CN107199694B - 多材料三维模型的打印方法 - Google Patents

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Abstract

一种多材料三维模型的打印方法，包括下列步骤：对多材料三维物件执行切层处理来生成多个多材料物件层及多个有用物件的物件层；在切层处理中，计算换料点及回复点；使用多个材料之一打印多材料三维模型的多个多材料物件层；在打印至换料点时，切换至不同的另一材料，并使用切换前的材料的余料打印有用物件；在打印至回复点时，使用切换后的材料来自换料点打印多个多材料物件层；及重复上述步骤直到多材料三维模型打印完成。本发明经由使用材料切换后所剩下的余料来打印有用物件，可有效降低多材料打印的成本。

Description

多材料三维模型的打印方法
技术领域
本发明是与三维模型的打印方法有关，特别有关于多材料三维模型的打印方法。
背景技术
在现有使用熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技术的多色三维打印机(multi-colour 3D printer)中，多是以相同的单一喷头替换不同色的色料来实现多色打印。
以双色打印为例，当打印机使用第一色料打印多色三维模型的第一色的部位后，可自第一色料切换至不同色的第二色料。接着，打印机必须将喷头移至远离多色三维模型的位置，并将喉管及喷头中第一色料的余料挤出抛弃，以避免混色。当余料全部挤出后，打印机再使用第二色料打印多色三维模型的第二色的部位...以此类推。因此，多色三维打印机可生成多色三维模型。
在上述多色三维模型的打印方法中，每次换色皆须抛弃大量余料，并且，所抛弃的余料无法再次使用，而造成色料浪费及打印成本增加的问题。
发明内容
本发明的主要目的，是在于提供一种多材料三维模型的打印方法，可有效使用材料的余料进行打印。
为达上述目的，本发明提供一种多材料三维模型的打印方法，包括下列步骤：
a)对一多材料三维物件执行一切层处理来生成对应一多材料三维模型的一本体结构的多个多材料物件层及对应该多材料三维模型的一辅助结构的多个辅助物件层；
b)在该切层处理中，计算所述多材料物件层的至少一换料点及所述辅助物件层的至少一回复点；
c)使用多个材料之一打印所述多材料物件层；
d)当打印至所述多材料物件层的该换料点时，切换至不同的另一该材料，并使用切换前的该材料的一余料打印所述辅助物件层；
e)当打印至所述辅助物件层的该回复点时，使用切换后的该材料来自所述多材料物件层的该换料点继续打印所述多材料物件层；及
f)重复该步骤d及该步骤e直到该多材料三维模型打印完成。
优选地，该辅助结构是该多材料三维模型的一内部支撑结构或一外部支撑结构。
优选地，该步骤a包括下列步骤：
a1)取得该多材料三维物件；
a2)对该多材料三维物件执行该切层处理来生成所述多材料物件层及所述辅助物件层；及
a3)当判断一预估余料总量超出所述辅助物件层的一预估材料总量时发出警示。
优选地，该步骤b包括下列步骤：
b1)计算所述多材料物件层的所述换料点，其中所述换料点对应所述多材料物件层的多个部位的交界，相邻的所述部位是分别对应不同色的所述材料或不同材质的所述材料；
b2)依据一预估余料量计算所述辅助物件层的所述回复点，其中所述回复点分别对应所述换料点；及
b3)计算经过所述换料点及所述回复点的一打印路径。
优选地，该步骤c包括一步骤c1：控制一喷头沿该打印路径打印所述多材料物件层；该步骤d包括一步骤d1：当该喷头沿该打印路径移动至所述换料点之一时，切换至不同的另一该材料，沿该打印路径移动该喷头至对应的该回复点，并控制该喷头使用切换前的该材料的该余料沿该打印路径打印所述辅助物件层。
优选地，该步骤e包括一步骤e1：当该喷头沿该打印路径移动至另一该回复点时，将该喷头沿该打印路径移回切换该材料时所在的该换料点，并使用切换后的该材料沿该打印路径继续打印所述多材料物件层。
优选地，该步骤c是决定所述多材料物件层之一的多个部位之一所对应的该材料，并使用该材料沿在该切层处理中决定的一打印路径打印对应的该多材料物件层的该部位，该打印路径是经过该换料点及该回复点；该步骤e是沿该打印路径继续打印相同的该多材料物件层的另一该部位。
优选地，该步骤d包括下列步骤：
d2)当沿该打印路径打印至所述多材料物件层的该换料点时，切换至相同的该多材料物件层的另一该部位所对应的另一该材料；及
d3)使用切换前的该材料的该余料沿该打印路径打印相同层高的该辅助物件层。
优选地，该步骤d进一步包括一步骤d4：当切换前的该材料的该余料耗尽且该辅助物件层未打印完成时，使用切换后的该材料沿该打印路径继续打印该辅助物件层。
优选地，在该步骤e前包括一步骤e0：沿该打印路径在已打印的所述辅助物件层上进行一刮料动作以刮除一喷头上的该余料。
