CN107150437A - 一种彩色3d物体的变频打印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种彩色3D物体的变频打印方法，通过逐层打印的方式制成彩色3D物体，包括如下步骤：a.基于目标物体的层结构数据使用成型材料打印，形成层结构成果，其中，成型材料通过变频喷射的方式喷出；b.步骤a之后或者同时，基于层色彩数据使用彩色墨水在层结构成果表面打印，形成层打印成果；c.重复步骤a和步骤b形成多个层打印成果，且多个层打印成果叠加形成彩色3D物体。本发明还提供用于执行所述变频打印方法的变频打印系统，包括处理终端、驱动控制器以及打印头。本发明提供的彩色3D物体的变频打印方法以及打印系统，节省了成型材料的用量，降低了彩色3D物体的制作成本。

Description

一种彩色3D物体的变频打印方法及系统

技术领域

本发明属于3D物体快速成型领域，尤其涉及采用喷墨打印头进行逐层叠加式制造3D物体的技术，特别是一种彩色3D物体的变频打印方法及系统。

背景技术

快速成型技术又称快速原型制造技术或加式制造技术，其基本原理都是基于3D模型切片后逐层加工堆积起来制作3D物体。

目前，采用快速成型技术制作3D物体具体有熔融沉积技术(简称：FDM技术)、立体光刻技术(简称：SLA技术)、选择性激光烧结技术(简称：SLS技术)、叠层成型技术(简称：LOM技术)或三维喷墨打印技术(简称：3DP技术)等。其中，采用3DP技术制作3D物体是近年来关注研究的热点之一，尤其在如何使用3DP技术制作出全彩色3D物体方面。

现有的使用3DP技术制作彩色3D物体的报道，如专利名称为“用于3D打印的多彩色墨水、3D打印机和控制3D打印的方法”的美国专利US20150094394A1,采用红(M)、黄(Y)、蓝(C)、黑(BK)四色光固化树脂墨水作为3D物体的成型材料，且该四色墨水分别装于不同的喷墨打印头中，根据3D模型的数据信息通过驱动控制器控制打印头进行逐层喷墨打印，由于采用的是光固化树脂材料，打印头喷出的每一滴墨经光固化后具有一定的体积，大量固化的墨滴逐层堆积形成3D物体。喷墨打印头在进行喷墨打印的原则是每个像素点对应一个墨滴，例如打印红色区域时每个像素点对应喷射一个红色墨滴，当打印绿色区域时每个像素点需要喷射一个黄色墨滴和一个蓝色墨滴，由于绿色区域中一个像素点对应了两个墨滴而红色区域中一个像素点对应了一个墨滴，此时造成3D物体的表面不平整，最终影响3D物体的 尺寸精度。因此，采用该专利技术只能打印出有限几种颜色的彩色物体，而不能实现全彩色。

另有资料报道采用红(M)、黄(Y)、蓝(C)三色光固化树脂和白色(W)光固化树脂作为成型材料结合使用能打印出全彩色的3D物体。但是，使用该方法制作彩色3D物体时必须保证不同材料之间的物理性能基本一致，如：粘度、收缩率、表面张力等，尤其是对收缩率的要求严格，若各材料之间的收缩率不一致，在进行光固化之后墨滴的体积大小不一，此时造成3D物体的表面不平整，最终影响3D物体的尺寸精度。而且，采用该方法制作彩色3D物体，成型材料的制作成本相对较高。

发明内容

针对现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种彩色3D物体的变频打印方法，通过逐层打印的方式制成所述彩色3D物体，其特征在于，包括如下步骤：

a.基于目标物体的层结构数据使用成型材料打印，形成层结构成果，其中，所述成型材料通过变频喷射的方式喷出；

b.所述步骤a之后或者同时，基于层色彩数据使用彩色墨水在所述层结构成果表面打印，形成层打印成果；

c.重复所述步骤a和步骤b形成多个层打印成果，且多个所述层打印成果叠加形成彩色3D物体。

优选地，在所述步骤a中，所述变频喷射的方式为间隔喷射或者全喷射和间隔喷射交替进行，且在所述步骤b中，在未喷射所述成型材料的位置使用彩色墨水进行打印。

优选地，在所述变频喷射的过程中，当执行全喷射时，喷孔的数量为偶数。

优选地，所述层结构成果为网格状结构。

优选地，在所述步骤a之前包括如下步骤：

a1.将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和色彩信 息获取每层对应的成型数据，所述成型数据包括所述层结构数据和层色彩数据。

