三維物體數據的分層方法、3D列印方法及設備與流程

2023-06-28 15:39:21 2

本申請涉及3d列印領域，尤其涉及一種三維物體數據的分層方法、3d列印方法及設備。

背景技術：

3d列印是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬、塑料和樹脂等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3d列印設備通過執行該種列印技術製造3d物體。3d列印設備由於成型精度高在模具、定製商品、醫療治具、假體等領域具有廣泛應用。其中，基於底面曝光的3d列印設備由於只需要在容器底部設置一層厚的光固化材料，與上曝光相比，更節省材料，因此受到很多個性產品製造者的追寵。特別作為假牙的製作技術，由於能夠快速且高精準度的製作假牙，有效提高了牙科診治的工作效率。

根據醫生及患者對假牙特別是假牙外露部分的外觀要求，在使用3d列印設備進行逐層列印期間，需要滿足各層厚儘量小的要求，然而以假牙的外觀要求列印整個牙齒結構將導致列印時間過長。

技術實現要素：

本申請提供一種三維物體數據的分層方法、3d列印方法及設備，用於解決假牙在3d成型階段耗時過長等問題。

為實現上述目的及其他目的，本申請提供一種3d列印方法，應用於3d列印設備，所述3d列印設備包括盛放光固化材料的容器、和構件平臺，所述3d列印方法包括：調整所述構件平臺與預設列印基準面之間的間距以填充待固化的光固化材料；按照牙齒模型中分層圖像將所述間距內的光固化材料固化成對應的圖案固化層；重複上述各步驟以在所述構件平臺上形成經圖案固化層累積的牙齒結構，其中，所述牙齒結構包括牙齒部分和用於支撐所述牙齒部分的齒座部分；其中，在列印所述牙齒結構的過程中，用於構成所述牙齒部分的至少一個圖案固化層的層厚小於用於構成所述齒座部分的至少一個圖案固化層的層厚。

在某些實施方式中，用於構成所述牙齒部分的各圖案固化層的層厚小於僅用於構成所述齒座部分的各圖案固化層的層厚。

在某些實施方式中，所述調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距以填充待固化的光固化材料的方式包括：基於牙齒模型中所標記的橫截層層厚，調整所述構件平臺與預設列印基準面之間的間距，其中，所述牙齒模型包括：牙齒部分的模型和用於支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型；其中，所標記的橫截層層厚包括：所述牙齒部分模型中至少一個橫截層層厚、和所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚，所述牙齒部分模型中至少一個橫截層層厚小於所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚。

在某些實施方式中，所述調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距以填充待固化的光固化材料的方式包括：按照牙齒模型中的牙齒部分模型中每層橫截層層厚，至少兩次的調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距；和/或按照牙齒模型中支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型中至少兩個橫截層層厚，調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距。

在某些實施方式中，所述按照牙齒模型中分層圖像將所述間距內的光固化材料固化成對應的圖案固化層的方式包括：將在調整間距時所依據的至少一個橫截層上的分層圖像照射在所述間距內的光固化材料上。

本申請還提供一種三維物體數據的分層方法，包括：將牙齒模型進行分層處理，得到構成所述牙齒模型的各橫截層，其中，每個橫截層中描繪了所述牙齒模型在相應分層處的分層圖像；其中，所述牙齒模型包括：牙齒部分模型和用於支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型；其中，在所述分層處理期間，設定所述牙齒部分模型中至少一個橫截層的層厚小於所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚，和/或設定所述牙齒部分模型與齒座部分模型及二者之間的交匯橫截層。

在某些實施方式中，所述方法還包括：基於所獲取的交匯橫截層標記指令在牙齒模型上標記交匯橫截層；或者識別至少部分橫截層所描繪的分層圖像中的牙齒特徵信息和/或支撐特徵信息，並基於識別結果確定所述牙齒部分模型與齒座部分模型的交匯橫截層。

在某些實施方式中，所述將牙齒模型進行分層處理的方式包括：按照預設層厚將牙齒模型進行分層處理並標記交匯橫截層；或者以所標記的交匯橫截層為分界，按照牙齒部分模型的層厚，將所述牙齒部分模型進行分層處理，以及，按照齒座部分模型的層厚，將所述齒座部分模型進行分層處理。

在某些實施方式中，所述將牙齒模型進行分層處理的方式包括：為所述牙齒模型設置至少一個橫截層層厚標記。

本申請另外提供一種3d列印設備，包括：容器，用於盛放光固化材料；構件平臺，用於附著經照射後得到的圖案固化層，以便經由所述圖案固化層積累形成3d構件；z軸驅動機構，與所述構件平臺連接，用於受控的調整所述構件平臺與預設列印基準面的間距以填充待固化的光固化材料；曝光裝置，用於按照牙齒模型中分層圖像將所述間距內的光固化材料固化成對應的圖案固化層以得到對應的牙齒結構，其中，所述牙齒結構包括牙齒部分和支撐所述牙齒部分的齒座部分；控制裝置，與所述z軸驅動機構相連，用於控制所述z軸驅動機構調整所述間距，並在控制所述z軸驅動機構調整間距期間滿足：用於構成所述牙齒部分的至少一個圖案固化層的層厚小於用於構成所述齒座部分的至少一個圖案固化層的層厚；所述控制裝置還與所述曝光裝置連接，用於控制曝光裝置照射相應分層圖像。