本发明进一步提供一种多材料三维模型的打印方法，包括下列步骤：
a)对一多材料三维物件及一附属三维物件分别执行一切层处理来生成对应一多材料三维模型的多个多材料物件层及对应一附属三维模型的多个附属物件层；
b)在该切层处理中，计算所述多材料物件层的至少一换料点及所述附属物件层的至少一回复点；
c)使用多个材料之一打印所述多材料物件层；
d)当打印至所述多材料物件层的该换料点时，切换至不同的另一该材料，并使用切换前的该材料的一余料打印所述附属物件层；
e)当打印至所述附属物件层的该回复点时，使用切换后的该材料来自所述多材料物件层的该换料点继续打印所述多材料物件层；及
f)重复该步骤d及该步骤e直到该多材料三维模型打印完成。
优选地，该多材料三维物件是一空心物件；该步骤a是将所述附属物件层设置于所述多材料物件层内部。
优选地，该步骤a是将所述附属物件层分离设置于所述多材料物件层外部。
优选地，该步骤b包括下列步骤：
b1)计算所述多材料物件层的所述换料点，其中所述换料点对应所述多材料物件层的多个部位的交界，相邻的所述部位是分别对应不同色的所述材料或不同材质的所述材料；
b2)依据一预估余料量计算所述附属物件层的所述回复点，其中所述回复点分别对应所述换料点；及
b3)计算经过所述换料点及所述回复点的一打印路径。
优选地，该步骤c包括一步骤c1：控制一喷头沿该打印路径打印所述多材料物件层；该步骤d包括一步骤d1：当该喷头沿该打印路径移动至所述换料点之一时，切换至不同的另一该材料，沿该打印路径移动该喷头至对应的该回复点，并控制该喷头使用切换前的该材料的该余料沿该打印路径打印所述附属物件层。
优选地，该步骤e包括一步骤e1：当该喷头沿该打印路径移动至另一该回复点时，将该喷头沿该打印路径移回切换该材料时所在的该换料点，并使用切换后的该材料沿该打印路径继续打印所述多材料物件层。
优选地，该步骤c是决定所述多材料物件层之一的多个部位之一所对应的该材料，并使用该材料沿在该切层处理中决定的一打印路径打印对应的该多材料物件层的该部位，该打印路径是经过该换料点及该回复点；该步骤e是沿该打印路径继续打印该多材料物件层的另一该部位。
优选地，该步骤d包括下列步骤：
d2)当沿该打印路径打印至所述多材料物件层的该换料点时，切换至相同的该多材料物件层的另一该部位所对应的另一该材料；及
d3)使用切换前的该材料的该余料沿该打印路径打印相同层高的该附属物件层。
优选地，该附属三维模型是一容置模型；该步骤d是使用切换前的该材料的该余料沿该打印路径打印该附属三维模型的外墙，并当该附属三维模型的外墙打印完成时，沿该打印路径在该附属三维模型内部继续打印。
优选地，在该步骤e前包括一步骤e0：沿该打印路径在已打印的所述附属物件层上进行一刮料动作以刮除一喷头上的该余料。
本发明经由使用材料切换后所剩下的余料来打印有用物件，可有效降低多材料打印的成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例的三维打印系统的架构图。
图2为本发明第一实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。
图3为本发明第一实施例的多材料三维模型的第一示意图。
图4为本发明第一实施例的多材料三维模型的第二示意图。
图5为本发明第一实施例的多材料三维模型的第三示意图。
图6A为本发明第二实施例的多材料三维模型的打印方法第一流程图。
图6B为本发明第二实施例的多材料三维模型的打印方法第二流程图。
图7为本发明第三实施例的多材料三维模型的打印方法部分流程图。
图8为本发明第四实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。
图9为本发明第五实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。
图10为本发明第五实施例的多材料三维模型的第一示意图。
图11为本发明第五实施例的多材料三维模型的第二示意图。
图12为本发明第六实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。
图13为本发明第七实施例的多材料三维模型的打印方法部分流程图。
图14为本发明第八实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。
其附图标记为：
1…打印系统
10…计算机装置
100…处理器
102…连接端口
104…人机界面
106…存储器
1060…计算机程序
12…多材料三维打印机
80、84、880…多材料物件层
82、86、882…辅助物件层
90、94…多材料三维模型
92、96…附属三维模型
S100-S112…第一打印步骤
S200-S224…第二打印步骤
S300-S308…第一切层步骤
S400-S420…第三打印步骤
