[发明专利]一种3D打印中采用连续可变光斑扫描加工的方法

说明书

本发明属于3D打印领域，更具体地，涉及一种3D打印中采用连续可变光斑扫描加工的方法。该方法包括下列步骤：针对3D打印中的单个切片层，设定激光扫描加工的最大光斑半径和最小光斑半径，将待扫描区域划分为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域采用最小光斑扫描加工，第二区域采用最大光斑扫描加工；第三区域采用逐级补偿，通过逐级增大光斑的扫描半径逐级扫描该区域，实现该区域的扫描加工，各个区域的扫描过程中按照光斑半径逐渐变大或变小进行连续变化，实现连续可变光斑扫描加工。通过本发明，减少扫描填充次数，提高成型效率，避免产品局部过热固化。

技术领域

本发明属于3D打印领域，更具体地，涉及一种3D打印中采用连续可变光斑扫描加工的方法。

背景技术

3D打印技术是近年来兴起的一种先进制造技术，目前3D打印技术主要有光固化法、选择性激光烧结法、熔融沉积法等，其中光固化3D打印技术的原理是计算机控制激光器发射特定强度的激光对液态光敏树脂的表面进行一定路径的扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化形成打印件的一个薄层，之后工作台下移一定的距离，在固化好的树脂表面再铺上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个打印件制造完成。

光固化3D打印过程中，成型效率和表面质量一直是人们研究的重点和难点，打印工艺和扫描路径是影响产品表面质量与和成型效率的重要因素。在现在的光固化快速成形的加工过程中，常见使用大光斑和小光斑的打印工艺方法，来提高打印成型的效率，在中国发明专利说明书CN102229245A中公开了一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，通过小光斑扫描实体外部轮廓，大光斑使用大间距填充实体内部从而减少填充扫描次数，提高打印效率。但该发明专利中没有提及变光斑的路径方案，不能有效解决变光斑扫描过程中出现的扫描填充缺陷。因为在使用大光斑在对薄壁区域或凸角区域进行填充时会因为光斑过大而超出外轮廓的扫描区域，造成物件表面的凹凸不平，因此无法保证加工模型表面质量，而且在使用大光斑进行轮廓扫描时会出现大光斑未扫描区域，从而在填充时产生空隙，因此也无法满足零件的高质量需求。

在中国发明专利CN103894608A中公开了一种三维打印大光斑扫描路径生成方法，对当前扫描轮廓边界进行小光斑半径偏置得到小光斑扫描轮廓线然后再进行一次小光斑半径偏置得到内轮廓线边界，最后以内轮廓线偏置大光斑半径得到大光斑扫描填充区域，对于大光斑轮廓扫描出现的未扫描区域采用布尔运算找出这些未扫描区域然后进行小光斑平行扫描填充。这种由布尔运算得到的未填充区域，大部分都属于凸角狭长区域，使用小光斑进行平行扫描填充时会面对大量的转向和空跳，降低了扫描效率，并且扫描该狭长区域容易局部温度过高而造成过固化，从而影响产品的表面质量。

因此，在引入变光斑打印工艺后，如何保证大光斑所未扫描到的区域进行有效处理并达到最优效率和满足零件的高质量需求是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种3D打印中采用连续可变光斑扫描加工的方法，通过将单个切片层分为三个区域分别进行加工，其中采用逐渐增大光斑半径或者逐渐减小光斑半径的方式进行连续加工，该过程中对于第三区域的加工按照逐级补偿的方式使得光斑的渐变得以实现，并且使得第三区域得以充分扫描，减少未扫描区域，相比传统定光斑快速成形方法，减少了扫描填充次数，提高了成型效率，避免产品局部过热固化。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种3D打印中采用连续可变光斑扫描加工的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

针对3D打印中的单个切片层，设定激光扫描加工的最大光斑半径Rmax和最小光斑半径Rmin，将所述切片层中的待扫描区域划分为第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域采用最小光斑扫描加工，所述第二区域采用最大光斑扫描加工；