在某些實施方式中，用於構成所述牙齒部分的各圖案固化層的層厚小於僅用於構成所述齒座部分的各圖案固化層的層厚。

在某些實施方式中，所述控制裝置包括：存儲單元，用於保存分層後的牙齒模型的文件；其中，所述牙齒模型包含牙齒部分模型和用於支撐所述牙齒部分模型以外的齒座部分模型。

在某些實施方式中，所述存儲單元還存儲橫截層層厚標記、和/或橫截層所屬模型標記；其中，所橫截層層厚標記用於標識所述牙齒部分模型中至少一個橫截層層厚；所標記的至少一個橫截層層厚小於所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚；所述控制裝置還包括：處理單元，用於基於所保存的橫截層標記、和/或橫截層所屬模型標記調整所述構件平臺與預設列印基準面之間的間距。

在某些實施方式中，所述存儲單元還存儲交匯橫截層標記，所交匯橫截層標記用於標識所述牙齒部分模型與齒座部分模型的交匯橫截層；所述控制裝置還包括：處理單元，用於基於所述交匯橫截層所確定的牙齒模型中的牙齒部分模型及所述牙齒部分模型中每層橫截層層厚，調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距；以及用於基於所述交匯橫截層所確定的牙齒模型中的齒座部分模型及所述齒座部分模型中至少兩個橫截層層厚和所述交匯橫截層，調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距。

在某些實施方式中，所述控制裝置還用於基於所調整的間距控制曝光裝置照射圖像。

本申請還提供一種三維物體數據的分層設備，包括：存儲單元，用於保存牙齒模型，其中，所述牙齒模型包括：牙齒部分模型和用於支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型；處理單元，用於將所保存的牙齒模型進行分層處理，得到構成所述牙齒模型的各橫截層，每個橫截層中描繪了所述牙齒模型在相應分層處的分層圖像；其中，在所述處理單元分層處理期間，設定所述牙齒部分模型中至少一個橫截層的層厚小於所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚。

在某些實施方式中，所述處理單元在分層處理期間，在所述牙齒部分模型和齒座部分模型分別至少一個橫截層標記；和/或所述處理單元在分層處理期間，區分標記分別屬於所述牙齒部分模型和齒座部分模型的橫截層。

在某些實施方式中，所述處理單元還用於：識別至少部分的各所述分層圖像的牙齒特徵信息或支撐特徵信息；基於識別結果確定所述牙齒部分模型與齒座部分模型的交匯橫截層。

在某些實施方式中，所述處理單元用於以所述交匯橫截層為分界，按照牙齒部分模型的層厚，將所述牙齒部分模型進行分層處理，以及，按照齒座部分模型的層厚，將所述齒座部分模型進行分層處理。

本申請所提供的三維物體數據的分層方法、3d列印方法及設備，通過採用將牙齒結構中的牙齒部分各層層厚相較於齒座部分各層層厚更精細的列印方式，對牙齒結構進行列印，有利於兼顧列印速度和牙齒輪廓精細化的實際列印需求。

另外，通過對牙齒部分模型中各橫截層的細分列印，能夠在不增加分層處理難度的基礎上提供更為精細的牙齒部分的逐層列印。

另外，通過對齒座部分模型中各橫截層的合併列印，能夠在不增加分層處理難度的基礎上提供更為快速的齒座部分的逐層列印。

另外，在牙齒模型的分層處理期間對牙齒模型中牙齒部分模型和齒座部分模型進行劃分，進而對牙齒模型進行便於列印設備區分列印的標記或分層，實現了列印設備能夠以更自動化、更自主化的進行牙齒結構列印的目的。

附圖說明

圖1為本申請的3d列印設備在一實施方式中的結構示意圖。

圖2為本申請的3d列印設備在另一實施方式中的結構示意圖。

圖3為本申請的牙齒結構在一實施方式中的結構示意圖。

圖4為本申請3d列印設備中控制裝置在一實施方式中的結構示意圖。

圖5為本申請的3d列印方法在一實施方式中的流程示意圖。

圖6為利用本申請的3d列印方法分層列印牙齒模型的橫截層時的一實施方式中的橫截層分層結構示意圖。

圖7為利用本申請的3d列印方法合併列印牙齒模型的橫截層時的一實施方式中的橫截層合併結構示意圖。

圖8為本申請的分層方法在一實施方式中的流程示意圖。

圖9為本申請的分層方法在另一實施方式中的流程示意圖。

圖10為本申請的分層方法在又一實施方式中的流程示意圖。

圖11為本申請的分層設備在一實施方式中的結構示意圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本申請的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本申請的其他優點與功效。本申請還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本申請的精神下進行各種修飾或改變。

需要說明的是，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本申請可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本申請所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本申請所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本申請可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本申請可實施的範疇。

請參閱圖1至圖7，其中，圖1和2分別為本申請提供的3d列印設備的示例性結構示意圖，圖5為本申請3d列印方法在一實施方式中的流程圖。其中，能夠執行本申請所述的3d列印方法的3d列印設備至少包括：容器和構件平臺，為了能夠自動的、高精度的執行所述方法，所述3d列印設備還包括：z軸驅動機構、曝光裝置和控制裝置。其中，所述3d列印設備可以是基於sla技術(即立體光固化成型法)的列印設備；或者是基於dlp技術(即數字光處理)的列印設備。