S500-S512…第四打印步骤
S600-S624…第五打印步骤
S70-S72…第二切层步骤
S800-S820…第六打印步骤
具体实施方式
结合本发明的一较佳实施例，配合附图，详细说明如下。
首请参阅图1，为本发明第一实施例的三维打印系统的架构图。图1揭露了本发明的一三维打印系统1(下称该打印系统1)，该打印系统1主要包括一计算机装置10及一多材料三维打印机12。
该计算机装置1主要包括电性连接该多材料三维打印机12的一连接端口102(如USB连接端口)、用以接受操作及输出资料的一人机界面104(如键盘、鼠标或触控荧幕)、用以储存资料的一存储器106、及电性连接上述元件并用以控制该计算机装置1的一处理器100。较佳地，该计算机装置1是桌上型计算机、笔记型计算机、云端服务器或智能型手机，但不应以此限定。
较佳地，该存储器106可储存一计算机程序1060。该计算机程序1060记录有计算机可执行的程序码，当该处理器100执行该计算机程序1060后，可实现本发明各实施例所述的多材料三维模型的打印方法。
该多材料三维打印机12用以打印一多材料三维模型。具体而言，该多材料三维打印机12可控制一喷头来分别使用不同的多个材料实现多材料打印。
具体而言，该多材料三维打印机12可分别使用不同色的所述材料(如使用红色塑胶线材、蓝色塑胶线材及黑色塑胶线材)来实现多色打印，可分别使用不同材质的所述材料(如使用金属材料及塑胶材料)来实现多材质打印，或可使用不同色且不同材质的所述材料(如蓝色塑胶线材、黑色塑胶线材、银色金属材料及红色金属材料)来实现多色多材质打印。
较佳地，该多材料三维打印机12是熔融沉积型多材料三维打印机(FDM multi-colour 3D printer)，该多个材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚乳酸(PLA)，但不以此为限。
续请同时参阅图2，为本发明第一实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。本发明各实施例的多材料三维模型的打印方法(下称该打印方法)主要是由图1所示的该打印系统1来加以实现。本实施例的打印方法包括下列步骤。
步骤S100：该打印系统1对一多材料三维物件(如多种颜色组成的多色三维物件、由多种材质组成的多材质三维物件或由多种颜色及材质组成的多色多材质三维物件)执行一切层处理来生成对应该多材料三维模型的一本体结构的多个多材料物件层及对应该多材料三维模型的一辅助结构的多个辅助物件层，其中所述辅助物件层是对应该多材料三维物件的一辅助结构(如一内部支撑结构或一外部支撑结构)。
较佳地，各该多材料物件层可仅对应单一种类材料(即仅需使用单一种类材料即可完成该多材料物件层的打印)，或同时对应多个种类材料(即须使用多个种类材料才可完成该多材料物件层的打印)，不以此限定。
较佳地，该打印系统1在该切层处理中，生成所述辅助物件层，并合并所述辅助物件层与所述多材料物件层为该多材料三维模型。
值得一提的是，该多材料三维物件是一虚拟计算机物件资料，在设计过程中不需考虑实体化后须遭受的物理作用(如地心引力、材料强度及黏性或成形方式)，而该多材料三维模型由于需被实体化(即三维打印)，需添加特定功能的该辅助结构来适应前述物理作用，以避免打印失败。并且，由于该辅助结构通常非为外观的一部份(如该外部支撑结构于成形后可被移除，该内部支撑结构是位于模型内部)，故混合多个材料打印的该辅助结构的颜色或材质并不会影响打印后的该多材料三维模型的外观。
举例来说，该打印系统1可于该多材料三维模型的斜曲面添加该外部支撑结构，以避免打印后的该多材料三维模型的斜曲面的材料因黏性不足或成形过程中无支撑点而打印失败。或者，该打印系统1可于该多材料三维模型的内部或内壁添加不同填充比例(如30％、50％或70％)或不同类型(如蜂巢状、实心或混合式)的该内部支撑结构，以弹性地调整打印后的该多材料三维模型的强度。
请参阅图3，为本发明第一实施例的多材料三维模型的第一示意图。如图所示，多个辅助物件层82是位于多个多材料物件层80的内壁中并作为一内部支撑结构。
请参阅图4，为本发明第一实施例的多材料三维模型的第二示意图。如图所示，多个辅助物件层86是位于多个多材料物件层84的内部并作为蜂巢状的一内部支撑结构。
请参阅图5，为本发明第一实施例的多材料三维模型的第三示意图。如图所示，多个辅助物件层882是连接多个多材料物件层880的表面，并于打印过程中作为一外部支撑结构。并且，于打印完成后，该外部支撑结构可被移除。
较佳地，该打印系统1在该切层处理中，进一步计算所述多材料物件层的至少一换料点(如第一换料点)及所述辅助物件层的至少一回复点(如第一回复点)。