优选地，在重复所述步骤a和步骤b过程中，还执行如下步骤：

c1.基于所述层结构数据使用支撑材料进行打印形成层支撑成果，所述支撑成果为相邻两个层打印成果提供支撑。

优选地，在所述步骤c中，当所述步骤b在步骤a之后执行时，相邻两次重复所述步骤a的打印方向相同；或者

当所述步骤b与步骤a同时执行时，相邻两次重复所述步骤a的打印方向相反。

优选地，所述成型材料为白色材料、透明材料或浅色材料中的任一种。

一种彩色3D物体的变频打印系统，用于执行前述任一项所述的变频打印方法，其特征在于，包括：

处理终端，其用于将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和色彩信息获取每层对应的成型数据；

驱动控制器，其基于所述成型数据控制所述打印头执行打印动作；

打印头，其用于喷射打印材料，所述打印头包括至少一条成型材料通道、彩色墨水通道和喷孔。

优选地，所述成型材料通道和彩色墨水通道的设置方式为如下的一种：

所述打印头设置有一条所述成型材料通道，且位于所述彩色墨水通道的一侧；

所述打印头设置有两条所述成型材料通道，两条所述成型材料通道沿打印方向分别位于所述彩色墨水通道的两侧。

优选地，所述打印头设置有一条所述成型材料通道，且所述成型材料通道沿所述打印头的打印方向位于彩色墨水通道之前。

优选地，所述彩色墨水通道为如下的一种：

由红色墨水通道、黄色墨水通道和蓝色墨水通道组成；

由红色墨水通道、黄色墨水通道、蓝色墨水通道和黑色墨水通道组成。

优选地，所述打印头还设置有至少一条支撑材料通道。

优选地，沿打印方向在所述打印头两侧分别设置LED灯。

优选地，还包括升降台，其用于放置所述彩色3D物体。

本发明通过变频喷射的方式使用成型材料进行打印形成层结构成果，这样得到的层结构成果在微观上呈现网格状，节省了成型材料的用量，降低了彩色3D物体的制作成本。同时，在未喷射成型材料的位置使用彩色墨水进行打印，一方面使喷射出的彩色墨水液滴定位更加精确，另一方面由于成型材料的阻隔作用，不容易出现渗色的现象。使用本发明提供的打印方法制作彩色3D物体能够降低成本，并且制成的彩色3D物体具有色域宽广、颜色逼真的特点，同时不同颜色间的过渡自然。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本发明的第一具体实施方式的，一种彩色3D物体的制作方法的流程图；

图2示出了本发明的一个具体实施例的，用于实现成型材料打印的成型材料通道的喷孔分布图；

图3示出了本发明的一个具体实施例的，用于实现成型材料打印的成型材料通道的喷孔分布图；

图4示出了本发明的第一实施例的，包括分层和获取成型材料步骤的所述彩色3D物体的制作方法的流程图；

图5示出了本发明的第二具体实施方式的，一种设置有一个成型材料通道的彩色3D物体的制作系统的示意图；

图6示出了本发明的第二实施例的，设置有两个成型材料通道的所述彩色3D物体的制作系统的示意图；

图7示出了本发明的一个实施例的，设置有两个成型材料容器的所述彩色3D物体的制作系统的示意图；

图8示出了本发明的一个实施例的，彩色墨水通道和成型材料通道排布的示意图；以及

图9示出了本发明的一个实施例的，相邻两个层打印成果以及层支撑成果的示意图。

具体实施方式

图1示出了一种彩色3D物体的变频打印方法，通过逐层打印的方式制成所述彩色3D物体，包括如下步骤：

首先执行步骤S101，基于目标物体的层结构数据使用成型材料打印，形成层结构成果，具体地，所述层结构数据由N个结构像素点数据组成，打印头根据N个所述结构像素点数据在每个结构像素点对应的位置喷射成型材料，最终形成层结构成果。更为具体地，N个所述结构像素点数据实际上就是N个结构像素点对应的空间坐标值，驱动控制器根据每个结构像素点对应的空间坐标值控制所述打印头的移动轨迹，在每个空间坐标值对应的位置使用成型材料进行打印。本领域技术人员理解，所述层结构成果构成彩色3D物体的实体结构部分，起作用是形成所述彩色3D物体的外形轮廓，因此所述成型材料选择单一材料即可，例如是白色或者浅色材料或者透明材料等，选用单一材料的优点在于，可以避免不同材料间由于收缩率的差异导致的尺寸不稳定，同时采用单一固化条件即可，固化速度可以控制。

