(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911385372.X
(22)申请日 2019.12.28
(71)申请人 上海唯视锐光电技术有限公司
地址 201306 上海市浦东新区环湖西二路
888号C楼
申请人 华东师范大学
(72)发明人 卫洁君 张晓峰 邱崧 李清明
卢长礼 刘默晗 王蔚生
(51)Int.Cl.
B29C 64/20(2017.01)
表面电晕处理机B29C 64/386(2017.01)
B29C 64/393(2017.01)
B29C 64/124(2017.01)
B29C 64/277(2017.01)
B33Y 30/00(2015.01)
B33Y 50/00(2015.01)
B33Y 50/02(2015.01)B33Y 10/00(2015.01) (54)发明名称
(57)摘要
一本发明克服现有3D打印拼接处精度低的
缺陷，提出一种拼接处打印精度高的拼接式3D打
印装置和打印方法。打印装置包括控制系统、图
薄荷红茶组合
DLP光机和监测相机均固定在树脂池正上方的
DLP光机移动装置，
DLP光机角度调节装置设置在DLP光机和DLP光机移动装置之间，DLP光机将打
系统电连接；DLP光机的移动方向与拼接方向互
相垂直，各部件相互作用使投影的图像无畸变且
拼接良好。本发明通过多台DLP光机拼接和移动
将3D打印的单层图像从两个方向进行分割和拼
接，图像处理系统判断拼接处的精度并由DLP光
机移动装置和DLP光机角度调节装置共同作用，
保证图像的拼接精度。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 110884127 A 2020.03.17
C N 110884127
A
1.一种拼接式3D打印装置，其特征在于：它包括控制系统、图像处理系统、树脂池、若干DLP光机、若干监测相机、DLP光机移动装置和DLP光机角度调节装置，DLP光机和监测相机均固定在树脂池正上方的DLP光机移动装置，DLP光机角度调节装置设置在DLP光机和DLP光机移动装置之间，DLP光机将打印图像投影在树脂池，监测相机与图像处理系统电连接；所述若干DLP光机的布置使投影图像无缝拼接，DLP光机移动装置控制DLP光机移动，且DLP光机的移动方向与拼接方向互相垂直，监测相机采集每台DLP光机投影区域顶点图像并传输到图像处理系统，DLP光机角度调节装置调节DLP光机的角度使其投影的图像无畸变且拼接良好。
2.根据权利要求1所述的一种拼接式3D打印装置，其特征在于：所述DLP光机沿树脂池的Y轴方向布置，所述DLP光机沿树脂池的X轴方向运动，树脂池X轴方向的两侧边设置刻度尺。
3.根据权利要求1所述的一种拼接式3D打印装置，其特征在于：所述DLP光机是两台，监测相机是六台，在两台DLP光机之间设置有两台监测相机，以监测投影图像的交界处；在拼接而成的长条形图像的两端分别设置有两台监测相机，以监测长条形图像的四个顶点的位置。
4.根据权利要求1所述的一种拼接式3D打印装置，其特征在于：所述DLP光机移动装置包括电机、联轴器、丝杠、滑块、导轨以及移动平台，丝杠通过联轴器与电机输出轴连接，且丝杠与电机输出轴同步转动，丝杠转动时带动滑块沿着导轨平移，移动平台与滑块相对固定，所述若干DLP光机和若干监测相机均固定在移动平台。
5.根据权利要求4所述的一种拼接式3D打印装置，其特征在于：所述DLP光机角度调节装置包括带螺纹的导柱和调节螺母，四个调节螺母和导柱配合将DLP光机的四个角固定在所述移动平台。
6.根据权利要求4所述的一种拼接式3D打印装置，其特征在于：所述DLP光机角度调节装置包括导柱、限位块和动力件，导柱竖直固定在移动平台，限位块和动力件将DLP光机四个角固定在导柱上，动力件输出沿导柱方向的力拉动限位块和DLP光机沿着导柱上下往复运动。
7.根据权利要求1所述的一种拼接式3D打印装置，其特征在于：所述图像处理系统是OpenCV。
8.一种拼接式3D打印方法，其特征在于：使用权利要求1-7任一所述的一种拼接式3D打印装置，包括以下几个阶段：
1)准备阶段：若干DLP光机均将图像投影在树脂池，调整图像拼接处的图像精度，并计算DLP光机的曝光宽度；