具体而言，该换料点是位于所述多材料物件层的不同材料的交界处。进一步地，在后续打印过程中，当该打印系统1打印至所述多材料物件层的该换料点时需先切换至另一该材料才可继续打印不同材料的另一部分的所述多材料物件层。并且，该回复点是对应切换材料所产生的余料量。换句话说，当该打印系统1打印至所述辅助物件层的该回复点时，表示切换材料所产生的一余料已被耗尽。
步骤S102：该打印系统1自不同的所述材料选择其中之一(如一第一材料)，并以该喷头使用该第一材料来打印该多材料三维模型的多个多材料物件层。较佳地，该打印系统1是打印所述多材料物件层中的特定部位(如一第一部位)，其中该第一部位的颜色或材质是对应该第一材料的颜色或材质。
步骤S104：该打印系统1判断是否打印至所述多材料物件层的该第一换料点。具体而言，该打印系统1是依据是否打印至该第一换料点来判断是否需切换材料来继续打印所述多材料物件层中的另一部位(如一第二部位)。若判断打印至该第一换料点，则切换至不同的另一材料(如一第二材料，该第二材料的颜色或材质对应未打印的所述多材料物件层中的该第二部位的颜色或材质)，并执行步骤S106。否则，再次执行步骤S102以继续使用该第一材料进行打印。
步骤S106：该打印系统1以该喷头使用切换前的该第一材料的余料来打印该多材料三维模型的多个辅助物件层。具体而言，在切换材料之初，该多材料三维打印机12的一喉管及该喷头中尚存有该第一材料的余料，该打印系统1使用该第一材料的余料及/或该第二材料来打印所述辅助物件层。
因此，本发明可有效使用材料被切换后所剩下的余料，而可有效避免因抛弃余料所造成的材料浪费及打印成本增加的问题。
步骤S108：该打印系统1判断是否打印至所述辅助物件层的该第一回复点。具体而言，该打印系统1是依据是否打印至该第一回复点来判断该第一材料的余料是否耗尽。若判断打印至该第一回复点，则执行步骤S110。否则，再次执行步骤S106以继续使用该第一材料的余料打印所述辅助物件层。
步骤S110：该打印系统1以该喷头使用该第二材料来自该第一换料点继续打印所述多材料物件层的该第二部位。
步骤S112：该打印系统1判断该多材料三维模型是否打印完成(即是否所述多材料物件层的所有部位皆打印完成)。若判断打印未完成，则再次执行该步骤S104以依据是否打印至下一该换料点(如一第二换料点)来判断是否切换至另一材料(如该第一材料或一第三材料)来打印该多材料三维模型的另一部位(如一第三部位)，否则，结束该打印方法。
本发明经由使用材料切换后所剩下的余料来打印同一物件的辅助结构，可有效降低多材料打印的成本。
续请同时参阅图6A及图6B，图6A为本发明第二实施例的多材料三维模型的打印方法第一流程图，图6B为本发明第二实施例的多材料三维模型的打印方法第二流程图。本实施例的打印方法包括下列步骤。
步骤S200：该打印系统1对该多材料三维物件执行该切层处理来生成对应该多材料三维物件的所述多材料物件层及对应该辅助结构的所述辅助物件层。并且，在该切层处理中，该打印系统1计算所述多材料物件层的多个换料点及所述辅助物件层的多个回复点，其中所述换料点是分别对应所述回复点。
较佳地，在该切层处理中，该打印系统1进一步计算经过所述换料点及所述回复点的一打印路径。较佳地，该打印路径是该喷头于进行打印时的移动路径。
步骤S202：该打印系统1选择所述多材料物件层之一(如未打印的最下层的该多材料物件层)，选择该多材料物件层的多个部位之一(如一第一部位)，并依据该第一部位所对应的颜色或材质决定一组该材料(如一第一材料)。
步骤S204：该打印系统1切换至所决定的该第一材料。
步骤S206：该打印系统1使用该第一材料沿该打印路径打印该多材料物件层的对应该第一材料的该第一部位。
步骤S208：该打印系统1经由判断是否打印至所述切换点之一(如第一切换点)来判断是否需切换材料来继续打印该多材料物件层中的另一部位(如一第二部位)。若判断需进行切换，则切换至对应该第二部位的颜色或材质的另一材料(如一第二材料)，并执行步骤S210。否则，再次执行步骤S206以继续使用该第一材料沿该打印路径进行打印。
步骤S210：该打印系统1切换至对应该第二部位的颜色或材质的该第二材料。
步骤S212：该打印系统1使用该第一材料的余料及/或该第二材料打印该辅助物件层。较佳地，该打印系统1是逐层且逐材料打印所述多材料物件层，并于各该多材料物件层的换材料间隔中，使用余料自对应该第一切换点的该回复点(如第一回复点)沿该打印路径开始打印相同层高的该辅助物件层。
步骤S214：该打印系统1依据是否自该第一回复点沿该打印路径打印至另一该回复点(如第二回复点)来判断该第一材料的余料是否耗尽。若是，则执行步骤S216，否则再次执行步骤S212。
步骤S216：该打印系统1依据是否已沿该打印路径打印至另一回复点(如第三回复点)来判断相同层高的该辅助物件层是否打印完成。若是，则执行步骤S220，否则执行步骤S218。