进一步地，在所述步骤S101中，所述成型材料通过变频喷射的方式喷出。具体地，所述变频喷射是相对于现有技术中的全喷射的方式定义的，所述全喷射的方式是指所述打印头的成型材料通道上的全部喷孔在喷射成型材料时全部工作，相应地，所述变频喷射是指所述打印头的成型材料通道上的全部喷孔在喷射成型材料时并非全部工作，而是只有部分喷孔喷射成型材料。更为具体地，在进行变频喷射时，工作喷孔数量占所述全部喷孔的比例可以是1/4、1/3、1/2、3/4 或者其他比例，所述工作喷孔可以均匀间隔分布，也可以随机分布，这些均可以实现本步骤的目的。优选地，成型材料通道上的喷孔数量全喷时为偶数，这样，在所述变频喷射的过程中，更有利于均匀分布工作喷孔的位置，以至于在使用彩色墨水进行打印时定位更加精确。更为优选地，相邻两个喷孔中心间距可以与成型材料液滴的大小相匹配，例如，相邻两个喷孔中心间距为1/360dpi即0.07mm，这样，通过变频喷射的方式使用成型材料打印形成的所述层结构成果从微观上看为网格状结构，这样可以节约成型材料的用量，降低打印成本。

在一个具体的实施例中，如图2所示，用于实现成型材料打印的成型材料通道的喷孔分布图，图中所述变频喷射的方式为间隔喷射，具体地，图2示出了两种喷孔的分布方式，其中黑色的喷孔表示在变频喷射过程中的工作喷孔，白色的喷孔表示在变频喷射过程中的非工作喷孔。更为具体地，图2示出的所述工作喷孔的分布方式为均匀间隔分布以及非均匀间隔分布的情形，本领域技术人员也可以在此基础上做出更多的变化，在此不予赘述。

在另一个具体的实施例中，如图3所示，用于实现成型材料打印的成型材料通道的喷孔分布图，图中所述变频喷射的方式为全喷射和间隔喷射交替进行，具体地，图3示出了两种喷孔的分布方式，其中黑色的喷孔表示在变频喷射过程中的工作喷孔，白色的喷孔表示在变频喷射过程中的非工作喷孔。更为具体地，图3示出的所述工作喷孔的分布方式包括均匀间隔分布以及非均匀间隔分布的情形，本领域技术人员也可以在此基础上做出更多的变化，均可以实现本发明的目的。

进一步地，在所述步骤S101的基础上，后续的步骤分为两个主线进程进行，两个主线进程区别主要在于后续的彩色印刷步骤是否与所述步骤S101同步进行。如图1所示，第一个主线进程为，步骤S1012与所述步骤S101是同时进行，即在执行步骤S101的同时，执行步骤S1012，基于层色彩数据使用彩色墨水在所述层结构成果表面打印，形成层打印成果。具体地，所述层色彩数据是由M个色彩像素点组成， 打印头根据M个所述色彩像素点数据在每个色彩像素点对应的位置喷射彩色墨水，最终形成层打印成果。更为具体地，所述彩色墨水是喷射在所述层结构成果上的，因此M个所述色彩像素点数据与N个所述结构像素点数据是相关联的，所述色彩像素点数据不仅包括每个色彩像素点对应的空间坐标值，还包括每个色彩像素点对应的色彩值，所述色彩值是可以基于CMY色彩模式的色彩数据，也可以是基于CMYK色彩模式的色彩数据，还可以是基于其他色彩模式的色彩数据，其定义方式基于2D打印的技术。

进一步地，在所述步骤S1012中，在未喷射成型材料的位置使用彩色墨水进行打印，结合图2和图3，即在成型材料通道的非工作喷孔的位置喷射彩色墨水液滴。具体地，本领域技术人员理解，在执行步骤S101中，成型材料液滴固化后的结构点形成网格状的所述层结构成果，在执行步骤S1012后，网格状的所述层结构成果的网孔中为彩色墨水液滴固化后的彩色结构点，这样，喷射出的彩色墨水液滴定位更加精确，同时由于成型材料的阻隔作用，不容易出现渗色的现象。

进一步地，所述步骤S1012与所述步骤S101同时进行的方式为，打印头根据所述结构像素点数据在该结构像素点对应的位置喷射成型材料后，形成结构点及对应的网孔，继而根据色彩像素点数据在形成的该结构点对应的网孔上喷射彩色墨水，形成一个彩色结构点，本领域技术人员理解，该色彩像素点数据与该结构像素点数据是相关联的，即该色彩像素点的空间坐标值与该结构像素点的空间坐标值是关联的。

