面成型增材制造系統(tǒng)零件支撐結(jié)構(gòu)曝光補(bǔ)償方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面成型零件支撐結(jié)構(gòu)曝光補(bǔ)償方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造是集成了數(shù)字制造、先進(jìn)材料、信息網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)的新興制造方法，與傳統(tǒng)制造工藝中的切削加工，鍛造等工藝方式不同，增材制造是通過(guò)增加材料的方法制造出實(shí)體物品。在諸多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，如工業(yè)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，快速模具制造，醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面。面成型制造工藝是一種基于投影的增材制造工藝，在成型速度、精度等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0003]在面成型加工中，支撐對(duì)于控制大平面制件的翹曲變形，保證懸臂和孤島特征的順利成型起著決定性作用。約束液面面成型工藝中支撐所受的力，除了零件重力之外還包括固化層的拉力。由于固化層對(duì)于支撐的拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于零件自身的重力，通常采用增加圓柱支撐直徑的方式，以保證支撐具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。但是增加支撐的直徑會(huì)帶來(lái)兩點(diǎn)問(wèn)題。一是由于造成材料的浪費(fèi)，提高零件的制作成本。二是如果支撐直徑太大，不利于支撐的去除，增加零件后處理難度，同時(shí)影響零件表面質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種約束液面面成型增材制造系統(tǒng)零件支撐結(jié)構(gòu)曝光補(bǔ)償方法，本發(fā)明通過(guò)對(duì)支撐等面積較小的特征采取額外曝光補(bǔ)償?shù)姆椒?，增加支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高零件加工質(zhì)量。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0006]面成型增材制造系統(tǒng)零件支撐結(jié)構(gòu)曝光補(bǔ)償方法，包括:
[0007]步驟一:對(duì)零件支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)字幾何模型根據(jù)給定的層厚z進(jìn)行切片處理，并根據(jù)得到的二維層面信息生成相應(yīng)的掩膜圖像；
[0008]步驟二:讀取掩膜圖像的總層數(shù)，從i = O開(kāi)始，依次讀入零件第i層對(duì)應(yīng)的掩膜圖像，經(jīng)圖像處理識(shí)別出第i層掩模圖像中的全部輪廓；
[0009]步驟三:讀取第i層掩膜圖像，獲取第i層掩膜圖像中輪廓總個(gè)數(shù)m，從j等于O開(kāi)始，判斷第j個(gè)輪廓像素面積是否小于設(shè)定值，如果是，將該輪廓面積存入新掩膜圖像；
[0010]步驟四:投影新掩膜圖像對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行固化時(shí)間為T(mén)s，投影掩膜圖像對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行固化時(shí)間為T(mén)。
[0011]進(jìn)一步的，所述步驟一中，選擇與零件支撐結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的切片層厚度，對(duì)該零件的數(shù)字幾何模型進(jìn)行切片處理，獲得每一層的零件的實(shí)體輪廓以及與實(shí)體輪廓相對(duì)應(yīng)的掩膜圖像。
[0012]進(jìn)一步的，掩膜圖像的獲取是將獲得的各層零件實(shí)體輪廓，通過(guò)掃描轉(zhuǎn)換的方式存儲(chǔ)得到的。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟三中，計(jì)算每個(gè)輪廓內(nèi)包含像素的面積，當(dāng)輪廓內(nèi)像素面積大于給定面積閾值時(shí)對(duì)該輪廓不做處理；當(dāng)輪廓內(nèi)像素面積小于或等于給定面積閾值時(shí)，對(duì)該輪廓區(qū)域進(jìn)行曝光補(bǔ)償。
[0014]進(jìn)一步的，當(dāng)輪廓內(nèi)像素面積小于或等于給定面積閾值時(shí)，對(duì)該輪廓區(qū)域進(jìn)行曝光補(bǔ)償，具體方法為，將該輪廓內(nèi)像素面積小于給定面積閾值的輪廓信息單獨(dú)存入另一張新掩膜圖像，當(dāng)該層掩膜圖像正常投影完成后投射新掩膜圖像進(jìn)行曝光補(bǔ)償，即對(duì)該層掩膜圖像中小于等于指定面積的輪廓再次照射一段時(shí)間。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟三中，對(duì)得到的該層全部m個(gè)輪廓，從j = O開(kāi)始，依次計(jì)算第j個(gè)輪廓的像素面積。
[0016]進(jìn)一步的，根據(jù)高斯分布模型，一點(diǎn)的光能量由周圍區(qū)域S內(nèi)的所有像素點(diǎn)來(lái)確定，根據(jù)所使用樹(shù)脂材料不同，固化所需光能量閾值I需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，相應(yīng)的面積閾值Smin同時(shí)從實(shí)驗(yàn)獲得。