所述容器(11,21)用於盛放光固化材料，其中所述光固化材料包括任何易於光固化的液態材料或粉末材料，其液態材料舉例包括：光固化樹脂液，或摻雜了添加劑、顏料、染料等混合材料的樹脂液等。粉末材料包括但不限於：陶瓷粉末、顏色添加粉末等。所述容器的材質包括但不限於：玻璃、塑料、樹脂等。其中，所述容器的容量視3d列印設備的類型而定，例如，參見圖1和2，基於sla的列印設備中容器21容量相對於基於dlp的列印設備中容器11容量較大。其中，基於dlp的列印設備中容器11可以是整體透明或僅容器底透明，在所述容器底部表面鋪設有便於剝離的透明柔性膜。

參見圖1和2，所述構件平臺(12,22)用於附著經照射後得到的圖案固化層，以便經由所述圖案固化層積累形成3d構件。具體地，所述構件平臺舉例為構件板。所述構件平臺通常以位於容器內的預設列印基準面為起始位置，逐層累積在所述列印基準面上固化的各固化層，以得到相應的3d列印構件，在本申請中，所述3d列印構件為牙齒結構。

參見圖1和2，所述z軸驅動機構(13,23)與所述構件平臺(12,22)連接，用於受控的調整所述構件平臺與預設列印基準面的間距以填充待固化的光固化材料。其中，所述列印基準面是指光固化材料被照射的起始面。為了精準的對每層固化層的照射能量進行控制，z軸驅動機構需帶動構件平臺移動至使得構件平臺與所述列印基準面之間間距最小處為所要固化的固化層的層厚。在基於dlp的列印設備中所述列印基準面為容器底面，在基於sla的列印設備中所述列印基準面是經預先標定而確定的光固化材料的水平面。

以安裝在sla列印設備中的z軸驅動機構23為例，所述z軸驅動機構可包括第一驅動單元231和第一豎直移動單元232。所述第一驅動單元231用於驅動所述第一豎直移動單元232，以便所述第一豎直移動單元232帶動構件平臺升降移動。例如，所述第一驅動單元231為驅動電機。所述第一驅動單元231受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用於表示構件平臺上升、下降或停止的方向性指令，甚至還可以包含轉速/轉速加速度、或扭矩/扭力等參數。如此有利於精確控制第一豎直移動單元的下降距離，以實現z軸的精準調節。其中，所述第一豎直移動單元232舉例包括一端固定在所述構件平臺上的固定杆、與固定杆的另一端固定的咬合式移動組件，其中，所述咬合式移動組件受驅動單元驅動以帶動固定杆豎直移動，所述咬合式移動組件舉例為由齒狀結構咬合的限位移動組件，如齒條等，所述固定杆可如圖2所示。又如，所述第一豎直移動單元232包括：絲杆和旋接所述絲杆的定位移動結構，其中所述絲杆的兩端旋接於驅動單元，所述定位移動結構的外延端固定連接到構件平臺上，該定位移動結構包括：包含滾珠和夾持件的螺母形結構、以及所述固定杆。

以安裝在dlp列印設備中的z軸驅動機構13為例，所述z軸驅動機構13也可包括第二驅動單元131和第二豎直移動單元132，所述第二驅動單元131用於驅動所述第二豎直移動單元132，以便所述第二豎直移動單元132帶動構件平臺升降移動。例如，所述第二驅動單元131為驅動電機。所述第二驅動單元131受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用於表示構件平臺上升、下降或停止的方向性指令，甚至還可以包含轉速/轉速加速度、或扭矩/扭力等參數，以有利於精確控制第二豎直移動單元的上升的距離，以實現z軸的精準調節。在此，所述第二豎直移動單元132舉例包括一端固定在所述構件平臺上的固定杆、與固定杆的另一端固定的咬合式移動組件，其中，所述咬合式移動組件受驅動單元驅動以帶動固定杆豎直移動，所述咬合式移動組件舉例為由齒狀結構咬合的限位移動組件，如齒條等，所述固定杆可如圖1所示。又如，所述第二豎直移動單元132包括：絲杆和旋接所述絲杆的定位移動結構，其中所述絲杆的兩端旋接於驅動單元，所述定位移動結構的外延端固定連接到構件平臺上，該定位移動結構包括：包含滾珠和夾持件的螺母形結構、以及所述固定杆。

所述曝光裝置用於按照牙齒模型中分層圖像將所述間距內的光固化材料固化成對應的圖案固化層以得到對應的牙齒結構。其中，所得到的牙齒結構包括牙齒部分和支撐所述牙齒部分的齒座部分。其中，所述牙齒部分是指根據製作需要所列印出的全部或部分假牙，例如，所述牙齒部分包含牙冠、牙頸和牙根的整顆假牙牙體，又如，如圖3所示，所述牙齒部分僅包含牙冠和牙頸。所述齒座部分是指根據製作需要所列印出的以牙齦狀或杆狀結構支撐牙齒部分的支撐結構，例如，如圖3所示，所述齒座部分為牙齦狀，所述牙齒部分為牙冠和牙頸，其中，所述齒座部分以包裹狀支撐所述牙齒部分。