进一步地，执行步骤S1013，重复所述S1012与所述步骤S101形成多个层打印成果。本领域技术人员理解，由于所述S1012与所述步骤S101是同步进行的，即所述层结构成果的形成过程和使用彩色墨水的打印过程是同步的，因此打印头在一个打印进程即可形成一个层打印成果。在此基础上，打印头继续下一个打印进程时，再形成下一个层打印成果，如此循环形成多个所述层打印成果。

如图1所示，第二个主线进程为，步骤S1022是在所述步骤S101 之后进行，即先执行步骤S101形成层结构成果，继而再执行步骤S1022，基于层色彩数据使用彩色墨水在所述层结构成果表面打印，形成层打印成果。本领域技术人员理解，所述步骤S1022的打印原理与所述步骤S1012是类似的，不同之处在于，所述步骤S1022与所述步骤S101配合实现的方式不同。具体地，打印头在前一个打印进程中首先形成一个层结构成果(通过执行步骤S101实现)，在后一个打印进程使用彩色墨水在该层结构成果上进行打印形成层打印成果，因此第二主线进程中，需要两个打印进程才形成一个层打印成果，而第一主线进程则只需要一个打印进程即形成一个层打印成果。本领域技术人员理解，选择哪个主线进程进行打印，其取决于成型材料的固化速度以及彩色3D物体色彩的复杂程度，固化速度越快，色彩越简单，则优选采用第一主线进程，反之，则优选采用第二主线进程。

进一步地，执行步骤S1023，重复所述S1022与所述步骤S101形成多个层打印成果。本领域技术人员理解，在第二主线进程中，所述步骤S101和步骤S1022是前后交替进行的，因此步骤S1023与步骤S1013的区别在于，以同样数量的层结构成果为基准，步骤S1023需要重复的打印进程的次数是步骤S1013需要重复的打印进程的次数的两倍，其原因在于，在第二主线进程中，两个打印进程才能形成一个层打印成果，在成型材料固化速度慢，并且彩色3D物体色彩比较复杂的情形下，则通常选用第二个主线进程的打印方式。

进一步地，在前述多个步骤的基础上，执行步骤S104，将多个所述层打印成果叠加形成彩色3D物体。本领域技术人员理解，本步骤是成型步骤，所述目标物体被分为很多层，通过前述所有步骤进行逐层打印并叠加，最终形成所述彩色3D物体。更为具体地，步骤S104所述的叠加，并非是一个最后才执行的步骤，而是伴随着前述步骤而执行的，即通过所述步骤S101至步骤S1013或者通过步骤S101至步骤S1023完成一个层打印成果即叠加一层，这种叠加的过程是一个累积型的过程，其叠加的方向既包括沿每一层的延伸方向叠加，也包括沿所述目标物体的分层方向的叠加，全部叠加完成后最终形成彩色3D物体。

作为本发明的第一实施例，图4示出了包括分层和获取成型材料步骤的所述彩色3D物体的制作方法的流程图，具体包括如下步骤：

首先执行步骤S201，将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和色彩信息获取每层对应的成型数据，所述成型数据包括所述层结构数据和层色彩数据。本领域技术人员理解，本步骤的目的在于将所述目标物体转换为数据形式，其中目标物体可以通过扫描的方式获取结构信息和色彩信息，接着将所述结构信息和色彩信息转换成能被处理终端的分层切片软件识别的数据格式，如STL格式、PLY格式、WRL格式等。具体地，所述结构信息和色彩信息是以层为单位的，即所述目标物体被扫描后通过分层软件进行切片分层，然后对每个切片层进行解析得到每层的结构信息和色彩信息，再将每层的结构信息和色彩信息转化为层结构数据和层色彩数据。

作为一种变化，还可以通过绘图软件将目标物体直接绘制出来，常用的绘图软件如：CAD、Proe、Solidwork、UG、3D Max等，本领域技术人员理解，通过绘图软件绘制出的是所述目标物体的基本结构模型，在此基础上还需对绘制出的基本结构进行配色，常用配色方式有多种，例如，直接对绘制好的基本结构模型进行配色后转换成PLY格式；又例如，将绘图软件绘制好的基本结构模型转换成STL格式后再进行配色；本领域技术人员可以在现有技术的基础上做不同的变化，在此不予赘述。

进一步地，执行步骤S202，基于目标物体的层结构数据使用成型材料打印，形成层结构成果，所述步骤S202与步骤S101的实现方式是相同的，在此不予赘述。

进一步地，在步骤S201和步骤S202的基础，后续的步骤分为两个主线进程进行，两个主线进程区别主要在于后续的彩色印刷步骤是否与所述步骤S202同步进行。具体地，图4中示出的后续步骤S2013的实现方式与所述步骤S1012是相同的，步骤S2023的实现方式与所述步骤S1022是相同的，在此不予赘述。