具体而言，在该切层处理中，若该打印系统判断切换该材料所产生的一预估余料量不大于打印单层的该辅助物件层所需的一预估材料量时，该打印系统是将该第三回复点设置于该辅助物件层的打印终点，而非将该第三回复点设置于该第一材料的余料耗尽处。因此，该打印系统1当该第一材料的余料耗尽后，可继续使用该第二材料来沿该打印路径完成打印该辅助物件层。
步骤S218：该打印系统1于该多材料物件层的第一部位已打印完成且相同层高的该辅助物件层未打印完成时，使用该第二材料沿该打印路径继续打印相同层高的该辅助物件层。接着再次执行步骤S214。
值得一提的是，本实施例的步骤S214-S218的执行仅是为了确保该第一材料的余料耗尽且必要的所述辅助物件层(如必要的该外部支撑结构、实心的该内部支撑结构或限定填充比例的该内部支撑结构)可被打印完成。在其他实施例中，若所述辅助物件层可不须打印完成(如非必要的该外部支撑结构或任意填充比例的该内部支撑结构)，该打印系统1亦可当判断余料耗尽时(该步骤S214，是)直接执行步骤S220。
步骤S220：该打印系统1沿该打印路径在已打印的所述辅助物件层上进行一刮料动作以刮除该喷头上的余料。较佳地，该打印系统1是控制该喷头掠过已打印的所述辅助物件层的上缘，以利用所述辅助物件层的上缘刮除该喷头上的余料。
本发明藉由进行括料动作，可有效避免该喷头上的余料沾黏所述多材料物件层，而使打印后的该多材料三维模型外观存在瑕疵。
步骤S222：该打印系统1以该喷头使用该第二材料来自该第一切换点沿该打印路径继续打印相同的该多材料物件层的该第二部位。
步骤S224：该打印系统1判断该多材料三维模型是否打印完成。若打印未完成，则再次执行该步骤S208以判断是否切换至第三材料来打印该多材料物件层的第三部位，或打印另一该多材料物件层，否则，结束该打印方法。
图7为本发明第三实施例的多材料三维模型的打印方法部分流程图。相较于第二实施例，本实施例的步骤S200进一步包括下列步骤。
步骤S300：该打印系统1取得该多材料三维物件。
步骤S302：该打印系统1对该多材料三维物件执行该切层处理来生成对应该多材料三维模型的该本体结构的所述多材料物件层。并且，在该切层处理中，该打印系统1还可进一步判断该多材料三维模型是否需添加该辅助结构。若该多材料三维模型需添加该辅助结构，则该打印系统1进一步生成对应所需的该辅助结构的所述多材料物件层，并合并所述多材料物件层及所述辅助物件层，以使打印后的该多材料三维模型具有该辅助结构。
较佳地，在生成所述多材料物件层后，该打印系统1可进一步设定所述多材料物件层的各个部位的颜色、材质及/或对应的该材料。
步骤S304：该打印系统1计算一预估余料总量及一预估材料总量(即预估的材料总需求量)，并判断该预估余料总量是否超出该预估材料总量，其中该预估余料总量是在打印所述多材料物件层过程中因切换材料产生的预估的余料总量，该预估材料总量是打印所述辅助物件层所需的预估的材料总量。若判断超出，则执行步骤S308，否则执行步骤S202。
步骤S308：该打印系统1经由该人机界面104发出警示并中断该切层处理。较佳地，该打印系统1可进一步指示使用者选用其他余料处理设定(如改用本发明第四实施例的打印方法)。
因此，本发明可有效避免因余料清除不完全而造成所打印的该多材料三维模型发生材料混合错误的状况。
请参阅图8，为本发明第四实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。本实施例的打印方法包括下列步骤。
步骤S400：该打印系统1执行该切层处理以生成对应该多材料三维模型的该本体结构的所述多材料物件层及对应该多材料三维模型的该辅助结构的所述辅助物件层。
步骤S402：该打印系统1计算所述多材料物件层的所述换料点，其中所述换料点对应所述多材料物件层的多个部位的交界，相邻的所述部位是分别对应不同材料的所述材料。并且，该打印系统1计算因切换所述材料所预估产生的一预估余料量，依据该预估余料量计算可耗尽余料的所述辅助物件层的所述回复点，其中所述回复点分别对应所述换料点。
步骤S404：该打印系统1计算经过所述换料点及所述回复点的一打印路径。较佳地，该打印路径是该喷头于进行打印时的移动路径。
本发明经由预先的路径规划，可使该打印系统1于余料产生时，流畅无中断地移动该喷头至该辅助结构以使用余料打印，并当余料耗尽时，流畅无中断地移动该喷头至该本体结构以使用正确的该材料进行打印。
步骤S406：该打印系统1控制该喷头沿该打印路径使用该第一材料打印所述多材料物件层。
步骤S408：该打印系统1判断该喷头是否打印并移动至该打印路径的所述换料点之一(如第一换料点)。若是，则执行步骤S410。否则，再次执行步骤S406。
步骤S410：该打印系统1自该第一材料切换至不同的该第二材料，并依据该打印路径移动该喷头至所述辅助物件层的所述回复点之一。较佳的，该打印系统1是移动该喷头至对应该第一换料点的该回复点(如第一回复点)。
步骤S412：该打印系统1使用切换前的该第一材料的该余料控制该喷头沿该打印路径打印所述辅助物件层。
