[发明专利]一种基于投影三维重建的快速增材制造系统

权利要求书

1.一种基于投影三维重建的大尺寸快速增材制造系统，其特征在于，由以下部分构成：

双光束投影系统，包括发射两种不同波长光的单色光源、两个与之对应的空间光调制器件以及一个投影镜头和合色器件；

旋转平台，用于转折光路，控制投影的位置和方向；所述的旋转平台内部装有光路转折系统，投射光束由入口射入，经过平台内部的光路转折后由出口射出；旋转平台由电机带动可绕一固定中轴线做圆周运动，出射光束随着平台的转动完成对制造区域的扫描投影，光束通过360°的扫描在空间形成曝光区域；

升降平台，可以沿竖直方向进行升降，用于大物体的分段制造；

树脂槽，盛装光敏树脂的容器，增材制造的主要成型区；所述的树脂槽为容器，其底面为透明玻璃窗，投影光线透过树脂槽底部投射到树脂内，树脂槽的四个垂直面不透光避免杂散光的干扰，制造成型区位于树脂槽内部；所述的制造成型区为所有位置的投影光束在树脂槽内部相交所形成区域的一个曝光区域，成型区的大小根据需要制造的模型的尺寸大小进行调整，成型区的最大层厚根据正负光敏树脂的光谱穿透深度计算得到； 最大层厚限制了一次360°曝光可以制造的物体的纵向尺寸，对于不能一次完成的具有较大纵向尺寸的物体需要将其沿竖直方向进行划分，进行多次曝光制造并利用升降台进行叠加；

控制系统，用于对增材制造系统的加工流程进行控制；

正负光敏树脂，包含分别对两种波长的光进行响应的光敏成分，两种响应波长与双光束投影机的出射波长相对应，通过调节两种波长光的强度分别实现光敏树脂的固化激发和固化抑制。

2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于：所述的双光束投影系统采用两块DMD或LCD作为图像显示的核心元件，使用两种不同波长的LED或激光器作为光源； 两束光经过两块空间光调制器的调制后由合色器件合并两幅图像，再经投影镜头出射，从而投影出一幅由两个大小相同，波长不等的两幅图像合并后的图像。

3.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于：所述的光路转折系统包含反射镜或光栅元件或者二者的组合，使双光束投影系统的出射光线以一定的倾斜角投射到树脂槽内，光束的出射倾角根据实际制造的物体尺寸大小进行调节，可调节范围在10°～80°之间。

4.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于：所述的升降台由步进电机带动，通过步进电机的控制实现平台的上升和下降； 升降台的表面为水平面，用于所述的正负光敏树脂的固化成型。

5.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于：所述的控制系统控制投影系统输出的图像随投影位置的改变同步刷新，保证在特定的投影位置出射对应的投影图像； 由于光路转折系统的附加转像作用，经过转折后的出射画幅会绕中心匀速转动，因此通过控制系统使投影系统输入的图像绕画幅中心匀速旋转，转动速度与出射图像的转速相同，旋转方向与出射图像的旋转方向相反，从而保证由光束出口投射到树脂槽内的图像不会发生转动。

6.根据权利要求1所述的增材制造系统，其特征在于：所述的正负光敏树脂包含光引发剂和光阻聚剂两种光敏成分，光引发剂对双光束投影系统的第一种波长的光敏感，对第二种波长的光不敏感，光阻聚剂对双光束投影系统的第二种波长的光敏感，对第一种波长的光不敏感，这两种敏感波长与双光束投影系统的两种波长分别对应相等； 光引发剂在一种波长光的作用下激发光敏树脂发生光致聚合反应，光阻聚剂在另一波长光的作用下抑制所述的光致聚合反应。

7.根据权利要求1所述的增材制造系统，该系统中投影三维重建的投影图像计算方法，具体如下：对待制造的计算机三维模型进行离散化计算获得模型的三维空间强度分布，通过三维Radon变换计算出空间中0～360°的各个投影位置的二维投影图像； 为了避免直接投影重建可能造成的曝光量分布模糊现象，需要对所述的投影图像进行滤波处理，滤波后的图像会包含负像素值； 因此，将每一幅图像拆分成只有正像素的正图像和只有负像素的负图像，分别由正负光敏树脂的引发波长和抑制波长的光投射出，从而在树脂内部获得精确的空间曝光量分布。