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光学系统、控制方法及系统、3D打印设备

阅读：141发布：2024-01-12

专利汇可以提供光学系统、控制方法及系统、3D打印设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请提供一种光学系统、控制方法及系统、3D打印设备。其中光学系统包括：光源单元，用于提供多个波段的光辐射；掩模单元，用于按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，其中每个掩模图像对应一个波段；光学模组，用于将与所述掩模图像所对应波段的光辐射照射到所述掩模单元以及将相应掩模图像照射到3D打印设备的打印基准面上。本申请提供的光学系统借助光学模组对多个波段的光辐射进行分光或过滤，并由掩模单元按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，由此实现了3D打印设备适配多种波段的光固化材料制造三维物体的需求。，下面是光学系统、控制方法及系统、3D打印设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光学系统，用于3D打印设备，其特征在于，包括：
光源单元，用于提供多个波段的光辐射；
掩模单元，用于按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，其中每个掩模图像对应一个波段；
光学模组，用于将与所述掩模图像所对应波段的光辐射照射到所述掩模单元以及将相应掩模图像照射到3D打印设备的打印基准面上。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元包括：多波段光源；所述光学模组位于所述多波段光源出射光路上以从多光谱光辐射中分离相应波段的光辐射。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述光学模组包含：
分光模块，用于从多波段光源出射的光辐射中分离预设的多个波段的光辐射并将所分离的光辐射自单独的分光光路照射至所述掩模单元；
投影模块，用于将经由掩模单元的光辐射投影至3D打印设备的打印基准面上；
其中，所述分光模块位于光源单元和掩模单元之间，或者位于掩模单元和投影模块之间。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述分光模块包含：滤光片、光栅、分色镜中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述掩模单元包含分别位于各分光光路的掩模图像生成模块；其中，按照所述切片图形所对应的波段，至少一个所述掩模图像生成模块产生相应波段的掩模图像。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元包含多个光源，每个光源沿不同分光光路发出光辐射；所述光学模组将各分光光路的光辐射汇聚至所述掩模单元。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，不同光源提供不同波段的光辐射，或者多个光源协同提供多个不同波段。
8.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述光学模组包括透镜、棱镜、反射镜、分光镜、聚光管中的至少一种组合。
9.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述掩模单元包含掩模图像生成模块，按照所接收的光辐射的波段生成对应的掩模图像。
10.根据权利要求2或6所述的光学系统，其特征在于，所述光学模组包括：
滤光模块，用于过滤并向所述掩模单元投射与待投影的掩模图像所对应的波段的光辐射；
投影模块，用于将经由掩模单元的光辐射投影至3D打印设备的打印基准面上。
11.根据权利要求5或9所述的光学系统，其特征在于，所述掩模图像生成模块为基于光透射的掩模图像生成模块和/或基于光反射的掩模图像生成模块。
12.根据权利要求1、2或6所述的光学系统，其特征在于，还包括：光机控制单元，与所述掩模单元连接，用于控制所述掩模单元生成至少一个掩模图像，其中，所生成的掩模图像是基于当前待制造固化层的切片图形而产生的。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述光机控制单元用于按照所述切片图形及所接收的掩模属性信息控制所述掩膜单元生成至少一个掩模图像。
14.一种光学系统，其特征在于，包括：
光源单元，用于提供多个波段的光辐射；
掩模单元，用于生成至少一个掩模图像，其中每个掩模图像对应一个波段；
光学模组，用于将与所述掩模图像所对应波段的光辐射照射到所述掩模单元以及将相应掩模图像照射到3D打印设备的打印基准面上；
光机控制单元，用于按照当前待制造固化层的切片图形控制所述掩模单元同时或依时序地生成至少一个掩模图像。
15.根据权利要求14所述的光学系统，其特征在于，所述光机控制单元用于按照所述切片图形的像素值或所接收的掩模属性信息将所述切片图形分解成至少一个掩模图像。
16.根据权利要求14所述的光学系统，其特征在于，所述掩模单元中包含一个掩模图像生成模块；所述光机控制单元还控制光源单元或光学模组将与掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上。
17.根据权利要求16所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元包含多个光源；所述光机控制单元根据与掩模图像对应波段调节至少一个光源的光强，或者控制至少一个光源导通或断开。
18.根据权利要求16所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元包含多波段光源；所述光机控制单元控制光学模组中的滤波模块提供与掩模图像对应波段的光辐射。
19.根据权利要求14所述的光学系统，其特征在于，所述掩模单元中包含多个掩模图像生成模块，各掩模图像生成模块位于不同波段的分光光路上；所述光机控制单元根据波段控制位于相应分光光路上的掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以及控制其他掩模图像生成模块对所接收的光辐射进行吸光处理。
20.一种光学系统的控制方法，用于3D打印设备，其特征在于，包括：
获取当前待制造固化层的切片图形及掩模属性信息；
按照所述掩模属性信息控制光学系统将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上，以得到所制造的图案固化层；其中，所述掩模图像是基于所述掩模属性信息将所述切片图形处理而形成的；
按照待制造的3D模型逐层调整当前待制造固化层的切片图形并重复上述过程以使每层图案固化层累积并得到对应的三维物体。
21.根据权利要求20所述的光学系统的控制方法，其特征在于，所述按照掩模属性信息控制光学系统将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上的步骤包括：根据切片图形和掩模属性信息，将所述切片图形分解成至少一个掩模图像，以及控制所述光学系统生成各掩模图像。
22.根据权利要求20所述的光学系统的控制方法，其特征在于，所述光学系统中包含一个掩模图像生成模块、光源单元和光学模组；所述按照掩模属性信息控制光学系统以将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上的步骤包括：
控制所述掩模图像生成模块生成一个掩模图像；
控制所述光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上；
根据所生成的掩模图像的数量，重复上述步骤直至完成所有掩模图像的照射。
23.根据权利要求22所述的光学系统的控制方法，其特征在于，所述光源单元包含多个光源；所述控制光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上的步骤包括：根据与所生成的掩模图像对应波段调节至少一个光源的光强，或者控制至少一个光源导通或断开。
24.根据权利要求22所述的光学系统的控制方法，其特征在于，所述光源单元包含白光光源；所述光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上的步骤包括：控制光学模组中的滤光模块以提供与掩模图像对应波段的光辐射。
25.根据权利要求20所述的光学系统的控制方法，其特征在于，所述光学系统中包含多个掩模图像生成模块，各掩模图像生成模块位于不同波段的分光光路上；所述按照掩模属性信息控制光学系统以将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上的步骤包括：
控制所述掩模图像生成模块生成一个掩模图像；
根据掩模属性信息控制位于相应分光光路上的掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以及控制其他掩模图像生成模块对所接收的光辐射进行吸光处理。
26.一种光学系统的控制系统，其特征在于，包括：
存储单元，用于存储当前待制造固化层的切片图形及掩模属性信息，以及至少一个程序；
处理单元，与所述存储单元相连，用于调取所述至少一个程序并执行如权利要求20-25中任一所述控制方法，以控制所述光学系统进行光辐射。
27.一种3D打印设备，其特征在于，包括：
如权利要求1-13、或14-19中任一所述的光学系统；
成型室，用于盛放光固化材料；
构件平台，用于附着并累积经固化的图案固化层；
Z轴驱动机构，用于带动所述构件平台沿竖直方向移动以在所累积的图案固化层表面填充光固化材料；
控制装置，与所述光学系统和Z轴驱动机构相连，用于基于待制造的三维模型中的各切片图形和掩模属性信息控制所述光学系统，以及基于所述三维模型中对应各切片图形的层高控制Z轴驱动机构，使得所述光学系统和Z轴驱动机构逐层固化打印基准面的光固化材料以制造相应的三维物体。