在此，在基於dlp的列印設備中的曝光裝置14位於容器的透明底面之下，自透明底面向容器內的光固化材料照射分層圖像。例如，所述曝光裝置14包括雷射發射器、位於所述雷射發射器射出光路上的透鏡組和振鏡組(未予圖示)，其中，所述透鏡組用以改變雷射光路並調整雷射束的聚焦位置，所述振鏡組用以按照所接收的牙齒模型中分層圖像將所述雷射束在容器底面的二維空間內掃描，經所述光束掃描的光固化材料被固化成對應的圖案固化層。又如，所述曝光裝置14包括光源陣列、dmd晶片、和控制器。其中，所述光源陣列中包含多個led光源，每個光源對應一個像素，所述光源陣列受控制器控制，並按照分層圖像中各像素點的灰度進行照射。所述dmd晶片在接受到控制器的控制信號後將對應分層圖像上各像素的光源照射到容器底面。其中，dmd晶片外觀看起來只是一小片鏡子，被封裝在金屬與玻璃組成的密閉空間內，事實上，這面鏡子是由數十萬乃至上百萬個微鏡所組成的，每一個微鏡代表一個像素，所投影的圖像就由這些像素所構成。dmd晶片可被簡單描述成為對應像素點的半導體光開關和微鏡片，所述控制器通過控制dmd晶片中各光開關來允許/禁止各微晶片反射光，由此將相應分層圖像經過容器的透明底部照射到光固化材料上，使得對應圖像形狀的光固化材料被固化，以得到圖案化的固化層。

在基於sla的列印設備中的曝光裝置24位於容器21之上，按照分層圖像自容器開口向容器內的光固化材料進行掃描。例如，所述曝光裝置24安裝在列印設備的頂層，其包括雷射發射器、位於所述雷射發射器射出光路上的透鏡組和振鏡組(未予圖示)，其中，所述透鏡組用以改變雷射光路並調整雷射束的聚焦位置，所述振鏡組用以按照所接收的牙齒模型中分層圖像將所述雷射束自容器開口照射到光固化材料表面，並在該表面的二維空間內掃描，經所述光束掃描的光固化材料被固化成對應的圖案固化層。

參閱圖1和2，上述z軸驅動機構(13,23)和曝光裝置(14,24)均受控於控制裝置(15,25)，所述控制裝置(15,25)通過執行所述列印方法控制z軸驅動機構(13,23)和曝光裝置(14,24)實現將立體的牙齒模型列印成實體的牙齒結構。其中，所述控制裝置(15,25)為包含處理器的電子設備，例如，所述控制裝置為計算機設備、嵌入式設備、或集成有cpu的集成電路等。

在此，所述牙齒模型包括：牙齒部分的模型和用於支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型。其中，所述牙齒模型源於醫生對患者口腔的掃描而得到的3d模型，所述牙齒部分模型是根據掃描而得到的口腔內全部或部分牙齒而得的3d模型，例如，所述牙齒部分模型為包含牙冠、牙頸和牙根的整顆牙體的3d模型，又如，所述牙齒部分模型為僅包含牙冠和牙頸的3d模型。所述齒座部分模型可能是為防止整顆牙體的3d模型在列印期間變形而設置的支撐模型，例如，所述齒座部分模型為杆狀的支撐模型。所述齒座部分模型還可以是根據掃描口腔而得到的牙齦的3d模型，更具體地，該牙齦的3d模型按照所掃描的患者的牙齦包覆牙頸的影像而被設置在牙齒部分模型中牙頸模型的對應處，以作為3d列印時牙齒部分模型的齒座部分模型。

為了藉助曝光裝置和z軸驅動機構將牙齒模型列印成實體的牙齒結構，圖4示意性的提供了所述控制裝置的結構示意圖，所述控制裝置包括：存儲單元301、處理單元302和接口單元303。其中，所述存儲單元301包含非易失性存儲器和系統總線。其中，所述非易失性存儲器舉例為固態硬碟或u盤等。所述系統總線用於將非易失性存儲器與cpu連接在一起，其中，cpu可集成在存儲單元301中，或與存儲單元301分開封裝並通過系統總線與非易失性存儲器連接。所述處理單元302包含cpu或集成有cpu的晶片、可編程邏輯器件(fpga)、和多核處理器中的至少一種。所述處理單元302還包括內存、寄存器等用於臨時存儲數據的存儲器。所述接口單元303的數量可為多個且具有不同接口類型。各所述接口單元303分別連接曝光裝置和z軸驅動機構等3d列印設備中獨立封裝且通過接口傳輸數據的裝置。所述接口單元303根據所連接的裝置而確定其接口類型，其包括但不限於：通用串行接口、視頻接口、工控接口等。例如，所述接口單元303包括：usb接口、hdmi接口和rs232接口，其中，usb接口和rs232接口均有多個。所述控制裝置還包括以下至少一種：提示裝置、人機互動裝置等。usb接口可連接人機互動裝置等，rs232接口連接z軸驅動機構，hdmi接口連接曝光裝置。

所述存儲單元301用於保存分層後的牙齒模型的文件及將所述牙齒模型進行分層處理的程序。其中，所述牙齒模型包含牙齒部分模型和用於支撐所述牙齒部分模型以外的齒座部分模型。處理單元302通過運行所述程序生成用於控制z軸驅動機構的控制指令，以及向曝光裝置提供的分層圖像。在此，所述處理單元302對z軸驅動機構的控制可均通過相應的接口單元303以控制指令的形式傳輸給z軸驅動機構。

具體地，如圖5所示，所述處理單元302所執行的程序包含以下步驟：

在步驟s110中，調整所述構件平臺與預設列印基準面之間的間距以填充待固化的光固化材料。

在步驟s120中，按照牙齒模型中分層圖像將所述間距內的光固化材料固化成對應的圖案固化層。

在步驟s130中，所述牙齒模型是否列印完畢，若否，則執行s110，若是，則結束。通過重複執行上述各步驟，在所述構件平臺上形成經圖案固化層累積的牙齒結構，其中，所述牙齒結構包括牙齒部分和用於支撐所述牙齒部分的齒座部分。

