三維實體結(jié)構(gòu)復制方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維實體結(jié)構(gòu)復制的方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的紙張文字復印技術(shù)，可以不通過制版等中間手段而快速的從原稿獲得復印品，帶動了辦公自動化的革命。現(xiàn)代快速成型技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)將抽象的CAD設(shè)計數(shù)據(jù)快速變成真實物體，推動了先進制造技術(shù)的快速發(fā)展。但是，在暫時缺少設(shè)計制造圖紙數(shù)據(jù)的場合，或者對本身就沒有設(shè)計制造圖紙數(shù)據(jù)的自然物品、手工作品、老舊物體等，人們希望不依賴設(shè)計制造圖紙和模具、工裝、加工設(shè)備、生產(chǎn)線等繁雜過程，能夠直接對三維實體結(jié)構(gòu)進行復制，實現(xiàn)由原物到復制件的快速制造過程，從而減少傳統(tǒng)生產(chǎn)所需的時間和空間的限制。
[0003]當前，三維快速成型主要采用三維光學儀器掃描物體表面獲取物體外部輪廓三維數(shù)據(jù)，通過計算機軟件建模并切分為連續(xù)截面，再通過三維打印機逐層打印成三維實體。受光學掃描的限制，這種方式只能實現(xiàn)物體外部輪廓形狀的復制，而對于腔型、孔型或者其他具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物體則不能夠獲取其數(shù)據(jù)信息，丟失了物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀。
[0004]隨著制造技術(shù)的快速發(fā)展以及三維快速成型技術(shù)應用領(lǐng)域的不斷擴展，僅僅能夠?qū)ξ矬w外觀進行三維復制的設(shè)備已不能滿足越來越多應用的需要。因此，迫切需要能夠?qū)ξ矬w進行同時包括外部輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在內(nèi)的整體三維結(jié)構(gòu)進行復制的技術(shù)，以充分滿足用戶對三維實體結(jié)構(gòu)快速復制的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種三維實體結(jié)構(gòu)復制方法及其裝置，將三維結(jié)構(gòu)掃描和三維打印技術(shù)有機地結(jié)合在一起，組成一體化裝置設(shè)備。由此，能夠?qū)ξ矬w進行同時包括外部輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在內(nèi)的整體三維結(jié)構(gòu)進行復制，并且，用戶可以通過觸摸屏操作，選擇尺寸縮放倍數(shù)、復制精度、復制數(shù)量等參數(shù)，即可實現(xiàn)對事物的結(jié)構(gòu)進行快速復制功能。
[0006]本發(fā)明一方面提出一種能夠?qū)θS實體的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進行復制的方法，如圖1所示，本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制方法包括如下步驟:
(1)一邊使三維實體旋轉(zhuǎn)，一邊使X射線束照射所述三維實體，利用探測器對透過所述三維實體的X射線進行探測，從而獲得從不同角度穿透所述三維實體的射線束，形成圖像數(shù)據(jù)；
(2)通過對所述圖像數(shù)據(jù)進行三維重建處理，從而獲得包含所述三維實體的結(jié)構(gòu)信息的連續(xù)多個斷層的射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)，并且，從所述射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)中提取出所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；以及
(3)對所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行分層切片，利用三維快速成型裝置根據(jù)每層的成型數(shù)據(jù)逐層地打印獲得具有一定強度的層片，通過將所述層片層層疊加結(jié)合成為與所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對應的三維實體。
[0007]通過本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)實體三維結(jié)構(gòu)的復制。
[0008]此外，本發(fā)明提供一種三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置，其特征在于，具備:
掃描裝置，產(chǎn)生射線束并照射三維實體，對透過所述三維實體的射線進行探測，獲得所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；以及
三維打印裝置，根據(jù)來自所述掃描裝置的所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行三維打印，復制所述三維實體。
[0009]此外，本發(fā)明提供一種三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置，其特征在于，具備:
掃描裝置，產(chǎn)生射線束并照射三維實體，對透過所述三維實體的射線進行探測，獲得所述三維實體的圖像數(shù)據(jù)；
三維打印裝置，根據(jù)所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行三維打印，復制所述三維實體；
以及
數(shù)據(jù)處理與運動控制裝置，完成所述圖像數(shù)據(jù)的處理、三維重建、所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)提取、切片分層、掃描以及所述三維打印裝置的打印運動過程的控制。
[0010]此外，本發(fā)明提供一種三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置，其特征在于，具備:
射線源，用于發(fā)出射線束，照射三維實體；
探測器，用于采集穿透三維實體的射線束，獲得圖像數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)處理與運動控制單元，完成所述圖像數(shù)據(jù)的處理、三維重建、三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)提取、切片分層、掃描以及打印運動過程的控制；
打印頭，用于供給三維打印材料并且根據(jù)所述數(shù)據(jù)處理與運動控制單元的控制完成材料噴射；以及
承載和運動機構(gòu)，用于承載三維實體、所述打印頭、所述射線源、所述探測器，并且，在所述數(shù)據(jù)處理與運動控制單元的控制下完成三維實體的結(jié)構(gòu)掃描和打印所需的沿X、Y、Z軸方向的移動以及旋轉(zhuǎn)。
[0011]在本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置中，(I)通過數(shù)據(jù)處理與運動控制單元對承載和運動機構(gòu)的控制使三維實體旋轉(zhuǎn)，同時，從射線源發(fā)出射線束，來自射線源的射線束照射所述三維實體，由探測器對透過所述三維實體的X射線進行探測，從而獲得從不同角度穿透所述三維實體的射線束，形成圖像數(shù)據(jù)；(2)數(shù)據(jù)處理與運動控制單元對所述圖像數(shù)據(jù)進行三維重建處理，從而獲得包含所述三維實體的結(jié)構(gòu)信息的連續(xù)多個斷層的射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)，并且，從所述射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)中提取出所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；(3)數(shù)據(jù)處理與運動控制單元對所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行分層切片，并且對打印頭進行控制，使其根據(jù)每層的成型數(shù)據(jù)逐層地打印獲得具有一定強度的層片，從而獲得與所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對應的三維實體。