说明书全文

光学系统、控制方法及系统、3D打印设备

技术领域

[0001] 本申请涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种光学系统、控制方法及系统、3D打印设备。

背景技术

[0002] 3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料和树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印设备通过执行该种打印技术制造三维物体。3D打印设备由于成型精度高，在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。

[0003] 3D打印设备利用对一定波段的光辐射敏感易发生固化反应的材料进行光辐射操作，以逐层固化的方式将数字模型制造成三维物体。随着可适用的光固化材料种类的增加，各类光固化材料被光固化的光辐射波段不完全一致。因此单一波段的光辐射无法适应不同光固化材料的固化要求。在实际使用时，需针对不同材料配置不同的3D打印设备，这对使用者来说是高成本的。发明内容

[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种光学系统、控制方法及系统、3D打印设备，用于解决现有技术中3D打印设备无法更换光辐射波段以自适应所使用的光固化材料的问题。

[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种光学系统，用于3D打印设备，包括：光源单元，用于提供多个波段的光辐射；掩模单元，用于按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，其中每个掩模图像对应一个波段；光学模组，用于将与所述掩模图像所对应波段的光辐射照射到所述掩模单元以及将相应掩模图像照射到3D打印设备的打印基准面上。

[0006] 在第一方面的某些实施方式中，所述光源单元包括：多波段光源；所述光学模组位于所述多波段光源出射光路上以从多光谱光辐射中分离相应波段的光辐射。

[0007] 在第一方面的某些实施方式中，所述光学模组包含：分光模块，用于从多波段光源出射的光辐射中分离预设的多个波段的光辐射并将所分离的光辐射自单独的分光光路照射至所述掩模单元；投影模块，用于将经由掩模单元的光辐射投影至3D打印设备的打印基准面上；其中，所述分光模块位于光源单元和掩模单元之间，或者位于掩模单元和投影模块之间。

[0008] 在第一方面的某些实施方式中，所述分光模块包含：滤光片、光栅、分色镜中的至少一种。

[0009] 在第一方面的某些实施方式中，所述掩模单元包含分别位于各分光光路的掩模图像生成模块；其中，按照所述切片图形所对应的波段，至少一个所述掩模图像生成模块产生相应波段的掩模图像。

[0010] 在第一方面的某些实施方式中，所述光源单元包含多个光源，每个光源沿不同分光光路发出光辐射；所述光学模组将各分光光路的光辐射汇聚至所述掩模单元。

[0011] 在第一方面的某些实施方式中，不同光源提供不同波段的光辐射，或者多个光源协同提供多个不同波段。

[0012] 在第一方面的某些实施方式中，所述光学模组包括透镜、棱镜、反射镜、分光镜、聚光管中的至少一种组合。

[0013] 在第一方面的某些实施方式中，所述掩模单元包含掩模图像生成模块，按照所接收的光辐射的波段生成对应的掩模图像。

[0014] 在第一方面的某些实施方式中，所述光学模组包括：滤光模块，用于过滤并向所述掩模单元投射与待投影的掩模图像所对应的波段的光辐射；投影模块，用于将经由掩模单元的光辐射投影至3D打印设备的打印基准面上。

[0015] 在第一方面的某些实施方式中，所述掩模图像生成模块为基于光透射的掩模图像生成模块和/或基于光反射的掩模图像生成模块。

[0016] 在第一方面的某些实施方式中，所述光学系统还包括：光机控制单元，与所述掩模单元连接，用于控制所述掩模单元生成至少一个掩模图像，其中，所生成的掩模图像是基于当前待制造固化层的切片图形而产生的。

[0017] 在第一方面的某些实施方式中，所述光机控制单元用于按照所述切片图形及所接收的掩模属性信息控制所述掩膜单元生成至少一个掩模图像。

[0018] 本申请第二方面提供一种光学系统，包括：光源单元，用于提供多个波段的光辐射；掩模单元，用于生成至少一个掩模图像，其中每个掩模图像对应一个波段；光学模组，用于将与所述掩模图像所对应波段的光辐射照射到所述掩模单元以及将相应掩模图像照射到3D打印设备的打印基准面上；光机控制单元，用于按照当前待制造固化层的切片图形控制所述掩模单元同时或依时序地生成至少一个掩模图像。

[0019] 在第二方面的某些实施方式中，所述光机控制单元用于按照所述切片图形的像素值或所接收的掩模属性信息将所述切片图形分解成至少一个掩模图像。

[0020] 在第二方面的某些实施方式中，所述掩模单元中包含一个掩模图像生成模块；所述光机控制单元还控制光源单元或光学模组将与掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上。

[0021] 在第二方面的某些实施方式中，所述光源单元包含多个光源；所述光机控制单元根据与掩模图像对应波段调节至少一个光源的光强，或者控制至少一个光源导通或断开。

[0022] 在第二方面的某些实施方式中，所述光源单元包含多波段光源；所述光机控制单元控制光学模组中的滤波模块提供与掩模图像对应波段的光辐射。

[0023] 在第二方面的某些实施方式中，所述掩模单元中包含多个掩模图像生成模块，各掩模图像生成模块位于不同波段的分光光路上；所述光机控制单元根据波段控制位于相应分光光路上的掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以及控制其他掩模图像生成模块对所接收的光辐射进行吸光处理。