步骤S414：该打印系统1判断该喷头是否打印并移动至该打印路径的另一该回复点(如第二回复点)。若是，则执行步骤S416。否则，再次执行步骤S412。
步骤S416：该打印系统1当判断该喷头移动至该第二回复点时，将该喷头移回切换该材料时所在的该第一换料点。
步骤S418：该打印系统1使用切换后的该第二材料沿该打印路径继续打印所述多材料物件层。
步骤S420：该打印系统1判断该多材料三维模型是否打印完成(即该喷头是否沿该打印路径打印并移动完毕)。若判断打印未完成，则再次执行该步骤S408。否则，结束该打印方法。
虽在上述第一实施例、第二实施例、第三实施例及第四实施例中，该打印系统1是将余料用于打印该多材料三维模型的该辅助结构，但不以此限定。该打印系统1亦可将余料用于打印任何有用物件，如在本发明的其他实施例(如后述第五实施例、第六实施例、第七实施例及第八实施例)中，该打印系统1是将余料用于打印另一多材料三维模型。
请参阅图9，为本发明第五实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。本实施例的打印方法包括下列步骤。
步骤S500：该打印系统1对一多材料三维物件及一附属三维物件分别执行一切层处理来生成对应一多材料三维模型的多个多材料物件层及对应一附属三维模型的多个附属物件层。
较佳地，该打印系统1在该切层处理中，进一步计算所述多材料物件层的至少一换料点(如第一换料点)及所述附属物件层的至少一回复点(如第一回复点)。
步骤S502：该打印系统1自不同的所述材料选择其中之一(如一第一材料)，并以该喷头使用该第一材料来打印该多材料三维模型的所述多材料物件层。较佳地，该打印系统1是打印所述多材料物件层中的特定部位(如一第一部位)，其中该第一部位的颜色或材质是对应该第一材料的颜色或材质。
步骤S504：该打印系统1判断是否打印至所述多材料物件层的该第一换料点。具体而言，该打印系统1是依据是否打印至该第一换料点来判断是否需切换材料来继续打印所述多材料物件层中的另一部位(如一第二部位)。若判断打印至该第一换料点，则切换至另一材料(如一第二材料，其中该第二材料的颜色或材质对应未打印的所述多材料物件层中的该第二部位的颜色或材质)，并执行步骤S506。否则，再次执行步骤S502以继续使用该第一材料进行打印。
步骤S506：该打印系统1以该喷头使用该第一材料的余料来打印该附属三维模型的所述附属物件层。
步骤S508：该打印系统1判断是否打印至所述附属物件层的该第一回复点。具体而言，该打印系统1是依据是否打印至该第一回复点来判断该第一材料的余料是否耗尽。若判断打印至该第一回复点，则执行步骤S510。否则，再次执行步骤S506以继续使用该第一材料的余料打印所述附属物件层。
步骤S510：该打印系统1以该喷头使用该第二材料来自该第一换料点继续打印该多材料三维模型的所述多材料物件层的该第二部位。
步骤S512：该打印系统1判断该多材料三维模型是否打印完成。若判断打印未完成，则再次执行该步骤S504以依据是否打印至下一该换料点(如一第二换料点)来判断是否切换至另一材料(如该第一材料或一第三材料)来打印该多材料三维模型的另一部位(如一第三部位)，否则，结束该打印方法。
本发明经由使用材料切换后所剩下的余料来打印另一独立的单一材料/复合材料的附属物件，可有效使用余料来生成另一附属三维模型。
请参阅图10，为本发明第五实施例的多材料三维模型的第一示意图。如图所示，本实施例可在打印一多材料三维模型90时，使用余料顺便打印位于该多材料三维模型90外部的一附属三维模型92(如容置模型)。
请参阅图11，为本发明第五实施例的多材料三维模型的第二示意图。如图所示，本实施例可在打印空心的一多材料三维模型94时，使用余料顺便打印位于该多材料三维模型94内部的一附属三维模型96(如容置模型)。
图12为本发明第六实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。本实施例的打印方法包括下列步骤。
步骤S600：该打印系统1对该多材料三维物件及一附属三维物件执行该切层处理来生成对应该多材料三维物件的所述多材料物件层及对应该附属三维物件的所述附属物件层。并且，在该切层处理中，该打印系统1计算所述多材料物件层的多个换料点及所述附属物件层的多个回复点，其中所述换料点是分别对应所述回复点。
较佳地，在该切层处理中，该打印系统1进一步计算经过所述换料点及所述回复点的一打印路径。较佳地，该打印路径是该喷头于进行打印时的移动路径。
步骤S602：该打印系统1选择所述多材料物件层之一(如未打印的最下层的该多材料物件层)，选择该多材料物件层的多个部位之一(如一第一部位)，并依据该第一部位所对应的颜色或材质决定一组该材料(如一第一材料)。
步骤S604：该打印系统1切换至所决定的该第一材料。