具體地，處理單元302通過控制z軸驅動機構在豎直方向上調整構件平臺相距列印基準面之間的間距，使得容器內的光固化材料流動的填充到所述間距內的縫隙中，或者由填料裝置將光固化材料添加到所述縫隙中。其中，所述處理單元302調整的間距尺寸可受控於技術人員的調控指令，或者可受牙齒模型中所配置的層厚而定。更為具體地，在列印所述牙齒結構的過程中，用於構成所述牙齒部分的至少一個圖案固化層的層厚小於用於構成所述齒座部分的至少一個圖案固化層的層厚。

在此，需要說明的是，根據牙齒模型的預先分層，牙齒部分模型的各橫截層並非一定具有相同的層厚，齒座部分模型的各橫截層也並非一定具有相同的層厚，但大體上牙齒部分模型的各橫截層的層厚小於齒座部分模型中各橫截層的層厚，基於此，所對應列印出的牙齒部分的至少一個圖案固化層的層厚小於所對應列印出的齒座部分的至少一個圖案固化層的層厚。

再或者，在牙齒模型中可包含牙齒部分模型和齒座部分模型的交匯橫截層標記，在所述牙齒模型所在文件中包含所述交匯橫截層標記以及對應各模型的層厚。

在一種更為具體的示例中，所述處理單元302基於文件中所標記的橫截層層厚，調整所述構件平臺與預設列印基準面之間的間距，其中，所述牙齒模型包括：牙齒部分模型和用於支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型；其中，所標記的橫截層層厚包括：所述牙齒部分模型中至少一個橫截層層厚、和所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚，其中，所述牙齒部分模型中至少一個橫截層層厚小於所述齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚。

例如，牙齒模型在預先分層處理階段已標記了所有橫截層的層厚，並將所標記的各層厚附帶在屬性文件或牙齒模型的文件頭中，所述處理單元302通過解析所述牙齒模型所在文件得到各橫截層層厚，並按照所得到的層厚控制z軸驅動機構調整所述構件平臺與預設列印基準面之間的間距，以及根據所述層厚控制曝光裝置照射相應分層圖像的能量。

當牙齒模型的各橫截層的層厚均相同，或如上所述預先分層了不同的層厚時，由所述處理單元302通過調整構件平臺的間距，將牙齒部分相比於齒座部分進行更為精細化的列印。

在一種更為具體的示例中，所述處理單元302外接人機互動裝置，所述人機互動裝置舉例為鍵盤、滑鼠、觸屏中至少一種等。技術人員在監測到附著在構件平臺上的牙齒結構部分達到牙齒部分時，通過所述人機互動裝置輸入層厚調整指令，所述處理單元302按照牙齒部分的分層調整方式進行間距調整，以及按照所調整的間距進行分層圖像照射。或者，技術人員在監測到附著在構件平臺上的牙齒結構部分達到齒座部分時，通過所述人機互動裝置輸入又一層厚調整指令，所述處理單元302按照齒座部分的分層調整方式進行間距調整，以及按照所調整的間距進行分層圖像照射。

在又一更具體的示例中，所述處理單元302按照牙齒部分的分層調整方式進行間距調整，以及按照所調整的間距進行分層圖像照射的方式舉例如下：按照牙齒模型中的牙齒部分模型中每層橫截層層厚，至少兩次的調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距；並基於所調整的間距將相應橫截層的分層圖像照射到填充到所述間距中的光固化材料上。例如，在列印如圖6所示的牙齒模型期間，當確定列印牙齒部分時，所述處理單元302將所述牙齒部分模型a1中至少一個橫截層的層厚分段，並按照分段後的各子層厚控制z軸驅動機構多次調整構件平臺，以及在各次調整後控制曝光裝置多次曝光相應橫截層的分層圖像。如此，所指示的橫截層所對應的圖案固化層可以由插補的方式得到，例如直線插補、二次曲線插補等。需要說明的是，為了清晰描繪一個橫截分段的圖示，圖6右側放大的橫截層被刻意的失真的拉長，並非表示在列印期間對一個橫截層有拉伸處理。

在此，所述處理單元302按照齒座部分的分層調整方式進行間距調整，以及按照所調整的間距進行分層圖像照射的方式舉例如下：所述處理單元302按照齒座部分模型中至少兩個橫截層層厚，調整構件平臺與預設列印基準面之間的間距，以及將在調整間距時所依據的至少一個橫截層上的分層圖像照射在所述間距內的光固化材料上。例如，在列印如圖7所示的牙齒模型期間，所述處理單元302將齒座部分模型a2中至少兩個橫截層層厚合併，並按照合併後的層厚控制z軸驅動機構以調整構件平臺與列印基準面的間距，並將所合併的各橫截層中至少一個分層圖像提供給曝光裝置，以加快圖案固化層的列印速度。需要說明的是，圖7中分層的層厚僅為了清楚描繪分層效果而標識，並非表示層厚尺寸，橫截層的實際層厚在微米量級，此外，所描繪的橫截層合併數量也僅為舉例而非對本發明的限制。