[0024] 本申请第三方面提供一种光学系统的控制方法，用于3D打印设备，包括：获取当前待制造固化层的切片图形及掩模属性信息；按照所述掩模属性信息控制光学系统将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上，以得到所制造的图案固化层；其中，所述掩模图像是基于所述掩模属性信息将所述切片图形处理而形成的；按照待制造的3D模型逐层调整当前待制造固化层的切片图形并重复上述过程以使每层图案固化层累积并得到对应的三维物体。

[0025] 在第三方面的某些实施方式中，所述按照掩模属性信息控制光学系统将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上的步骤包括：根据切片图形和掩模属性信息，将所述切片图形分解成至少一个掩模图像，以及控制所述光学系统生成各掩模图像。

[0026] 在第三方面的某些实施方式中，所述光学系统中包含一个掩模图像生成模块、光源单元和光学模组；所述按照掩模属性信息控制光学系统以将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上的步骤包括：控制所述掩模图像生成模块生成一个掩模图像；控制所述光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上；根据所生成的掩模图像的数量，重复上述步骤直至完成所有掩模图像的照射。

[0027] 在第三方面的某些实施方式中，所述光源单元包含多个光源；所述控制光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上的步骤包括：根据与所生成的掩模图像对应波段调节至少一个光源的光强，或者控制至少一个光源导通或断开。

[0028] 在第三方面的某些实施方式中，所述光源单元包含白光光源；所述光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上的步骤包括：控制光学模组中的滤光模块以提供与掩模图像对应波段的光辐射。

[0029] 在第三方面的某些实施方式中，所述光学系统中包含多个掩模图像生成模块，各掩模图像生成模块位于不同波段的分光光路上；所述按照掩模属性信息控制光学系统以将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上的步骤包括：控制所述掩模图像生成模块生成一个掩模图像；根据掩模属性信息控制位于相应分光光路上的掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以及控制其他掩模图像生成模块对所接收的光辐射进行吸光处理。

[0030] 本申请第四方面提供一种光学系统的控制系统，包括：存储单元，用于存储当前待制造固化层的切片图形及掩模属性信息，以及至少一个程序；处理单元，与所述存储单元相连，用于调取所述至少一个程序并执行如第三方面中任一所述控制方法，以控制所述光学系统进行光辐射。

[0031] 本申请第五方面提供一种3D打印设备，包括：如第一或第二方面中任一所述的光学系统；成型室，用于盛放光固化材料；构件平台，用于附着并累积经固化的图案固化层；Z轴驱动机构，用于带动所述构件平台沿竖直方向移动以在所累积的图案固化层表面填充光固化材料；控制装置，与所述光学系统和Z轴驱动机构相连，用于基于待制造的三维模型中的各切片图形和掩模属性信息控制所述光学系统，以及基于所述三维模型中对应各切片图形的层高控制Z轴驱动机构，使得所述光学系统和Z轴驱动机构逐层固化打印基准面的光固化材料以制造相应的三维物体。

[0032] 如上所述，本申请针对3D打印设备中不同种类的光固化材料所对应的光固化波段不同的问题，提供的光学系统借助光学模组对多个波段的光辐射进行分光或过滤，并由掩模单元按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，使得经掩模图像投影到打印基准面的光固化材料被固化成由各掩模图像拼接的图案固化层，由此实现了3D打印设备适配多种波段的光固化材料制造三维物体的需求。另外，经由光学系统中的光机控制单元(即控制系统)依次或同时投影多个掩模图像能够更灵活地满足三维物体不同结构区域的结构特性，以及不同结构区域的材料差异。附图说明

[0033] 图1显示为本申请3D打印设备在一实施方式中的结构示意图。

[0034] 图2显示为本申请3D打印设备在又一实施方式中的结构示意图。

[0035] 图3显示为本申请光学系统在一实施方式中的结构示意图。

[0036] 图4显示为本申请光学系统在又一实施方式中的结构示意图。

[0037] 图5显示为本申请光学系统在另一实施方式中的结构示意图。

[0038] 图6显示为本申请光学系统在再一实施方式中的结构示意图。

[0039] 图7显示为本申请光学系统的控制方法在一实施方式中的流程图。

具体实施方式

[0040] 以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

[0041] 在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定

[0042] 再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

[0043] 3D打印设备中的光学系统用于向光固化材料上出射一波段的光辐射，利用光辐射的能量固化被照射区域的光固化材料。利用这种方式，3D打印设备按照3D模型的切片图形将光束在光固化材料上进行投影，使得被投影辐射的光固化材料被固化成，以得到对应的图案固化层。为此，请参阅图1，其显示为3D打印设备的一种结构示意图，光学系统位于3D打印设备中盛放光固化材料的成型室的上方，以固化成型室中位于表面的光固化材料。请参阅图2，其显示为3D打印设备的另一种结构示意图，光学系统位于3D打印设备中盛放光固化材料的成型室的下方，以固化成型室中位于成型室底面的光固化材料。

[0044] 为了适应固化多种谱段的光固化材料，本申请所提供的光学系统不限于用于上述任一种3D打印设备。所述光学系统包括：光源单元、掩模单元和光学模组。

[0045] 所述光源单元用于提供多个波段的光辐射。其中，所述光辐射的波段可依据用于光固化材料的固化波段而设置的，或者为全光谱的光辐射。其中，所述波段为使光固化材料固化的光谱波段。例如355nm、385nm、405nm、780nm等。

[0046] 需要说明的是，即便如385nm、405nm等同属于蓝光光谱的光辐射，由于所能固化的光固化材料不完全相同，因此我们将可提供蓝光光谱的宽光谱光源归属于能提供多个波段的光源单元。

[0047] 所述光源单元中可包含至少一个能提供多个波段的光源。例如，所述光源单元包含一个多波段光源，如白光光源、或蓝光光源。又如，所述光源单元包含多个光源，其中，每个光源可为单一波段的激光光源，每个光源对应所述光源单元所能提供的一个波段，或由多个光源协同提供所述光源单元所能提供的一个波段。

[0048] 所述掩模单元用于按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，其中每个掩模图像对应一个波段。