2)图像分割阶段：将三维模型转化为二维图像，再将二维图像分割成m*n个子图像，其中m是DLP光机的数量，n是每层二维图像在DLP光机移动方向的数量，n等于二维图像总宽度除以DLP光机曝光宽度，若此公式得出的n有小数点，则n取整数部分加1；
3)二维图像打印阶段：将第一列的图像通过DLP光机投影在树脂池，调整DLP光机的功率使一个薄层光敏树脂固化，每打印完一列移动DLP光机至下一打印位置并调整两列图像拼接处的精度，打印下一列图像直至打印完一层二维图像；
4)三维模型打印阶段：树脂池向下移动一个薄层距离，重复二维图像打印阶段直至三
维模型打印完。
9.根据权利要求8所述的一种拼接式3D打印方法，其特征在于：准备阶段包括步骤1、每台DLP光机以小功率分别投射出不足以让光敏树脂固化的图像，图像稳定后开启设置DLP光机之间的监测相机；步
骤2、监测相机采集DLP光机所投影图像的拼接处图像信息并反馈至图像处理系统，图像处理系统将采集到的图像与投影的原图像比较判断拼接处是否存在图像倾斜问题；步骤3、若图像倾斜，则操作DLP光机角度调节装置从而调整DLP光机的投影角度直至图像拼接处的精度达标；步骤4、监测相机采集所有DLP光机所投影的拼接图像的四个顶点处图像信息，传输至图像处理系统，图像处理系统根据四个顶点处的图像信息计算拼接后的长条形图像的宽度。
10.根据权利要求8所述的一种拼接式3D打印方法，其特征在于：二维图像打印阶段包括以下步骤：步骤1、DLP光机移动至首列打印位置，将第一列图像投影在树脂池中进行打印；步骤2、移动DLP光机，移动距离为DLP光机的曝光宽度，采集DLP光机所投影的拼接图像的四个顶点处及拼接处的图像信息，传输至图像处理系统判断两列打印图像拼接处以及DLP光机所投影的拼接图像的拼接处是否达到精度要求；步骤3、若达到精度要求，则执行步骤4，若不符合精度要求，调整DLP光机移动装置和DLP光机角度调节装置直至图像拼接精度达标；步骤4、打印图像并重复步骤1至4直至当前二维图像打印完成。
一种拼接式3D打印装置及打印方法
技术领域
[0001]本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种拼接式3D打印装置及打印方法。
背景技术
[0002]3D打印技术已经在许多领域得到应用，在诸多的3D打印技术中，光固化3D打印技术具有制作原型表面质量好、尺寸精度高等优点，是实现高精度成型的主要方式。该技术利用光固化光敏树脂，通过逐层累加实现实体模型的制作。光固化的方式目前有激光扫描和DLP（Digital Light Processor——数字光处理器）成像两种方式。 DLP成像方式原则上可以实现微米级极高精度的3D打印，其核心显示器件为DMD（Digital Micromirror Device——数字微镜），目前的最高分辨点数为2560*1600，打印尺寸与精度要求相关，如果按精度要求较低的0.1mm计算，最大能实现256mm*160mm的打印尺寸，如果加工精度进一步提高，其打印尺寸将进一步减小，难以满足众多产业需求的高精度、大尺寸加工要求。[0003]中国专利201710485789.8和201520983708.3均提出了采用多台DLP光机拼接以增大打印尺寸的方法，但对于DLP光机之间的图像拼接处没有进行处理或者仅在软件层面对边缘进行简单的融合处理，拼接处的图像精度低。
[0004]中国专利201910189267.2中公开了一种高精度大幅面立体投影3D打印系统及其打印方法；该系统采用了计算机控制树脂池和样品台在水平的XY平面移动的方式进行大画幅的拼接，该方法使得树脂池和样品台在三个方向上进行移动，且样品台和树脂池重量大，移动不便，这将会扩大图像拼接处的误差。
[0005]目前，如何在保证产品尺寸的基础上提高打印精度，减小拼接处的打印误差是亟待解决的问题。
发明内容
[0006]本发明的目的在于克服现有3D打印拼接处精度低的缺陷，提出一种拼接处打印精度高的拼接式3D打印装置和打印方法。网络监测系统