其中，將在調整間距時所依據的至少一個橫截層上的分層圖像照射在所述間距內的光固化材料上的方式包括：1)選擇將其中一個分層圖像照射在所述間距內的光固化材料上，例如，按照模型的z軸自下而上方向，選擇將合併的多個橫截層中最上方橫截層上的分層圖像提供給所述曝光裝置。2)將所合併的全部橫截層的分層圖像重疊後照射在所述間距內的光固化材料上，例如，將所合併的全部橫截層的分層圖像無平移、無偏轉的沿z軸重疊，並將重疊後的圖像提供給曝光裝置。

本領域技術人員可根據實際牙齒模型所提供的分層信息選擇以上至少一種、或基於以上任一種或多種組合的啟示而拓展出的控制方式令處理單元302執行相應控制方案以實現牙齒結構的3d列印。

在一些實施方式中，按照上述任一種控制方式可得到用於構成所述牙齒部分的各圖案固化層的層厚均小於僅用於構成所述齒座部分的各圖案固化層的層厚。如圖6和7所示，所述處理單元302通過解析得到：包含牙齒和牙齦交匯區域的牙齒部分模型的各橫截層的層厚h1相同，不包含所述交匯區域的牙齦部分模型的各橫截層的層厚h2也相同，且h1＜h2，則按照各層厚逐層列印後得到：不包含所述交匯區域的牙齦部分中各圖案固化層層厚為h2，包含牙齒和牙齦交匯區域的牙齒部分中各圖案固化層層厚為h1。

需要說明的是，為確保曝光裝置能將每次填充在列印基準面與構件平面之間的光固化材料圖案化固化，所述控制裝置可根據層厚控制曝光裝置照射圖像。具體地，所述控制裝置根據層厚控制曝光裝置照射圖像的能量、灰度和時長中的至少一種。其中，控制裝置根據曝光裝置的類型預設層厚與照射圖像的能量或灰度之間的對應關係。例如，所述曝光裝置包含雷射發射器，則所述控制裝置根據層厚與能量的對應關係控制雷射發射器的輸出功率。又如，所述曝光裝置包含光源陣列和dmd晶片，則所述控制裝置根據層厚與灰度的對應關係控制光源陣列中照射圖像的各光源灰度。所述控制裝置中還可以預設有層厚與照射時長的對應關係、或者層厚與能量和照射時長的對應關係、層厚與灰度和照射時長的對應關係，並根據當前層的層厚對曝光裝置照射圖像進行控制。在此，所述對應關係包括但不限於：對照表式對應，或預先構建調整函數等。

為了向3d列印設備提供能夠高精度牙齒部分併兼具較高的列印速度的牙齒模型，請參閱圖8至11，本申請還提供三維物體數據的分層方法及分層設備。其中，圖8至10分別描述了本申請所提供的三維物體數據的分層方法的各流程圖示例。所述分層方法主要由分層設備來執行。所述分層設備可以是單臺用戶設備、或伺服器，其中，所述用戶設備包括但不限於：個人電腦、如pad等智能終端，所述用戶設備可位於牙科診所並直接獲取掃描設備所提供的患者口腔的掃描數據，並基於掃描數據構建相應的牙齒模型。所述伺服器包括但不限於：單臺伺服器、伺服器集群等。

請參閱圖11，所述分層設備包含存儲單元411和處理單元412。其中，所述存儲單元411包含非易失性存儲器和系統總線。其中，所述非易失性存儲器舉例為固態硬碟或u盤等。所述系統總線用於將非易失性存儲器與cpu連接在一起，其中，cpu可集成在存儲單元411中，或與存儲單元411分開封裝並通過系統總線與非易失性存儲器連接。所述處理單元412包含cpu或集成有cpu的晶片、可編程邏輯器件(fpga)、和多核處理器中的至少一種。所述處理單元412還包括內存、寄存器等用於臨時存儲數據的存儲器。所述分層設備還可以包含網絡接口單元414和接口單元413，所述網絡接口單元414可與3d列印設備進行數據通信，以將分層處理後的牙齒模型文件傳輸給3d列印設備。或者藉助接口單元413將分層處理後的牙齒模型文件轉存到外部存儲裝置(如u盤)，再通過所述外部存儲裝置轉存到3d列印設備中。

其中，所述存儲單元411用於保存牙齒模型以及用於對牙齒模型進行分層處理的程序。其中所述牙齒模型是基於醫生掃描患者口腔而得到的影像而確定的3d模型。所述牙齒模型包含牙齒部分模型和用於支撐所述牙齒部分模型的齒座部分模型。所述牙齒部分模型是根據掃描而得到的口腔內全部或部分牙齒而得的3d模型。例如，所述牙齒部分模型為包含牙冠、牙頸和牙根的整顆牙體的3d模型。又如，所述牙齒部分模型為僅包含牙冠和牙頸的3d模型。所述齒座部分模型可能是為防止整顆牙體的3d模型在列印期間變形而設置的支撐模型，例如，所述齒座部分模型為杆狀結構。所述齒座部分模型還可以是根據掃描口腔而得到的牙齦的3d模型，例如，該牙齦的3d模型按照所掃描的患者的牙齦包覆牙頸的影像而被設置在牙齒部分模型中牙頸模型的對應處，以作為3d列印時牙齒部分模型的齒座部分模型。所述程序經由所述處理單元412調取並執行，以實現對牙齒模型的分層處理，並將分層處理後的牙齒模型文件保存在所述存儲單元411中。