[0049] 在此，所述掩模单元在电信号的控制下根据待制造的3D模型的各切片图形而呈现所述切片图形的图像或所述切片图形中部分的图像，使得单一波段的光辐射经由所呈现的图像照射到光固化材料上，以得到对应的图案固化层。在一些示例中，在制造三维物体的横截面时，所述掩模单元可受控地呈现至少一幅图像以拼成一个完整的切片图形。例如，在制造包含支撑结构和主体结构的横截层时，所述掩模单元可将依次序呈现切片图形中对应支撑结构的图像和对应主体结构的图像。

[0050] 其中，所述掩模单元包含至少一个掩模图像生成模块，每个掩膜图像生成模块按照所接收的光辐射的波段生成对应的掩模图像。其中，根据所述掩膜图像生成模块在出射光路中的位置，所述掩模图像生成模块为基于光透射的掩模图像生成模块和/或基于光反射的掩模图像生成模块。其中，所述基于光透射的掩模图像生成模块举例包括液晶屏；所述基于光反射的掩模图像生成模块举例包括DMD(Digital Micromirror Device)芯片。

[0051] 在此，所述掩模单元中各掩模图像生成模块与光学模组配合设置在光源单元的出射光路上。其中，所述光学模组用于将与所述掩模图像所对应波段的光辐射照射到所述掩模单元以及将相应掩模图像照射到3D打印设备的打印基准面上。其中，所述打印基准面为光辐射照射到光固化材料上以固化图案固化层所在平面。以图1所示的3D打印设备其打印基准面举例为光固化材料的水平面。以图2所示的3D打印设备，其打印基准面举例为成型室内盛放光固化材料的容器内底面。

[0052] 根据所述光源单元的光源结构，所述光学模组可为每个波段的光辐射提供单独的光路；或者所述光学模组为每个波段的光辐射提供至少部分公共的光路并采用分时复用机制为各波段的光辐射提供固化所需的光辐射能量。由此，根据所述光学模组的光路结构设置各掩模图像生成模块。所述光学单元、光学模组和掩模单元将在后续举例说明。

[0053] 基于上述提及的光学系统，在一些实施方式中，本申请提供的光学系统中的光学单元包含多波段光源。所述多波段光源举例为白光或宽光谱光源。

[0054] 对应地，所述光学模组位于所述多波段光源出射光路上以从多光谱光辐射中分离相应波段的光辐射。其中，所述光学模组可采用分光路或滤光等方式从多波段光源中提取与待制造的光固化材料相符波段的光辐射，并通过光学模组的扩束、匀光、聚焦等光学调整，将相应波段的光辐射照射到打印基准面上。

[0055] 在一些实施例中，所述光学模组包括：分光模块和投影模块。所述掩模单元包含分别位于各分光光路的掩模图像生成模块。

[0056] 其中，所述分光模块用于从多波段光源出射的光辐射中分离预设的多个波段的光辐射并将所分离的光辐射自单独的分光光路照射至所述掩模单元。在此，为了分离不同波段的光辐射，所述分光模块包括但不限于滤光片、光栅、分色镜中的至少一种等用于将预设波段的光辐射从多光谱光辐射中分离的光学器件，所述分光模块还可以包含棱镜和反射镜中的至少一种等用于改变光路以减少光学系统的总尺寸的光学器件。当多波段光源照射光辐射时，经过所述分光模块的分光处理，按照所述切片图形所对应的波段，至少一个所述掩模图像生成模块产生相应波段的掩模图像以供相应分光光路的光辐射照射，经由分光光路的光辐射照射的光辐射以掩模图像的形状经由投影模块投射到打印基准面上。其中，所述投影模块包括汇聚组件和投影镜头。所述汇聚组件用于将经由各掩模图像生成模块图形化后的光辐射汇聚到投影。其中，所述汇聚组件可借助分光模块至少部分光学器件将图形化后的光辐射汇聚到投影镜头。所述投影镜头用于藉由图形化后的光辐射将所述掩模图像投影到打印基准面上。

[0057] 例如，请参阅图3，其显示为光学系统在一具体示例中的结构示意图。光源单元31包含多波段光源。所述分光模块32包含反射镜、棱镜、分色镜。汇聚组件包含与分光模块共用的棱镜和分色镜。位于各分光路线上的掩模图像生成模块为DMD芯片(DMD1、DMD2、DMD3)。其中，所述反射镜、棱镜和分色镜按照预设角度摆放以使分光模块32和汇聚组件共用光学器件。多波段光源所出射的多波段的光辐射依次经反射镜进入棱镜和分色镜时将不同波段分离至单独分光光路上，位于各分光光路的DMD芯片在多波段光源照射期间，按照所生成的掩模图像反射相应波段的光辐射，并将图形化的光辐射依次经所述分色镜、棱镜的汇聚光路汇聚到投影镜头331处，并照射到打印基准面上以固化图案化固化层。

[0058] 又如，请参阅图4，其显示为光学系统在又一具体示例中的结构示意图。所述分光模块42包括滤光片、分色镜、反射镜。所述汇聚组件包括X型立方体。位于各分光路线上的掩模图像生成模块为液晶屏。多波段光源所出射的光辐射经分光模块分光后的光辐射照射到液晶屏上，位于各分光路经上的液晶屏在多波段光源照射期间，按照所生成的掩模图像透射相应波段的光辐射，并将图形化的光辐射依次经汇聚组件汇聚到投影镜头处，以及照射到打印基准面上以固化图案化固化层。

[0059] 在另一些实施例中，请参阅图5，其显示为本申请提供的光学系统在一实施例中的结构示意图。所述光学模组包括：滤光模块52和投影模块53。其中，所述滤光模块52用于过滤并向所述掩模单元54投射与待投影的掩模图像所对应的波段的光辐射。所述掩模单元54位于过滤后的光路上，以将图形化的光辐射投射到投影模块53上。

[0060] 其中，所述滤光模块52包括滤光片、透镜组。所述滤光片由多个波段的滤光片段拼接而成，所述滤光片受驱动电机控制可按调节不同波段的滤光片段位于光辐射的光路上。所述滤光片位于透镜组的前端、中部或后端。所述透镜组包括但不限于扩束镜、中继镜片、反射镜中的至少一种等。所述掩膜单元位于所述透镜组的出射光路上。在图5所示示例中，所述掩膜单元为DMD芯片，DMD芯片还兼做反射镜以减少光学器件数量和缩短光辐射行程，并将图形化的光辐射投射到投影模块上以通过透镜模块投射到打印基准面上。

[0061] 在另一些实施方式中，本申请提供的光学系统中的光学单元包含多个光源，每个光源沿不同分光光路发出光辐射。其中，每个光源举例为单波段激光光源。为此，不同光源提供不同波段的光辐射，或者多个光源协同提供多个不同波段。例如，利用红光波段和绿光波段的光源协助提供黄光波段的光辐射。