[0012]根據(jù)本申請發(fā)明，由于是利用射線源以及探測器獲取三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，所以能夠?qū)ξ矬w進行包括外部輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在內(nèi)的整體三維結(jié)構(gòu)進行復制，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用三維光學儀器只能實現(xiàn)物體外部輪廓形狀的復制，而對于腔型、孔型或者其他具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物體則不能夠獲取其數(shù)據(jù)信息，丟失了物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀這樣的問題。此外，根據(jù)本申請發(fā)明，將三維結(jié)構(gòu)掃描和三維打印技術(shù)有機地結(jié)合在一起，組成一體化裝置設(shè)備，實現(xiàn)了便捷地進行三維數(shù)據(jù)取得和三維打印。
[0013]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述射線源是X射線源或者同位素源。
[0014]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述射線源是一個或者多個。
[0015]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述X射線源的射線能量是可調(diào)的或者固定的。
[0016]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述探測器是一個或者多個。
[0017]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述探測器具有二維陣列或者面陣列的形式。
[0018]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置還具備射線屏蔽機箱，將射線限制在機箱之內(nèi)進行輻射防護，所述射線屏蔽機箱是用鉛(或者鉛銻合金或者鎢或者其他重金屬材料)與鋼(或者其它金屬或者非金屬材料)組合形成的結(jié)構(gòu)。
[0019]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述打印頭是一個或者多個。
[0020]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述打印頭是采用熱熔或采用激光束或采用其他粘接形式的三維打印方式。
[0021]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述承載和運動機構(gòu)可以通過電機、絲桿導軌、同步帶傳動或者鏈傳動等實現(xiàn)運動和定位。
[0022]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)處理與運動控制單元可以是計算機或者數(shù)控系統(tǒng)或者PLC等具有信息處理和機械運動控制功能的設(shè)備。
[0023]此外，根據(jù)結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細說明，能夠使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點更加明顯。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制方法的示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的一個實施方式的三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明的一個實施例的三維實體結(jié)構(gòu)復制過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。在附圖中，雖然示于不同的附圖中，但相同的附圖標記用于表示相同或相似的組件。此外，為了清楚和簡潔，包含在這里的已知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細描述被省略。
[0028]圖1是本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制方法的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制方法包括如下步驟:(I) 一邊使三維實體旋轉(zhuǎn)，一邊使X射線束照射所述三維實體，利用探測器對透過所述三維實體的X射線進行探測，從而獲得從不同角度穿透所述三維實體的射線束，形成圖像數(shù)據(jù)；(2)通過對所述圖像數(shù)據(jù)進行三維重建處理，從而獲得包含所述三維實體的結(jié)構(gòu)信息的連續(xù)多個斷層的射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)，并且，從所述射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)中提取出所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；(3)對所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行分層切片，利用三維快速成型裝置根據(jù)每層的成型數(shù)據(jù)逐層地打印獲得具有一定強度的層片，通過將所述層片層層疊加結(jié)合成為與所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對應的三維實體。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)實體三維結(jié)構(gòu)的復制。
[0029]此外，本申請發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置主要由兩部分組成，一個是用于對三維實體結(jié)構(gòu)進行射線掃描并取得三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的掃描裝置，另一個是根據(jù)由掃描部分所得到的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行三維打印的三維打印裝置。
[0030]具體地說，在本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置中，掃描裝置產(chǎn)生射線束，并且，使射線束照射進行旋轉(zhuǎn)的所述三維實體，對透過所述三維實體的射線進行探測，從而獲得從不同角度穿透所述三維實體的射線束，形成圖像數(shù)據(jù)，并且，通過對所述圖像數(shù)據(jù)進行三維重建處理，從而獲得包含所述三維實體的結(jié)構(gòu)信息的連續(xù)多個斷層的射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)，并且，從所述射線衰減系數(shù)分布圖像數(shù)據(jù)中提取出所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。三維打印裝置接收來自掃描裝置的所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，對所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行分層切片，根據(jù)每層的成型數(shù)據(jù)逐層地打印獲得具有一定強度的層片，通過將所述層片層層疊加結(jié)合成為與所述三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對應的三維實體。
[0031]此外，本申請發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置還可以是如下結(jié)構(gòu)，S卩，包括:掃描裝置，產(chǎn)生射線束并照射三維實體，對透過所述三維實體的射線進行探測，獲得所述三維實體的圖像數(shù)據(jù)；三維打印裝置，根據(jù)所述三維實體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行三維打印，復制所述三維實體；數(shù)據(jù)處理與運動控制裝置，完成所述圖像數(shù)據(jù)的處理、三維重建、三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)提取、切片分層、掃描以及所述三維打印裝置的打印運動過程的控制。
[0032]具體地說，在本發(fā)明的三維實體結(jié)構(gòu)復制裝置中，掃描裝置產(chǎn)生射線束，并且，使射線束照射進行旋轉(zhuǎn)的所述三維實