為了由3d列印設備通過逐層列印的方式得到對應的牙齒結構，所述處理單元412執行所述程序以得到構成所述牙齒模型的各橫截層。其中，每個橫截層中描繪了所述牙齒模型在相應分層處的分層圖像。在分層處理期間，所述處理單元412可以執行以下至少一種方案或基於以下至少一種方案的啟示而改進的分層處理方案，以使牙齒部分模型中至少一個橫截層的層厚小於齒座部分模型中至少一個橫截層的層厚，和/或設定所述牙齒部分模型與齒座部分模型及二者之間的交匯橫截層。

在一種具體示例中，如圖8所示，所述處理單元412執行步驟s210、s220。

在步驟s210中，基於所獲取的交匯橫截層標記指令在牙齒模型上標記交匯橫截層。

在步驟s220中，按照預設層厚將牙齒模型進行分層處理並標記交匯橫截層。

在此，所述分層標記指令可以是基於技術人員在牙齒模型界面上的操作而獲得的，所述分層標記指令中可包含牙齒模型中的操作位置信息，甚至還可以包含區分牙齒部分模型和齒座部分模型的模型類型，其中，所述操作位置信息可以是根據牙齒模型在預設三維坐標系中的坐標來描述的。所述處理單元412記錄該操作位置信息並將其作為交匯橫截層標記。例如，技術人員通過處理單元412所展示的牙齒模型確定該模型中牙齒與牙齦交匯區域中最接近牙齦的位置，並在此處劃橫截線或其他設置其他標記以產生分層標記指令，所述處理單元412將所述分層標記指令在牙齒模型上的標記作為交匯橫截層標記。

在對所述牙齒模型進行分層處理時，可採用固定層厚的方式對牙齒模型進行分層，所述處理單元412將帶有交匯橫截層標記的橫截層作為所述交匯橫截層，並將分層處理後的牙齒模型以及所標記的交匯橫截層保存在牙齒模型文件中。其中，所述固定層厚可以是默認值或由技術人員設置的層厚。

或者，以所標記的交匯橫截層為分界，按照牙齒部分模型的層厚，將所述牙齒部分模型進行分層處理，以及，按照齒座部分模型的層厚，將所述齒座部分模型進行分層處理。

在此，處理單元412可從所獲取的分層標記指令中得到牙齒模型中牙齒部分模型、齒座部分模型及交匯橫截層標記。或者，所述處理單元412可通過識別所擺放的牙齒模型的上表面和下表面中的特徵信息來確定牙齒模型中以所標記的交匯橫截層為分界而得到的牙齒部分模型和齒座部分模型。其中，所述特徵信息可以是牙齒特徵信息和支撐特徵信息。所述牙齒特徵信息包括但不限於：基於牙齒橫截圖像的特徵信息，如輪廓的拐角、拐角數量和梯度變化等，以及與牙齒相關的患者信息，如患者年齡、性別和牙齒類型等。所述支撐特徵信息包括但不限於：輪廓形狀和面積等。例如，所述處理單元412識別出牙齒模型的上表面包含支撐特徵信息，下表面不包含支撐特徵信息，則確定牙齒模型的上表面至交匯橫截層標記區間為齒座部分模型，交匯橫截層標記至下表面區間為牙齒部分模型。

在確定了牙齒部分模型和齒座部分模型後，所述處理單元412按照牙齒部分模型的層厚，將所述牙齒部分模型進行分層處理，以及，按照齒座部分模型的層厚，將所述齒座部分模型進行分層處理。其中，所述牙齒部分模型的層厚h1和齒座部分模型的層厚h2可以是固定值，且h1<h2。或者所述牙齒部分模型的層厚h1和齒座部分模型的層厚h2在逐個分層時進行適時調整，但整體而言，所述牙齒部分模型的各層厚普遍小於齒座部分模型的各層厚。

在另一具體示例中，如圖9所示，所述處理單元412可通過執行以下步驟對牙齒模型進行分層處理：

在步驟s310中，將牙齒模型進行一次分層處理，以得到橫截層及所述橫截層中的分層圖像。

在步驟s320中，識別分層圖像中的牙齒特徵信息和/或支撐特徵信息以確定所得到的橫截層屬於牙齒部分模型或齒座部分模型。

在步驟s330中，識別出橫截層是否屬於牙齒部分模型和齒座部分模型的交匯區域，若是則執行步驟s340，若否則執行重複步驟s310和s320。

在步驟s340中，根據識別結果將所述交匯區域中屬於牙齒部分模型的第一個橫截層標記交匯橫截層。

在步驟s350中，自所標記的交互橫截層開始，將牙齒模型的剩餘部分模型進行分層處理。

在此，所述處理單元412將位於牙齒模型進行一次橫截分層，所設置的層厚可以是預設初始值，如預設的劃分牙齒部分模型的層厚、或統一的固定值等。所述處理單元412根據牙齒特徵信息或支撐特徵信息將所得到的第一個橫截層的分層圖像進行識別處理，當識別結果為第一個分層圖像包含牙齒特徵信息時，確定所劃分的橫截層屬於牙齒部分模型；當識別結果為第一個分層圖像包含支撐特徵信息時，確定所劃分的橫截層屬於齒座部分模型。

當確定第一個橫截層屬於牙齒部分模型時，所述處理單元412可繼續按照統一的固定值進行第二次橫截分層，並識別第二次橫截層的分層圖像中是否僅包含支撐特徵信息，若否，則重複第二次橫截分層和識別的步驟以繼續分層處理；若是，則在前一層橫截層上標記交匯橫截層，繼續並完成牙齒結構剩餘部分(即除完整的牙齒部分模型之外的齒座部分模型)的橫截分層。