[0062] 为将不同光源的光辐射汇聚到一条光路上，所述光学模组可利用透镜、棱镜、反射镜、分光镜、聚光管中的至少一种组合进行各自光辐射的光路调整。其中，可利用反射镜、分光镜、棱镜等改变光路，以及利用聚光管、透镜等进行扩束。所述掩模单元中的掩模图像生成模块按照所接收的光辐射的波段生成对应的掩模图像。在此，所述掩模图像生成模块可位于各光源单独的分光光路上。为减少光的扩散，所述掩模图像生成模块被设置在汇聚后的光路上，再经投影模块投影至打印基准面上。

[0063] 在一实施例中，请参阅图6，其显示为包含多个光源的光学系统在一实施例中的结构示意图。其中，所述光学模组中汇聚光源A、B和C的光学器件组包括反射镜、分光镜、聚光管、透镜组、棱镜组等。DMD芯片设置在利用棱镜组制造的光路上，以便照射到DMD芯片上的光辐射经棱镜组将图形化的光辐射照射到投影模块上。

[0064] 在图6所示示例基础上，所述光学系统还可以包含前述示例中提及的滤光模块(未予图示)。所述滤光模块可设置在汇聚的光路上，以便多个光源协同照射时滤出需要波段的光辐射。

[0065] 从上述采用多波段光源或多个光源的光学系统的各示例中，所述掩模单元所生成的掩模图像应与当前待制造的光辐射波段相匹配。为此，在一些实施方式中，所述光学系统中还设有光机控制单元。所述光机控制单元与所述掩模单元连接，用于控制所述掩模单元生成基于当前待制造固化层的切片图形而产生的掩模图像。在此，所述光机控制单元对掩模单元的控制都基于所获取的切片图形及掩模属性信息。其中，所述切片图形为待制造的3D模型经分层处理后所得到的，当3D打印设备逐层固化3D模型的对应分层时，所述控制系统自3D打印设备的控制装置获得待制造固化层的切片图形，以将当前的切片图形投影到打印基准面上。所述掩模属性信息通常基于所使用的光固化材料而设定的，制造一个3D模型选用统一的掩模属性信息。在一些示例中，所使用的光固化材料为混合物，所述掩模属性信息中包含各切片图形中对应不同波段可被固化的区域及所对应的波段，所述控制系统基于所述掩模属性信息对切片图形进行划分处理，以得到多个掩模图像，或者3D打印设备的控制装置将基于掩模属性信息所划分的掩模图像及其对应波段提供给所述控制系统，如此，所述控制系统所获取的掩模属性信息包括当前用于拼接切片图形掩模图像所对应的各波段。除此之外，所述掩模属性信息还可以包括基于光固化材料所对应的波段而设置的单位层高的光辐射能量，以便控制光学系统照射基于对应波段的照射时长或照射功率。

[0066] 在此，所述光机控制单元控制掩模单元中的至少一个掩模图像生成模块呈现相应的掩模图像。其中，所述光机控制单元包括但不限于工控机、或任何包含CPU或MCU等能够执行逻辑运算、计算等程序的电子计算模块，以及用于将数字信号转换成掩模图像生成模块所能识别的电信号的电路模块。

[0067] 在一些示例中，所述光机控制单元接收主设备的能够拼接成当前切片图形的至少一个掩模图像，并按照各掩模图像及所对应的波段控制相应掩模图像生成模块予以呈现。其中，所述主设备按照切片图形及其掩模属性信息生成掩模图像。所述主设备为3D打印设备中的控制装置。

[0068] 以掩模图像生成模块为DMD芯片为例，DMD芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内，事实上，这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的，每一个微镜代表一个像素，所投影的图像就由这些像素所构成。DMD芯片可被简单描述成为对应像素点的半导体光开关和微镜片，所述光机控制单元通过控制DMD芯片而使得其中的各光开关来允许/禁止各微晶片反射光，由允许反射光的微晶片构成一个掩模图像。

[0069] 以掩模图像生成模块为液晶屏为例，液晶屏上分布着夹持液晶分子的电极阵列，每个电极代表一个像素。所述光机控制单元通过控制液晶屏而使得其中的各电极阵列来允许/禁止各极板间的液晶分子透光/不透光，由允许透光的电极构成一个掩模图像。

[0070] 在另一些示例中，所述光机控制单元为从设备，其根据主设备提供的切片图形和与生成掩模图像相关的掩模属性信息，控制所述掩膜单元生成至少一个掩模图像。

[0071] 在一些更具体示例中，所述光机控制单元按照所述切片图形的像素值生成至少一个掩模图像。

[0072] 在此，所述光机控制单元预设图像像素值与波段的对应关系，将所获取的用像素值描述的切片图形分解成由对应不同波段的像素值描述的至少一个掩模图像，并控制对应的掩模图像生成模块生成掩模图像。

[0073] 在另一些更具体示例中，所述光机控制单元按照所接收的掩模属性信息生成至少一个掩模图像。其中，所述掩模属性信息包括但不限于切片图形各区域所对应的波段。其中，切片图形划分各区域的方式包括但不限于以下至少一种：基于主体图形区域和支撑图形区域而设置的区域划分信息，基于切片图形不同区域与光辐射能量的对应关系而设置的区域划分信息，基于切片图形不同区域与辐射时长的对应关系等而设置的区域划分信息等。所述掩模属性信息还包括以下任一种：基于光辐射的像素灰度与波段的对应关系，基于波段与光固化材料的对应关系等。例如，所述光机控制单元按照预设的像素灰度与光辐射能量的对应关系将所获取的切片图形分解成多个掩模图像，并按照预设的波段控制相应的掩膜图像生成模块依次生成各掩模图像。

[0074] 基于光机控制单元控制掩模图像生成模块生成掩模图像的方式，在一些实施方式中，所述光机控制单元可同时控制各掩模图像生成模块生成各掩模图像。在一些示例中，3D打印设备采用多种光固化材料的混合材料，其中的各种光固化材料基于不同波段产生固化反应，所述光机控制单元可基于所接收的控制信息将对应各波段的掩模图像同时发送给相应掩模图像生成模块以便同时在打印基准面上制造图案固化层，如此实现快速打印的目的。