[0007]本发明所采用的技术方案为一种拼接式3D打印装置，其要点在于：它包括控制系统、图像处理系统、树脂池、若干DLP光机、若干监测相机、DLP光机移动装置和DLP光机角度调节装置，DLP光机和监测相机均固定在树脂池正上方的DLP光机移动装置，DLP光机角度调节装置设置在DLP光机和DLP光机移动装置之间，DLP光机将打印图像投影在树脂池，监测相机与图像处理系统电连接；所述若干DLP光机的布置使投影图像无缝拼接，DLP光机移动装置控制DLP光机移动，且DLP光机的移动方向与拼接方向互相垂直，监测相机采集每台DLP光机投影区域顶点图像并传输到图像处理系统，DLP光机角度调节装置调节DLP光机的角度使其投影的图像无畸变且拼接良好。
[0008]本发明通过多台DLP光机拼接和移动将3D打印的单层图像从两个方向进行分割和拼接，且拼接处设置监测相机，图像处理系统判断拼接处的精度并由DLP光机移动装置和DLP光机角度调节装置共同作用，保证图像的拼接精度。
瑞利衰落信道[0009]所述DLP光机沿树脂池的Y轴方向布置，所述DLP光机沿树脂池的X轴方向运动，树脂池X轴方向的两侧边设置刻度尺。
[0010]DLP光机只需沿着X轴方向运动，刻度尺能在DLP光机的运动过程中提供参照，便于控制DLP光机的运动距离和路径。
棉花液压打包机
[0011]所述DLP光机是两台，监测相机是六台，在两台DLP光机之间设置有两台监测相机，以监测投影图像的交界处；在拼接而成的长条形图像的两端分别设置有两台监测相机，以监测长条形图像的四个顶点的位置。
[0012]两台DLP光机投影的图像在一侧拼接形成长条形图像，在拼接图像的拼接处和顶点处分别设置监测相机以监测图像拼接精度和移动的准确度。
[0013]所述DLP光机移动装置包括电机、联轴器、丝杠、滑块、导轨以及移动平台，丝杠通过联轴器与电机输出轴连接，且丝杠与电机输出轴同步转动，丝杠转动时带动滑块沿着导轨平移，移动平台与滑块相对固定，所述若干DLP光机和若干监测相机均固定在移动平台。[0014]所有DLP光机和监测相机均固定在移动平台上，由电机和丝杠结构控制移动平台带动DLP光机和监测相机同步移动，仅需一个电机，便于控制，且能够避免DLP光机运动不同步带来的图像错位风险。
[0015]所述DLP光机角度调节装置包括带螺纹的导柱和调节螺母，四个调节螺母和导柱配合将DLP光机的四个角固定在所述移动平台。
[0016]所述DLP光机角度调节装置包括导柱、限位块和动力件，导柱竖直固定在移动平台，限位块和动力件将DLP光机四个角固定在导柱上，动力件输出沿导柱方向的力拉动限位块和DLP光机沿着导柱上下往复运动。
[0017]所述图像处理系统是OpenCV。
[0018]一种拼接式3D打印方法，使用上述任一种拼接式3D打印装置，包括以下几个阶段：
1、准备阶段：若干DLP光机均将图像投影在树脂池，调整图像拼接处的图像精度，并计算DLP光机的曝光宽度；
2、图像分割阶段：将三维模型转化为二维图像，再将二维图像分割成m*n个子图像，其中m是DLP光机的数量，n是每层二维图像在DLP光机移动方向的数量，n=二维图像总宽度/ DLP光机曝光宽度，若此公式得出的n有小数点，则n取整数部分加1；
3、二维图像打印阶段：将第一列的图像通过DLP光机投影在树脂池，调整DLP光机的功率使一个薄层光敏树脂固化，每打印完一列移动DLP光机至下一打印位置并调整两列图像拼接处的精度，打印下一
印花胶浆列图像直至打印完一层二维图像；
4、三维模型打印阶段：树脂池向下移动一个薄层距离，重复二维图像打印阶段直至三维模型打印完。
[0019]准备阶段包括步骤1、每台DLP光机以小功率分别投射出不足以让光敏树脂固化的图像，图像稳定后开启设置DLP光机之间的监测相机；步骤2、监测相机采集DLP光机所投影图像的拼接处图像信息并反馈至图像处理系统，图像处理系统将采集到的图像与投影的原图像比较判断拼接处是否存在图像倾斜问题；步骤3、若图像倾斜，则操作DLP光机角度调节装置从而调整DLP光机的投影角度直至图像拼接处的精度达标；步骤4、监测相机采集所有DLP光机所投影的拼接图像的四个顶点处图像信息，传输至图像处理系统，图像处理系统根据四个顶点处的图像信息计算拼接后的长条形图像的宽度。
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