當確定第一橫截層屬於齒座部分模型時，所述處理單元412可繼續按照統一的固定值進行第二次橫截分層，並識別第二次橫截層的分層圖像中是否包含支撐特徵信息和牙齒特徵信息、或者識別第二次橫截層的分層圖像中是否僅包含牙齒特徵信息，若否，則重複第二次橫截分層和識別的步驟以繼續分層處理；若是，則在當前層橫截層上標記交匯橫截層，繼續並完成牙齒結構剩餘部分(即完整的牙齒部分模型)的橫截分層。

如圖10所示，下面仍示例性的說明所述處理單元412對牙齒模型的分層方式：

在步驟s410中，識別牙齒模型表面輪廓所形成的分層圖像中的牙齒特徵信息或支撐特徵信息，並基於所包含的相應特徵信息確定將牙齒部分模型或齒座部分模型進行分層處理。

在步驟s420中，按照所確定的其中一種部分模型的層厚進行分層。

在步驟s430中，識別牙齒模型經一次分層後所暴露的橫截層中分層圖像是否包含牙齒特徵信息和支撐特徵信息，若否，則重複步驟s420，反之執行步驟s440。

在步驟s440中，確定所暴露的橫截層屬於牙齒部分模型和齒座部分模型的交匯區域，將所述交匯區域中屬於牙齒部分模型的第一個橫截層標記為交匯橫截層。

在步驟s450中，自所述交匯橫截層開始或自所述交匯橫截層的下一橫截層開始，按照另一部分模型的層厚進行一次分層。重複步驟s450直至分層完畢。

在此，所述處理單元412按照沿z軸橫截分層的方式，將牙齒模型上表面或下表面投影到對應上平面或下平面，以得到相應的分層圖像，並識別所得到的分層圖像中是否包含牙齒特徵信息或支撐特徵信息，當確定包含牙齒特徵信息時，確定即將橫截分層的為牙齒部分模型，當確定包含支撐特徵信息時，確定即將橫截分層的為齒座部分模型。

當確定先橫截分層牙齒部分模型時，所述處理單元412按照預設的牙齒部分模型的橫截層厚進行逐層橫截分層，並識別橫截層的分層圖像中是否僅包含支撐特徵信息，若否，則重複橫截分層和識別的步驟以繼續進行分層處理；若是，則在前一層橫截層上標記交匯橫截層，繼續並完成牙齒結構剩餘部分的橫截分層。

當確定先橫截分層齒座部分模型時，所述處理單元412按照預設的齒座部分模型的橫截層厚進行逐層橫截分層，並識別每次橫截層的分層圖像中是否包含支撐特徵信息和牙齒特徵信息、或者識別分層圖像中是否僅包含牙齒特徵信息，若否，則重複橫截分層和識別的步驟以繼續分層處理；若是，則在當前層橫截層上標記交匯橫截層，繼續並完成牙齒結構剩餘部分的橫截分層。

需要說明的是，與其他3d構件的列印過程不同的是，通常牙齒和牙齦在列印期間採用先打牙齦再打牙齒的順序，以避免附加如杆狀支撐等專用支撐結構，以及通常單顆牙齒和支撐在列印期間採用先打支撐再打牙齒的順序，考慮到牙齒和牙齦均具有持續和連續性，即牙齒不可能零散的分布在支撐或牙齦上，因此，各分層圖像識別方式中可僅選擇一種特徵信息進行識別，以提高識別效率。實際上也可以同時識別兩種特徵信息，以提高分層處理程序的普適性。

還需要說明的是，由於齒座部分模型和牙齒部分模型均具有連續性，在確定了第一個橫截層所屬的部分模型後，為節省計算量，可根據預設的相應部分模型的長度，在分層若干橫截層後對後續橫截層的分層圖像進行特徵識別，以得到交匯橫截層。例如，在確定第一橫截層屬於牙齒部分模型後，根據患者年齡、牙齒類型等信息推定牙齒部分模型的長度，並在所分層的各橫截層層厚接近牙齒部分模型的長度時，開始識別橫截層分層圖像中的特徵信息，以標記交匯橫截層。

還需要說明的是，在確定了橫截層所屬部分模型時，所橫截的層厚可以是固定值，也可根據部分模型類型各自所對應的層厚進行分層，或者根據分層圖像或橫截層中的其他特徵適時的進行層厚調整，但就整體而言，所述牙齒部分模型的各層厚普遍小於齒座部分模型的各層厚。

為了便於3d列印設備按照分層時的層厚調整固化層層厚，所述處理單元412可通過執行步驟s230來標記各橫截層層厚(未予圖示)，由此可在某些情況下替代標記交匯橫截層，或者補充各橫截層的層厚信息。

在步驟s230中，為所述牙齒模型設置至少一個橫截層層厚標記。其中，所述橫截層層厚標記中可包含各橫截層的層標記(如層編號、橫截層所在z軸坐標等)，也可包含相應橫截層的層厚值。若各層厚均相同，則所述處理單元412可記錄一個橫截層層厚和所有層標記。若各層厚是按照牙齒部分模型和齒座部分模型而設定的不同層厚值，則所述處理單元412可按照模型類型分別記錄橫截層層厚和所有層標記。

本申請雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本申請，任何本領域技術人員在不脫離本申請的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本申請技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本申請技術方案的內容，依據本申請的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本申請技術方案的保護範圍。