[0075] 在另一些实施方式中，所述光机控制单元依时序地控制所述掩模单元生成至少一个掩模图像。在一些示例中，光机控制单元将单一波段的基于照射功率而划分的多个掩模图像依次提供给相应的掩模图像生成模块，以在打印基准面上逐个地制造相应的图案固化层。

[0076] 需要说明的是，光机控制单元选择同时或依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像与光学系统的结构相关。例如，图5所示的光学系统，由于多波段光辐射无法同时照射，因此，所述光机控制单元采用依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像。又如，图3所示的光学系统，由于多波段光辐射可以同时照射，因此，所述光机控制单元可以采用同时或依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像。光机控制单元同时或依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像的示例不再一一详述。

[0077] 基于图3和图4为示例并推及至此类包含一个掩模图像生成模块的光学系统，所述光机控制单元还控制光源单元或光学模组将与掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上。为此，所述光机控制单元还与光源单元或光学模组有电连接。

[0078] 对于采用滤波模块选择与光固化材料相匹配波段的光学系统来说，光机控制单元控制滤波模块过滤出相匹配波段的光辐射，以及控制掩模图像生成模块生成对应该波段的掩模图像，使得3D打印设备能够固化相应的光固化材料。以图5为例，所述光机控制单元控制光学模组中的滤波模块提供与掩模图像对应波段的光辐射，并在光辐射以当前波段照射期间控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像，以便将所述掩模图像投影到打印基准面上。

[0079] 对于采用多个光源和单个掩模图像生成模块的光学系统来说，光机控制单元按照光固化材料相匹配的波段控制相应的光源照射以及控制掩模图像生成模块生成对应该波段的掩模图像。在一些示例中，所述光机控制单元根据与掩模图像对应波段调节至少一个光源的光强。例如，光机控制单元根据所接收的待制造图案固化层的层高、光辐射能量或者光辐射时长来调节相应光源的光强。又如，所述光机控制单元根据预设的各波段与各光源光强的对应关系，调节相应多个光源的光强以使得汇合光路上的光辐射包含所需波段，如此，光机控制单元对应控制掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以实现利用对应波段的光辐射将所述掩模图像投射到打印基准面上。

[0080] 对于采用多个光源和多个掩模图像生成模块的光学系统来说，各掩模图像生成模块位于不同波段的分光光路上。所述光机控制单元根据波段控制位于相应分光光路上的掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以及控制其他掩模图像生成模块对所接收的光辐射进行吸光处理。以图3为例，各分光光路上的掩模图像生成模块为DMD芯片，光机控制单元基于所获取的掩模属性信息选择对应波段分光光路上的掩模图像生成模块DMD1生成掩模图像，以及控制DMD2和DMD3不予反射相应分光光路上的光辐射，以作吸光处理，使得投影模块所投射的图像仅为经由DMD1反射的掩模图像。与图3类似，图4中各分光光路上的掩模图像生成模块为液晶屏，光机控制单元基于所获取的掩模属性信息选择对应波段分光光路上的液晶屏1生成掩模图像，以及控制液晶屏2和液晶屏2不透射相应分光光路上的光辐射，以作吸光处理，使得投影模块所投射的图像仅为经由液晶屏1透射的掩模图像。

[0081] 基于上述各示例所提供的光学系统，本申请还提供一种光学系统的控制系统。所述控制系统包括存储单元和处理单元。其中，所述存储单元可包括高速随机存取存储器，并且可选地还包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储器设备。所述存储单元还包括存储器控制器，其中控制系统的其他组件诸如CPU和外围接口，对存储器的访问可选地通过存储器控制器来控制。所述处理单元与所述存储单元相连。所述处理单元包括处理器，所述处理器可操作地与存储器和/或非易失性存储设备耦接。更具体地，处理器可执行在存储器和/或非易失性存储设备中存储的指令以在计算设备中执行操作，诸如生成图像数据和/或将图像数据传输到电子显示器。如此，处理器可包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或它们的任何组合。

[0082] 所述存储单元用于存储当前待制造固化层的切片图形及掩模属性信息，以及至少一个程序。所述处理单元用于调取所述至少一个程序并执行如图7所示流程的控制方法，以控制所述光学系统进行光辐射。在此，所述控制系统可对应前述提及的光机控制单元。

[0083] 在步骤S110中，获取当前待制造固化层的切片图形及掩模属性信息。

[0084] 在此，所述切片图形为待制造的3D模型经分层处理后所得到的，当3D打印设备逐层固化3D模型的对应分层时，所述控制系统自3D打印设备的控制装置获得待制造固化层的切片图形，以将当前的切片图形投影到打印基准面上。所述掩模属性信息通常基于所使用的光固化材料而设定的，制造一个3D模型选用统一的掩模属性信息。在一些示例中，所使用的光固化材料为混合物，所述掩模属性信息中包含各切片图形中对应不同波段可被固化的区域及所对应的波段，所述控制系统基于所述掩模属性信息对切片图形进行划分处理，以得到多个掩模图像，或者3D打印设备的控制装置将基于掩模属性信息所划分的掩模图像及其对应波段提供给所述控制系统，如此，所述控制系统所获取的掩模属性信息包括当前用于拼接切片图形掩模图像所对应的各波段。除此之外，所述掩模属性信息还可以包括基于光固化材料所对应的波段而设置的单位层高的光辐射能量，以便控制光学系统照射基于对应波段的照射时长或照射功率。

[0085] 在步骤S120中，按照所述掩模属性信息控制光学系统将对应波段的光辐射经由对应掩模图像照射到打印基准面上，以得到所制造的图案固化层。其中，所述掩模图像是基于所述掩模属性信息将所述切片图形处理而形成的。

[0086] 在一些示例中，所述控制系统接收主设备的能够拼接成当前切片图形的至少一个掩模图像及掩模属性信息，以及控制相应掩模图像生成模块予以呈现。其中，所述主设备按照切片图形及其掩模属性信息生成掩模图像。所述主设备为3D打印设备中的控制装置。

[0087] 以掩模图像生成模块为DMD芯片为例，所述控制系统通过控制DMD芯片而使得其中的各光开关来允许/禁止各微晶片反射光，由允许反射光的微晶片构成一个掩模图像。

[0088] 以掩模图像生成模块为液晶屏为例，所述控制系统通过控制液晶屏而使得其中的各电极阵列来允许/禁止各极板间的液晶分子透光/不透光，由允许透光的电极构成一个掩模图像。

