件(申请号201480008364)是通过PWM(脉冲宽度调制)来调节电流从而达到对光强的调节的目的，这里增加的额外的硬件投影机成本，并且不能达到电流实时调节的目的。

综上所述，树脂的流动性能和固化性能，共同影响某层零件抬升速度。如何确定加工件每一层切片的加工速度，在保证精度的情况下，如何对得到的速度进行规划，如何确定抬升速度和光强之间关系，并提出一套有效的光强调节方案，对该工艺的推广和产业化很有必要。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于掩膜图像灰度调节的变速连续液面制造方法和装置，并且提供了所述方法和装置所需要的加工文件生成方法，根据模型信息得到零件的加工速度，并基于掩膜图像灰度处理实现光强的改变，以解决树脂流动和树脂固化性能之间的矛盾，在保证精度的情况下，最大的保证了加工效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于掩膜图像灰度调节的连续液面制造加工文件生成方法，包括以下步骤：