步骤S606：该打印系统1使用该第一材料沿该打印路径打印该多材料物件层中对应该第一材料的该第一部位。
步骤S608：该打印系统1经由判断是否打印至所述切换点之一(如第一切换点)来判断是否需切换材料来继续打印该多材料物件层中的另一部位(如一第二部位)。若判断需进行切换，则切换至对应该第二部位的颜色或材质的另一材料(如一第二材料)，并执行步骤S610。否则，再次执行步骤S606以继续使用该第一材料进行打印。
步骤S610：该打印系统1切换至对应该第二部位的该第二材料。
步骤S612：该打印系统1使用该第一材料的余料及/或该第二材料沿该打印路径打印该附属物件层。较佳地，该打印系统1是逐层且逐材料打印所述多材料物件层，并在各该多材料物件层的换材料间隔中，使用余料自对应该第一切换点的该回复点(如第一回复点)沿该打印路径开始打印相同层高的该附属物件层。
步骤S614：该打印系统1依据是否自该第一回复点打印至另一该回复点(如第二回复点)来判断该第一材料的余料是否耗尽。若是，则执行步骤S620，否则执行步骤S616。
步骤S616：该打印系统1于判断该第一材料的余料未耗尽时，进一步依据是否已沿该打印路径打印至另一该回复点(如第三回复点)来判断相同层高的该附属物件层的外墙是否打印完成。若是，则执行步骤S618，否则再次执行步骤S612。
具体而言，在该切层处理中，若该打印系统判断切换该材料所产生的一预估余料量大于打印单层的该附属物件层所需的一预估材料量时，该打印系统1是将该第三回复点设置于该附属三维模型内部。因此，该打印系统1当相同层高的该辅助物件层的外墙打印完成后，可移动该喷头至该附属三维模型内部来使用余料继续打印。
步骤S618：该打印系统1沿该打印路径移动该喷头至该附属三维模型内部，以继续使用该第一材料的余料来打印该附属三维模型内部(如打印该附属三维模型的填充结构或内部支撑结构)。较佳地，该附属三维模型可为空心的三维模型(如具有容置空间的模型)，而足可容纳该第一材料的余料。接着，再次执行该步骤S614。
值得一提的是，本实施例的步骤S614-S618的执行仅是为了确保该第一材料的余料耗尽，至于所述附属物件层是否一并打印完成则非为本实施例重点。在其他实施例中，若所述附属物件层需一并打印完成时，该打印系统1亦可在判断余料耗尽时(该步骤S614，是)执行步骤S616以确保对应的该附属物件层一并打印完成。
若在该步骤S614中判断该第一材料的余料已耗尽，则执行步骤S620：该打印系统1沿该打印路径于已打印的所述附属物件层上进行该刮料动作以刮除该喷头上的余料。较佳地，该打印系统1是控制该喷头掠过已打印的所述附属物件层的上缘，以利用所述辅助物件层的上缘刮除该喷头上的余料。
步骤S622：该打印系统1以该喷头使用该第二材料来沿该打印路径打印相同的该多材料物件层的该第二部位。
步骤S624：该打印系统1判断该多材料三维模型是否打印完成。若打印未完成，则再次执行该步骤S508以判断是否切换至第三材料来沿该打印路径打印该多材料物件层的第三部位或沿该打印路径打印另一该多材料物件层，否则，结束该打印方法。
图13为本发明第七实施例的多材料三维模型的打印方法部分流程图。相较于第六实施例，本实施例的步骤S600进一步包括下列步骤。
步骤S70：该打印系统1生成该多材料三维物件及该附属三维物件。
步骤S72：该打印系统1对该多材料三维物件执行该切层处理来生成所述多材料物件层，并对该附属三维物件执行该切层处理来生成所述附属物件层。较佳地，该打印系统1可进一步将所述附属物件层设置于所述多材料物件层的内部(若该多材料三维物件为图10所示的空心物件)或外部(若该多材料三维物件为图9所示的实心物件)。较佳地，在生成所述多材料物件层后，该打印系统1可进一步设定所述多材料物件层的各个部位的颜色、材质及/或对应的该材料。
请参阅图14，为本发明第八实施例的多材料三维模型的打印方法流程图。本实施例的打印方法包括下列步骤。
步骤S800：该打印系统1执行该切层处理以生成对应该多材料三维模型的所述多材料物件层及对应该附属三维模型的所述附属物件层。
步骤S802：该打印系统1计算所述多材料物件层的所述换料点，其中所述换料点对应所述多材料物件层的多个部位的交界，相邻的所述部位是分别对应不同的所述材料。并且，该打印系统1依据的切换所述材料所产生的一预估余料量计算可耗尽余料的所述附属物件层的所述回复点，其中所述回复点分别对应所述换料点。
步骤S804：该打印系统1计算经过所述换料点及所述回复点的一打印路径。较佳地，该打印路径是该喷头在进行打印时的移动路径。
本发明经由预先的路径规划，可使该打印系统1在余料产生时，流畅地移动该喷头至该附属三维模型以使用余料打印，并在余料耗尽时，流畅地移动该喷头至该多材料三维模型以使用正确的该材料进行打印。
步骤S806：该打印系统1控制该喷头沿该打印路径使用该第一材料打印所述多材料物件层。