[0089] 在另一些示例中，所述控制系统根据主设备提供的切片图形和掩模属性信息，将所述切片图形分解成至少一个掩模图像，以及控制所述光学系统生成各掩模图像。

[0090] 在一些更具体示例中，所述控制系统按照所述切片图形的像素值生成至少一个掩模图像。

[0091] 在此，所述控制系统预设图像像素值与波段的对应关系，将所获取的用像素值描述的切片图形分解成由对应不同波段的像素值描述的至少一个掩模图像，并控制对应的掩模图像生成模块生成掩模图像。

[0092] 在另一些更具体示例中，所述控制系统按照所述掩模属性信息生成至少一个掩模图像。其中，所述掩模属性信息包括但不限于切片图形各区域所对应的波段。其中，切片图形划分各区域的方式包括但不限于以下至少一种：基于主体图形区域和支撑图形区域而设置的区域划分信息，基于切片图形不同区域与光辐射能量的对应关系而设置的区域划分信息，基于切片图形不同区域与辐射时长的对应关系等而设置的区域划分信息等。所述掩模属性信息还包括以下任一种：基于光辐射的像素灰度与波段的对应关系，基于波段与光固化材料的对应关系等。例如，所述控制系统按照预设的像素灰度与光辐射能量的对应关系将所获取的切片图形分解成多个掩模图像，并按照预设的波段控制相应的掩膜图像生成模块依次生成各掩模图像。

[0093] 所述控制系统控制光学系统生成掩模图像的方式，在一些实施方式中，所述控制系统可同时控制光学系统中各掩模图像生成模块生成各掩模图像。在一些示例中，3D打印设备采用多种光固化材料的混合材料，其中的各种光固化材料基于不同波段产生固化反应，所述控制系统可基于所接收的控制信息将对应各波段的掩模图像同时发送给相应掩模图像生成模块以便同时在打印基准面上制造图案固化层，如此实现快速打印的目的。

[0094] 在另一些实施方式中，所述控制系统依时序地控制所述掩模单元生成至少一个掩模图像。即通过执行以下步骤：控制所述掩模图像生成模块生成一个掩模图像；控制所述光源单元或光学模组将与所生成的掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上；根据所生成的掩模图像的数量，重复上述步骤直至完成所有掩模图像的照射。在一些示例中，控制系统将单一波段的基于照射功率而划分的多个掩模图像依次提供给相应的掩模图像生成模块，以在打印基准面上逐个地制造相应的图案固化层。

[0095] 需要说明的是，控制系统选择同时或依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像与光学系统的结构相关。例如，图5所示的光学系统，由于多波段光辐射无法同时照射，因此，所述控制系统采用依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像。又如，图3所示的光学系统，由于多波段光辐射可以同时照射，因此，所述控制系统可以采用同时或依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像。控制系统同时或依时序控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像的示例不再一一详述。

[0096] 基于图3和图4为示例并推及至此类包含一个掩模图像生成模块的光学系统，所述控制系统还控制光源单元或光学模组将与掩模图像对应波段的光辐射经由所述掩模图像生成模块照射到所述打印基准面上。为此，所述控制系统还与光源单元或光学模组有电连接。

[0097] 对于采用滤波模块选择与光固化材料相匹配波段的光学系统来说，控制系统控制滤波模块过滤出相匹配波段的光辐射，以及控制掩模图像生成模块生成对应该波段的掩模图像，使得3D打印设备能够固化相应的光固化材料。以图5为例，所述控制系统控制光学模组中的滤波模块提供与掩模图像对应波段的光辐射，并在光辐射以当前波段照射期间控制掩模图像生成模块生成相应的掩模图像，以便将所述掩模图像投影到打印基准面上。

[0098] 对于采用多个光源和单个掩模图像生成模块的光学系统来说，控制系统按照光固化材料相匹配的波段控制相应的光源照射以及控制掩模图像生成模块生成对应该波段的掩模图像。在一些示例中，所述控制系统根据与掩模图像对应波段调节至少一个光源的光强。例如，控制系统根据所接收的待制造图案固化层的层高、光辐射能量或者光辐射时长来调节相应光源的光强。又如，所述控制系统根据预设的各波段与各光源光强的对应关系，调节相应多个光源的光强以使得汇合光路上的光辐射包含所需波段，如此，控制系统对应控制掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以实现利用对应波段的光辐射将所述掩模图像投射到打印基准面上。

[0099] 对于采用多个光源和多个掩模图像生成模块的光学系统来说，各掩模图像生成模块位于不同波段的分光光路上。所述控制系统根据波段控制位于相应分光光路上的掩模图像生成模块生成相应掩模图像，以及控制其他掩模图像生成模块对所接收的光辐射进行吸光处理。以图3为例，各分光光路上的掩模图像生成模块为DMD芯片，控制系统基于所获取的掩模属性信息选择对应波段分光光路上的掩模图像生成模块DMD1生成掩模图像，以及控制DMD2和DMD3不予反射相应分光光路上的光辐射，以作吸光处理，使得投影模块所投射的图像仅为经由DMD1反射的掩模图像。与图3类似，图4中各分光光路上的掩模图像生成模块为液晶屏，控制系统基于所获取的掩模属性信息选择对应波段分光光路上的液晶屏1生成掩模图像，以及控制液晶屏2和液晶屏2不透射相应分光光路上的光辐射，以作吸光处理，使得投影模块所投射的图像仅为经由液晶屏1透射的掩模图像。

[0100] 在步骤S130中，按照待制造的3D模型逐层调整当前待制造固化层的切片图形并重复上述步骤S110-S120以使每层图案固化层累积并得到对应的三维物体。在此，所述控制系统基于对3D模型的打印顺序，控制光学系统逐层地对各分层的切片图形进行照射，以将每个切片图形制造成相应的图案固化层，经过对图案固化层的累积，得到对应的三维物体。

[0101] 为完整描述包含上述光学系统及控制系统的3D打印设备，请参阅图1和图2，本申请还提供一种3D打印设备。所述3D打印设备包括：光学系统、成型室、构件平台、Z轴驱动机构、控制装置。

[0102] 所述成型室用于盛放光固化材料。其中，所述光固化材料举例为光固化树脂，或者混合有陶瓷粉等的光固化树脂混合物。其中，所盛放的光固化材料可基于至少一个波段的光能量(如405nm)照射固化成固体。根据逐层打印的原理，图2所示的成型室内还包括具有透明底面的容器，以透射光辐射。