[0017]進(jìn)一步的，當(dāng)像素區(qū)域面積小于或等于給定面積閾值S_時(shí)，該區(qū)域邊緣像素光能量小于中心區(qū)域能量，而略小于固化閾值，為了使得到的固化形狀接近理論形狀需要進(jìn)行曝光補(bǔ)償，通過(guò)將輪廓j的信息單獨(dú)存入另一張新掩膜圖像，當(dāng)?shù)趇層對(duì)應(yīng)的掩膜圖像中全部m個(gè)輪廓都遍歷處理后，投射新掩膜圖像曝光時(shí)間Ts。
[0018]進(jìn)一步的，投影第i層對(duì)應(yīng)掩膜圖像曝光一定的時(shí)間T ;直到全部η層都完成投影曝光，則完成了零件的加工。
[0019]進(jìn)一步的，投射新掩膜圖像曝光時(shí)間Ts由經(jīng)驗(yàn)公式Ts = CXT得到，其中系數(shù)C取0.2-0.3即可。
[0020]面成型增材制造系統(tǒng)零件支撐結(jié)構(gòu)曝光補(bǔ)償裝置，包括:包括零件成型平臺(tái)、樹(shù)脂槽、支座、投影機(jī)、機(jī)電控制板及線性滑臺(tái)；
[0021]投影機(jī)與機(jī)電控制板相連，機(jī)電控制板與線性滑臺(tái)相連，線性滑臺(tái)底端與支座相連，支座上固定有樹(shù)脂槽，樹(shù)脂槽內(nèi)設(shè)置有樹(shù)脂液體，樹(shù)脂液體上方設(shè)置零件成型平臺(tái)，零件成型平臺(tái)與線性滑臺(tái)的上部相連；
[0022]開(kāi)始加工時(shí)，零件成型平臺(tái)在線性滑臺(tái)的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)至與樹(shù)脂槽上表面相接觸，機(jī)電控制板讀取待加工零件的總層數(shù)η，從i = O開(kāi)始，依次讀入零件第i層對(duì)應(yīng)的掩膜圖像，并控制投影儀投射該圖像；當(dāng)掩膜圖像曝光完成后，第i層的加工結(jié)束，機(jī)電控制板控制線性滑臺(tái)帶動(dòng)成型平臺(tái)上移一個(gè)層厚z，開(kāi)始第i+Ι層加工，直至i = n，即完成整個(gè)零件的加工。
[0023]所述投影機(jī)與機(jī)電控制板之間及機(jī)電控制板與線性滑臺(tái)之間均通過(guò)數(shù)據(jù)線相連。
[0024]所述投影機(jī)的投影方向正對(duì)支座的中心面處。
[0025]所述機(jī)電控制板控制線性滑臺(tái)帶動(dòng)成型平臺(tái)上下移動(dòng)。
[0026]本發(fā)明的有益效果:
[0027]本發(fā)明相比傳統(tǒng)增加支撐直徑的方式，本方法采用的支撐曝光補(bǔ)償方式可以在實(shí)現(xiàn)較小支撐直徑的順利成型減少了樹(shù)脂材料的浪費(fèi)；同時(shí)采用識(shí)別輪廓面積小于指定面積閾值的特征這一方式，除識(shí)別出支撐結(jié)構(gòu)外，還可以識(shí)別出零件中的細(xì)小特征，通過(guò)增加細(xì)小特征的曝光時(shí)間可以顯著提升細(xì)小特征的強(qiáng)度，避免了層與層之間上拉運(yùn)動(dòng)對(duì)細(xì)小特征的破壞，提高了零件成功率；采用本方法后可以使用較小的支撐直徑尺寸，在后處理時(shí)支撐去除方便，對(duì)零件表面質(zhì)量影響小，因而可以提高表面質(zhì)量，降低后處理勞動(dòng)量。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1光能量高斯分布模型與固化形狀；
[0029]圖2本發(fā)明依托硬件結(jié)構(gòu)；
[0030]圖3算法流程圖。
[0031]圖中，I為零件成型平臺(tái)，2為樹(shù)脂液體，3為樹(shù)脂槽，4為支座，5為投影機(jī)，6為機(jī)電控制板，7為線性滑臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
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[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0033]如圖2所示，本發(fā)明依托硬件結(jié)構(gòu)，包括零件成型平臺(tái)1、樹(shù)脂液體2、樹(shù)脂槽3、支座4、投影機(jī)5、機(jī)電控制板6、線性滑臺(tái)7。
[0034]投影機(jī)5與機(jī)電控制板6相連，機(jī)電控制板6與線性滑臺(tái)7相連，線性滑臺(tái)7底端與支座4相連，支座4上固定有樹(shù)脂槽3，樹(shù)脂槽3內(nèi)設(shè)置有樹(shù)脂液體2，樹(shù)脂液體2上方設(shè)置零件成型平臺(tái)1，零件成型平臺(tái)I與線性滑臺(tái)7的上部相連。
[0035]本發(fā)明依托的硬件結(jié)構(gòu)工作原理為:當(dāng)開(kāi)始加工時(shí)，零件成型平臺(tái)I在線性滑臺(tái)7的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)至與樹(shù)脂槽2上表面相接觸，機(jī)電控制板6讀取待加工零件的總層數(shù)n，從i=O開(kāi)始，依次讀入零件第i層對(duì)應(yīng)的掩膜圖像，并控制投影儀5投射該圖像；當(dāng)掩膜圖像曝光完成后，第i層的加工結(jié)束，機(jī)電控制板6控制線性滑臺(tái)7帶動(dòng)成型平臺(tái)I上移一個(gè)層厚z，開(kāi)始第i+Ι層加工，直至i = n，即完成整個(gè)零件的加工。
[0036]如圖3所示，約束液面面成型增材制造系統(tǒng)零件支撐結(jié)構(gòu)曝光補(bǔ)償方法，包括:
[0037]步驟一:1.1根據(jù)零件的精度要求，選擇合適的切片層厚，對(duì)該零件的數(shù)字幾何模型進(jìn)行切片處理，以獲得每一層的零件實(shí)體輪廓；
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