进一步地，图4示出的实施例与图1示出的具体实施方式的不同 之处在于步骤S2014以及步骤S2024。具体地，结合图1示出的具体实施方式中的描述，所述步骤S2014是第一主线进程的步骤之一，所述步骤S2014区别于所述步骤S1013之处在于：在重复所述S2013与所述步骤S202形成多个层打印成果的过程中，相邻两次重复所述步骤S202的打印方向相反。本领域技术人员理解，由于所述步骤S2013与所述步骤S202是同步进行的，即所述层结构成果的形成过程和使用彩色墨水的打印过程是同步的，因此打印头在一个打印进程即可形成一个层打印成果，在此基础上，当打印头开始下一个打印进程时，在现有技术中，打印头首先需要反向复位，再继续同步执行所述步骤S202和S2013，这样，前后两个打印进程中，步骤S202的打印方向是相同的(实际上步骤S2013的打印方向也是相同的)。而在本发明中，前一个打印进程结束后，省略了反向复位步骤，同时后一个打印进程是相对于前一个打印进程反向进行的，这样，前后两个打印进程中，步骤S202的打印方向是相反的(实际上步骤S2013的打印方向也是相反的)，相比于现有技术，本发明省略了反向复位步骤，从而大大提高了成型效率。

进一步地，所述步骤S2024是第二主线进程的步骤之一，所述步骤S2024区别于所述步骤S1023之处在于：重复所述S2023与所述步骤S202形成多个层打印成果的过程中，相邻两次重复所述步骤S202的打印方向相同。本领域技术人员理解，与第一主线进程类似，在第二主线进程中开始后一个打印进程时，同样省略反向复位步骤，具体地，在第二主线进程中，所述步骤S202和步骤S2023是前后交替进行的，在执行步骤S2024的过程中，即重复执行步骤S202和步骤S2023的过程中，在省略反向复位步骤后，步骤S202和步骤S2023的打印方向实际上是相反的，相应的，相邻两次步骤S202的打印方向则是相同的。同样的，在成型材料固化速度慢，并且彩色3D物体色彩比较复杂的情形下，通过第二个主线进程的打印方式，同样可以提高成型效率。

进一步地，在执行步骤S2014或者步骤S2024的过程中，还执行 步骤S205，基于所述层结构数据使用支撑材料进行打印形成层支撑成果，所述支撑成果为相邻两个层打印成果提供支撑。本领域技术人员理解，在本发明中，相邻两个层打印成果的结构形状如果不同，可能会存在后一层在部分位置架空前一层的现象，此时需要在打印前一层还需额外打印支撑层，以为后一层提供支撑防止塌陷现象。图9示出了相邻两个层打印成果P1、P2与支撑层P的位置关系，以更加形象的表示步骤S205的目的。具体地，步骤S205的打印原理与步骤S101的打印原理是类似的，使用所述支撑材料进行打印时，每个支撑像素点对应的空间位置坐标值也是基于所述层结构数据得出。更为具体地，在所述步骤S201获取层结构数据时，会根据相邻两层的基本结构构建众多支撑像素点，并为每个支撑像素点设置空间坐标值，将众多支撑像素点对应的众多空间坐标值作为层结构数据的一部分。

本领域技术人员理解，所述成型材料用于制作所述彩色3D物体的结构部分，然后通过彩色墨水在所述成型材料形成结构部分上色完成制作，因此选择成型材料颜色的基本原则是成型材料的颜色不会影响彩色墨水在其表面上的显色，相应地，所述成型材料可以为白色材料、透明材料或浅色材料中的任一种。

图5示出了本发明的第二具体实施方式的，一种设置有一个成型材料通道的彩色3D物体的制作系统，其用于执行前述第一具体实施方式以及实施例描述的制作方法，主要包括：处理终端2，其用于将所述目标物体1进行分层，并基于每层的结构信息和色彩信息获取每层对应的成型数据。驱动控制器3，其基于所述成型数据控制所述打印头5执行打印动作。

进一步地，所述处理终端2和所述驱动控制器3功能的实现可以是硬件、由处理器执行的软件或者二者的组合。具体地，如果通过软件模块实现，可将预先的程序烧录到所述处理器中，或者将软件安装到预置的系统中；如果通过硬件实现，则可利用现场可编程门阵列(FPGA)将对应的功能固定化实现。

进一步地，所述软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储 器、EPROM存储器、硬盘、或本领域已知的任何其他形式的存储介质。通过将所述存储介质耦接至处理器，从而使所述处理器能够从所述存储介质中读取信息，并且可以向所述存储介质写入信息。作为一种变化，所述存储介质可以是处理器的组成部分，或者所述处理器和所述存储介质均位于专用集成电路(ASIC)上。