[0103] 所述光学系统用于照射所述容器内的光固化材料，以得到图案化的固化层。如图1所示，所述光学系统位于3D打印设备的上侧，并向光固化材料表面投影至少一个掩模图像，以在光固化材料表面制造图案化固化层。如图2所示，所述光学系统位于3D打印设备的下侧，并向成型室中的容器底面投影至少一个掩模图像，以在容器底面制造图案化固化层。根据3D打印设备的不同结构，如图所示的光固化材料表面和容器底面均被称为打印基准面。

[0104] 所述光学系统至少包括如图3-6及对应描述的光学单元、掩模单元和光学模组。在一些实施例中，所述光学系统可受所述控制装置集中控制。在另一些实施例中，所述光学系统还包括前述提及的光机控制单元，所述光机控制单元与控制装置数据连接并接收待制造的切片图形和掩模属性信息；或者接收所述控制装置基于切片图形和掩膜属性信息所分解的掩模图像及所对应的掩膜属性信息，以及根据光学系统中的具体光学结构控制掩模单元，甚至光学单元和光学模组中的至少一个将掩模图像投影到打印基准面上以使光固化材料被固化。

[0105] 所述构件平台用于附着并累积经固化的图案固化层。在此，所述构件平台包含构件板和用以与Z轴移动单元连接的连接部件。所述构件平台通过逐层附着固化在容器底面的固化层得到3D打印设备所制造的三维物体。

[0106] 所述Z轴移动单元用于带动所述构件平台沿竖直方向移动以在所累积的图案固化层表面填充光固化材料。在打印操作期间，所述Z轴移动单元带动构件平台逐层上移，以在容器底面形成对应待固化的固化层层高的光固化材料。

[0107] 在此，所述Z轴移动单元包括驱动机构和竖直移动机构，所述驱动机构用于驱动所述竖直移动机构，以便所述竖直移动机构带动构件平台升降移动。例如，所述驱动机构为驱动电机。所述驱动机构受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用于表示构件平台上升、下降或停止的方向性指令，甚至还可以包含转速/转速加速度、或扭矩/扭力等参数。如此有利于精确控制竖直移动单元的上升的距离，以实现Z轴的精准调节。在此，所述竖直移动机构举例包括一端固定在所述构件平台上的固定杆、与固定杆的另一端固定的咬合式移动组件，其中，所述咬合式移动组件受驱动单元驱动以带动固定杆竖直移动，所述咬合式移动组件举例为由齿状结构咬合的限位移动组件，如齿条等。又如，所述竖直移动机构包括：丝杆和旋接所述丝杆的定位移动结构，其中所述丝杆的两端旋接于驱动机构，所述定位移动结构的外延端固定连接到构件平台上，该定位移动结构例如为滚珠丝杠。

[0108] 所述控制装置与所述光学系统和Z轴驱动机构相连，用于基于待制造的三维模型中的各切片图形和掩模属性信息控制所述光学系统，以及基于所述三维模型中对应各切片图形的层高控制Z轴驱动机构，使得所述光学系统和Z轴驱动机构逐层固化打印基准面的光固化材料以制造相应的三维物体。

[0109] 在此，所述控制装置包括存储单元和处理单元。其中，所述存储单元可包括高速随机存取存储器，并且可选地还包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储器设备。所述存储单元还包括存储器控制器，其中控制系统的其他组件诸如CPU和外围接口，对存储器的访问可选地通过存储器控制器来控制。所述处理单元与所述存储单元相连。所述处理单元包括处理器，所述处理器可操作地与存储器和/或非易失性存储设备耦接。更具体地，处理器可执行在存储器和/或非易失性存储设备中存储的指令以在计算设备中执行操作，诸如生成图像数据和/或将图像数据传输到电子显示器。如此，处理器可包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或它们的任何组合。

[0110] 其中，所述存储单元存储有经分层处理的3D模型，包括掩模属性信息、分层信息等属性信息，以及至少一个程序。所述处理单元用于执行所述至少一个程序以控制光学系统和Z轴驱动机构逐层累积图案化固化层以得到对应的三维物体。

[0111] 以图2所示的3D打印设备为例描述采用本申请所提供的光学系统的3D打印设备的结构及制造三维物体的工作过程。其中所述3D打印设备包括：成型室22、光学系统21、构件平台23、Z轴驱动机构24和控制装置25。其中，光学系统21位于成型室22中容器底面，以向容器底面投影方式固化容器中的光固化材料。

[0112] 所述光学系统以图4为例，其中的光源单元包括多波段光源；掩模单元包括分别位于各分光光路上的掩模图像生成模块；光学模组包括分光模块42和投影模块43。所述分光模块42包括滤光片、分色镜、反射镜。在此，所述投影模块43包括汇聚组件和投影镜头。其中汇聚组件包括X型立方体。位于各分光路线上的掩模图像生成模块为液晶屏。

[0113] 在所述控制装置的控制下，Z轴驱动机构带动构件平台自归零位置上移并停留在相距容器底面(打印基准面)第n个层高位置处，在容器底面和构件平台(或已制造的三维物体下底面)之间填充有光固化材料。光学系统中的光机控制单元根据所接收的切片图形和掩模属性信息，按照支撑结构和主体结构将所述切片图形分解成支撑掩模图像和主体掩模图像，并根据所述掩模属性信息控制对应波段的一个掩模图像生成模块依次呈现支撑掩模图像和主体掩模图像。使得投影到打印基准面的各掩模图像固化成对应的图像固化层，经固化的支撑固化层和主体固化层被附着在构件平台上。

[0114] 在控制装置的控制下，Z轴驱动机构带动构件平台将当前的图案固化层与容器底面剥离，以及停留在第(n+1)个层高位置处，以及指示光机控制单元基于第(n+1)层的切片图形和掩模属性信息重复上述照射过程。以此类推，经逐层累积制造三维物体。

[0115] 综上所述，本申请针对3D打印设备中不同种类的光固化材料所对应的光固化波段不同的问题，提供的光学系统借助光学模组对多个波段的光辐射进行分光或过滤，并由掩模单元按照当前待制造固化层的切片图形生成至少一个掩模图像，使得经掩模图像投影到打印基准面的光固化材料被固化成由各掩模图像拼接的图案固化层，由此实现了3D打印设备适配多种波段的光固化材料制造三维物体的需求。另外，经由光学系统中的光机控制单元(即控制系统)依次或同时投影多个掩模图像能够更灵活地满足三维物体不同结构区域的结构特性，以及不同结构区域的材料差异。

[0116] 上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

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光学系统、控制方法及系统、3D打印设备

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