[发明专利]一种光固化3D打印机的投影畸形矫正方法

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印机的投影畸形矫正方法，首先利用基于DLP技术的光固化3D打印机打印一个原始模型，然后量取原始模型中四个顶点相对于模型中心的距离，再根据投影仪的分辨率规格把该距离转换成以像素为单位的像素坐标，根据测量出来的这四个点的坐标与目标模型中对应的四个点的坐标进行相关计算，得到原始模型与目标模型的每张切片图案中各个像素点的映射关系，即从投影系统到打印平台的单应性矩阵，再利用几何变换原理对原始模型的切片图案进行几何预畸变后用预畸变切片图案进行打印，判断打印结果是否在误差允许范围内，否则重复进行上述步骤。所述方法对实现大尺寸的打印拼接和零件打印装配具有重要意义，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种光固化3D打印机的投影畸形矫正方法。

背景技术

3D打印技术的一个主要分支是光固化3D打印技术，它是利用光束照射液态光敏树脂后使其固化的原理，使材料逐点或逐层累加成型。光固化3D打印技术主要分为SLA和DLP投影技术，其中SLA称为立体光固化成型技术，它是利用激光光束逐点快速扫描照射到光敏树脂上使其固化成型。SLA技术可以对光敏树脂以外的其他材料进行成型，具有应用广泛的特点。DLP投影技术则是通过将整层图像通过投影镜头投影到光敏树脂上，并逐层叠加成型，其特点是可以一次完成整层打印，具有打印速度快、精度高的特点。

DLP投影技术是发展较早的一种光固化3D打印技术，它的核心部件是德州仪器生产的数字光处理芯片DMD，DLP的一个重要特点是图像发生器的像素数决定了3D打印的打印尺寸，因为是通过投影镜头将图像发生器的图像投影到光敏树脂上，因此，3D打印的像素数与图像发生器的像素数相同，例如实现0.1mm的打印精度，一种常用的图像发生器的像素是1280x800，则打印尺寸为128mmx80mm。而DLP芯片是德州仪器的独家专利技术，芯片价格较贵，特别是高像素的芯片价格极其昂贵，限制了DLP投影技术在大尺寸3D打印中的应用。有研究者提出一种增大打印尺寸的低成本做法，即将单张切片图像经分割而成的两张子图像分别投影完成单层树脂结构的制作打印，在同一水平高度位置处的两次打印单层结构自然拼接形成完整的打印截面。然而在实际应用中，由于投影仪本身的误差以及设备安装的误差，投影光轴与成型台，即像面之间难以保持垂直，投影图案容易发生畸形形变，导致面曝光成型的结果出现不规则的变形而使最后结果差强人意。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种光固化3D打印机的投影畸形矫正方法，所述方法旨在通过对打印模型的切片图案进行几何预畸变处理实现投影畸形矫正，弥补由于投影仪本身误差和设备安装误差导致最终成型结果有不规则变形的不足，所述方法利用了计算机图形学中几何变换的原理，通过精密仪器测量定位，克服了传统中使用方格矫正误差较大的缺点。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种光固化3D打印机的投影畸形矫正方法，所述方法包括以下步骤：

S1、利用基于DLP技术的光固化3D打印机打印出一个原始模型；

S2、利用精密仪器量取原始模型中的尺寸数据，所述尺寸数据包括原始模型的四个角点相对于模型中心的垂直距离和水平距离；

S3、根据所述尺寸数据和光固化3D打印机的投影系统采用的分辨率规格，将测得的四个角点相对于模型中心的垂直距离和水平距离转换成图像处理中的像素坐标；

S4、根据得到的像素坐标与目标模型中的二维位置坐标的对应关系，得到从投影系统到打印平台的单应性矩阵；

S5、利用得到的单应性矩阵对原始模型的切片图案进行几何预畸变处理后再重新输入光固化3D打印机进行打印，判断打印结果是否在目标模型的误差允许范围内，否则将重新打印出来的模型作为原始模型，返回步骤S1。

进一步地，步骤S1中，所述原始模型必须保证与目标模型的误差不超过2mm。