进一步地，所述硬件可以是能够实现具体功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件或以上这些硬件的组合。作为一种变化，还可以通过计算设备的组合实现，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与DSP通信结合的一个或者多个微处理器的组合等。

进一步地，以下结合图5中示出的目标物体1、支撑材料容器4e、彩色墨水容器4b，4c，4d、成型材料容器4a、打印头5、LED灯6和6′、导轨7以及升降台8等，详细描述所述彩色3D物体制作过程。具体地，所述处理终端2通过步骤S201的方式获取所述目标物体1的成型数据，所述成型数据包括层结构数据和层色彩数据。所述处理终端2将所述成型数据发送到所述驱动控制器3，所述驱动控制器3根据图1以及图4中示出的相关打印步骤完成打印，具体的实现方式请参见前述图1以及图4对应步骤的描述。

进一步地，驱动控制器3控制成型材料通道实现变频打印的方式为：所述成型材料通道的每个喷孔对应一个液体腔室、供墨腔室、压电元件(包括上电极、下电极、压电体，上电极由电片构成，电片与各自的开关电路连接，驱动控制器3通过开关电路控制电片的通断)和振动板，驱动控制器3根据接收的层结构数据，通过开关电路控制电片的通断，从而控制喷孔是否喷墨。具体地，当施加一个驱动电压给电片时，电片和下电极之间产生电势差，压电元件发生变形，产生瞬间的应力作用于振动板，振动板产生一定的位移，液体从供墨腔室流入液体腔室，接着移除驱动电压，电片与下电极之间的电势差为零，压电元件恢复原形，液滴从喷嘴喷出，完成一次喷射。

进一步地，所述驱动控制器3通过控制打印头5完成相应的打印动作，如图5所示，所述打印头5包括支撑材料通道5e、成型材料通道5a，彩色墨水通道5b，5c，5d，所述支撑材料通道5e通过连接管连接所述支撑材料容器4e，所述成型材料通道5a通过连接管连接所述成型材料容器4a，所述彩色墨水通道5b，5c，5d通过连接管连接所述彩色墨水容器4b，4c，4d，所述支撑材料、成型材料、彩色墨水从所述支撑材料容器4e、彩色墨水容器4b，4c，4d、成型材料容器4a导入到打印头5，并通过喷孔喷出。具体地，所述彩色墨水容器4b，4c，4d分为红色墨水容器、黄色墨水容器以及蓝色墨水容器，相应地，所述彩色墨水通道5b，5c，5d分为红色墨水通道、黄色墨水通道以及蓝色墨水通道。根据色彩管理理论，使用三原色红(M)、黄(Y)、蓝(C)按照不同的混合比例混合能够实现全彩色，作为一种变化，也可以使用红(M)、黄(Y)、蓝(C)以及黑(BK)来实现全彩色，本发明中打印头5彩色墨水通道具体设置为三通道M、Y和C还是四通道M、Y、C和BK不受限制。

进一步地，在本具体实施方式中，所述驱动控制器3根据图1以及图4中第二主线进程完成打印，具体地，结合图1进行说明：打印头5在驱动控制器3的控制下，在导轨7上沿X方向前进，在前进的过程中，成型材料通道5a喷射成型材料，同时，驱动控制器3基于层结构数据在需要支撑材料的位置控制打印头5通过支撑材料通道5e喷射支撑材料，并通过设置在打印头5一侧的LED灯6′照射固化，这样一个打印进程完毕后即实现了步骤S101。之后，在下一个打印进程中，打印头5在驱动控制器3的控制下，在导轨7上沿-X方向前进，在前进的过程中，彩色墨水通道5b，5c，5d喷射彩色墨水，并通过设置在打印头5另一侧的LED灯6照射固化，这样一个打印进程完毕后即实现了步骤S1022。之后，打印头5沿Y方向移动一个步进，再重复上述前后两个打印进程，如此往复最终完成一层的打印。

进一步地，按照上述方式完成一层的打印后，驱动控制器3控制升降台8沿-Z方向下降一定高度后，再按照同样的方式完成下一层的 打印，优选地，所述升降台8按照分层厚度逐步下降，通过伺服电机和丝杆完成下降动作，作为一种变化，所述升降台8的下降幅度也可以大于分层厚度，这同样可以实现本发明的目的。

作为本发明的第二实施例，图6示出了设置有两个成型材料通道的所述彩色3D物体的制作系统，从图6中可以看出，图6区别图5之处在于，图6中的打印头5具有两个成型材料通道5a，5f，且分别位于彩色墨水通道两侧，以下结合图6中示出的目标物体1、支撑材料容器4e、彩色墨水容器4b，4c，4d、成型材料容器4a、打印头5、LED灯6和6′、导轨7以及升降台8等，详细描述所述彩色3D物体制作过程。具体地，所述处理终端2通过步骤S201的方式获取所述目标物体1的成型数据，所述成型数据包括层结构数据和层色彩数据。所述处理终端2将所述成型数据发送到所述驱动控制器3，所述驱动控制器3根据图1以及图4中第一主线进程完成打印。

进一步地，打印头5在驱动控制器3的控制下，在导轨7上沿X方向前进，在前进的过程中，成型材料通道5a喷射成型材料，并且彩色墨水通道5b，5c，5d喷射彩色墨水，再通过设置在打印头5一侧的LED灯6′照射固化，这样即实现步骤S101和步骤S1012的同步进行，同时，驱动控制器3基于层结构数据在需要支撑材料的位置控制打印头5通过支撑材料通道5e喷射支撑材料，并通过设置在打印头5一侧的LED灯6′照射固化。接下来，沿X方向完成一个打印进程后，打印头5沿Y方向移动一个步进，然后再沿-X方向开始下一个打印进程，此时成型材料通道5f喷射成型材料，并且彩色墨水通道5b，5c，5d喷射彩色墨水，同时，驱动控制器3基于层结构数据在需要支撑材料的位置控制打印头5通过支撑材料通道5e喷射支撑材料，并通过设置在打印头5另一侧的LED灯6照射固化，进而完成下一个打印进程。

进一步地，按照上述两个进程的方式往复运行完成一层的打印，在此基础上，驱动控制器3控制升降台8沿-Z方向下降一定高度后，再按照同样的方式完成下一层的打印，优选地，所述升降台8按照分 层厚度逐步下降，通过伺服电机和丝杆完成下降动作，作为一种变化，所述升降台8的下降幅度也可以大于分层厚度，这同样可以实现本发明的目的。

基于以上描述可以看出，本实施例通过设置两个成型材料通道5a、5f并且分置于彩色墨水通道的两侧，在打印过程中，当打印头沿X轴方向运动时，通过成型材料通道5a喷射成型材料，当打印头沿-X轴方向运动时，通过成型材料通道5f喷射成型材料，实现了喷射成型材料步骤与喷射彩色墨水同步进行，并且在打印头沿+X轴方向和-X轴方向往复运动的整个过程中，一直在执行打印动作，相比于第二具体实施方式，本实施例涉及的制作系统可以更好的提高3D物体的成型效率，能够更好的实现本发明的目的。

进一步地，如图6所示，成型材料从成型材料容器4a经由所述成型材料通道5a、5f喷出。作为一种变化，如图7设置有两个成型材料容器的所述彩色3D物体制作系统示意图所示，图中设置有成型材料容器4f，所述成型材料通道5a连接成型材料容器4a，所述成型材料通道5f连接成型材料容器4f，这样所述成型材料通道5a、5f可以喷射不同成型材料，在另一些变化例中，所述彩色3D物体制作系统还可以设置两条以上的成型材料，以及对应设置两个以上的成型材料容器，这样可以提高成型材料的喷射效率，也可以进一步提高3D物体的成型效率，在此不予赘述。

进一步地，图8示出了彩色墨水通道和成型材料通道排布的示意图，本领域技术人员理解，图8示出的彩色墨水通道和成型材料通道排布示意图分为两种，一种是成型材料通道位于彩色墨水通道的一侧，其用于实现图1或者图4示出的第二主线进程，另一种是两个成型材料通道分别位于彩色墨水通道的两侧，其用于实现图1或者图4示出的第一主线进程。具体地，图8-1至8-3设置有一个成型材料通道B和一个支撑材料通道S，所述彩色墨水通道包括M通道(红色墨水通道)、Y通道(黄色墨水通道)以及C通道(蓝色墨水通道)， 所述支撑材料通道S可以位于彩色墨水通道的M通道、Y通道、C通道之间，也可以位于所述彩色墨水通道的一侧，而所述成型材料通道B则位于所述彩色墨水的一侧，并不能位于在彩色墨水通道的M通道、Y通道、C通道之间。

进一步地，图8-4至8-6设置有两个成型材料通道B，B′和一个支撑材料通道S，所述彩色墨水通道包括M通道(红色墨水通道)、Y通道(黄色墨水通道)以及C通道(蓝色墨水通道)，所述支撑材料通道S可以位于彩色墨水通道的M通道、Y通道、C通道之间，也可以位于所述彩色墨水通道的一侧，而所述成型材料通道B，B′则分别位于所述彩色墨水通道的两侧，并不能位于在彩色墨水通道的M通道、Y通道、C通道之间。

更进一步地，本领域技术人员理解，所述成型材料通道不能位于所述彩色墨水通道的M通道、Y通道、C通道之间，其原因在于无论使用彩色墨水印刷的步骤与喷射成型材料的步骤始终是有先后顺序的，即使使用彩色墨水印刷的步骤与喷射成型材料的步骤是同步进行，也需要先形成一个结构点，然后再对结构点进行上色处理，即此时的先后顺序是以每个结构点的形成为单位的。相应地，所述支撑材料形成的支撑成果则不需要上色，因此支撑材料通道S可以位于彩色墨水通道的M通道、Y通道、C通道之间。本领域技术人员理解，图8中共示出了8种分布图，但并非包括排布示意图的所有变化例，本领域技术人员可以在此基础上做出更多的变化。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (15)

1.一种彩色3D物体的变频打印方法，通过逐层打印的方式制成所述彩色3D物体，其特征在于，包括如下步骤：

a.基于目标物体的层结构数据使用成型材料打印，形成层结构成果，其中，所述成型材料通过变频喷射的方式喷出；

b.所述步骤a之后或者同时，基于层色彩数据使用彩色墨水在所述层结构成果表面打印，形成层打印成果；

c.重复所述步骤a和步骤b形成多个层打印成果，且多个所述层打印成果叠加形成彩色3D物体。

2.根据权利要求1所述的变频打印方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述变频喷射的方式为间隔喷射或者全喷射和间隔喷射交替进行，且在所述步骤b中，在未喷射所述成型材料的位置使用彩色墨水进行打印。

3.根据权利要求2所述的变频打印方法，其特征在于，在所述变频喷射的过程中，当执行全喷射时，喷孔的数量为偶数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的变频打印方法，其特征在于，所述层结构成果为网格状结构。

5.根据权利要求4所述的变频打印方法，其特征在于，在所述步骤a之前包括如下步骤：

a1.将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和色彩信息获取每层对应的成型数据，所述成型数据包括所述层结构数据和层色彩数据。

6.根据权利要求5所述的变频打印方法，其特征在于，在重复所述步骤a和步骤b过程中，还执行如下步骤：

c1.基于所述层结构数据使用支撑材料进行打印形成层支撑成果，所述支撑成果为相邻两个层打印成果提供支撑。

7.根据权利要求1-3或5或6中任一项所述的变频打印方法，其特征在于，在所述步骤c中，当所述步骤b在步骤a之后执行时，相邻两次重复所述步骤a的打印方向相同；或者

当所述步骤b与步骤a同时执行时，相邻两次重复所述步骤a的打印方向相反。

8.根据权利要求7所述的变频打印方法，其特征在于，所述成型材料为白色材料、透明材料或浅色材料中的任一种。

9.一种彩色3D物体的变频打印系统，用于执行权利要求1至8中任一项所述的变频打印方法，其特征在于，包括：

处理终端，其用于将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和色彩信息获取每层对应的成型数据；

驱动控制器，其基于所述成型数据控制所述打印头执行打印动作；

打印头，其用于喷射打印材料，所述打印头包括至少一条成型材料通道、彩色墨水通道和喷孔。

10.根据权利要求9所述的变频打印系统，其特征在于，所述成型材料通道和彩色墨水通道的设置方式为如下的一种：

-所述打印头设置有一条所述成型材料通道，且位于所述彩色墨水通道的一侧；

-所述打印头设置有两条所述成型材料通道，两条所述成型材料通道沿打印方向分别位于所述彩色墨水通道的两侧。

11.根据权利要求10所述的变频打印系统，其特征在于，所述打印头设置有一条所述成型材料通道，且所述成型材料通道沿所述打印头的打印方向位于彩色墨水通道之前。

12.根据权利要求11所述的变频打印系统，其特征在于，所述彩色墨水通道为如下的一种：

-由红色墨水通道、黄色墨水通道和蓝色墨水通道组成；

-由红色墨水通道、黄色墨水通道、蓝色墨水通道和黑色墨水通道组成。

13.根据权利要求12所述的变频打印系统，其特征在于，所述打印头还设置有至少一条支撑材料通道。

14.根据权利要求13所述的变频打印系统，其特征在于，沿打印方向在所述打印头两侧分别设置LED灯。

15.根据权利要求14所述的变频打印系统，其特征在于，还包括升降台，其用于放置所述彩色3D物体。