步骤S808：该打印系统1判断该喷头是否打印并移动至该打印路径的所述换料点之一(如第一换料点)。若是，则执行步骤S810。否则，再次执行步骤S806。
步骤S810：该打印系统1自该第一材料切换至不同的该第二材料，并依据该打印路径移动该喷头至所述附属物件层的所述回复点之一。较佳的，该打印系统1是移动该喷头至对应该第一换料点的该回复点(如第一回复点)。
步骤S812：该打印系统1使用切换前的该第一材料的该余料控制该喷头沿该打印路径打印所述附属物件层。
步骤S814：该打印系统1判断该喷头是否打印并移动至该打印路径的另一该回复点(如第二回复点)。若是，则执行步骤S816。否则，再次执行步骤S812。
步骤S816：该打印系统1当判断该喷头移动至该第二回复点时，将该喷头移回切换该材料时所在的该第一换料点。
步骤S818：该打印系统1使用切换后的该第二材料沿该打印路径继续打印所述多材料物件层。
步骤S820：该打印系统1判断该多材料三维模型是否打印完成(即该喷头是否沿该打印路径打印并移动完毕)。若判断打印未完成，则再次执行该步骤S808。否则，结束该打印方法。
本发明经由使用材料切换后所剩下的余料来打印有用物件，可有效降低多材料打印的成本。
以上所述仅为本发明的较佳具体实例，不能因此来局限本发明的保护范围，故凡是运用本发明构思所进行的等效变化，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种多材料三维模型的打印方法，其特征在于，包括下列步骤：
a)对一多材料三维物件执行一切层处理来生成对应一多材料三维模型的一本体结构的多个多材料物件层及对应该多材料三维模型的一辅助结构的多个辅助物件层；
b)在该切层处理中，计算所述多材料物件层的多个换料点及所述辅助物件层的多个回复点，其中所述换料点对应所述多材料物件层的多个部位的交界，相邻的所述部位是分别对应不同色的材料或不同材质的材料；
c)依据一预估余料量计算所述辅助物件层的多个回复点，其中所述回复点分别对应所述换料点，各层所述辅助物件层的最后的所述回复点设置于所述辅助物件层的打印终点以确保各层所述辅助物件层被打印完成；
d)计算依序经过所述换料点及所述回复点的一打印路径；
e)控制一喷头交替使用多个材料沿该打印路径打印所述多材料物件层及所述辅助物件层；
f)当该喷头沿该打印路径打印至所述多材料物件层的下一该换料点时，切换至相同层的该多材料物件层的另一该部位所对应的另一该材料，沿该打印路径移动该喷头至对应的该回复点，并控制该喷头使用切换前的该材料的一余料沿该打印路径打印相同层高的所述辅助物件层至下一该回复点，其中当该余料耗尽后，该喷头继续使用切换后的该材料来沿该打印路径打印该辅助物件层；
g)当该喷头沿该打印路径打印至所述辅助物件层的下一该回复点时，将该喷头沿该打印路径移回切换该材料时所在的该换料点，并使用切换后的该材料来自所述多材料物件层的该换料点继续打印所述多材料物件层的另一该部位至下一该换料点；及
h)重复该步骤f及该步骤g直到该多材料三维模型打印完成。
2.如权利要求1所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该辅助结构是该多材料三维模型的一内部支撑结构或一外部支撑结构。
3.如权利要求1所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该步骤a包括下列步骤：
a1)取得该多材料三维物件；
a2)对该多材料三维物件执行该切层处理来生成所述多材料物件层及所述辅助物件层；及
a3)当判断所述预估余料总量超出所述辅助物件层的一预估材料总量时发出警示。
4.如权利要求1所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该步骤e决定各所述多材料物件层之一的各该部位所对应的该材料，并使用该材料沿该打印路径打印对应的该多材料物件层的该部位。
5.如权利要求1所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，在该步骤g前包括一步骤g0：沿在该打印路径在已打印的所述辅助物件层上进行一刮料动作以刮除该喷头上的该余料。
6.一种多材料三维模型的打印方法，其特征在于，包括下列步骤：
a)对一多材料三维物件及一附属三维物件分别执行一切层处理来生成对应一多材料三维模型的多个多材料物件层及对应一附属三维模型的多个附属物件层；
b)在该切层处理中，计算所述多材料物件层的多个换料点及所述附属物件层的多个回复点，其中所述换料点对应所述多材料物件层的多个部位的交界，相邻的所述部位是分别对应不同色的材料或不同材质的材料；
c)依据一预估余料量计算所述附属物件层的多个回复点，其中所述回复点分别对应所述换料点，各层所述附属物件层的最后的所述回复点设置于所述附属物件层的打印终点以确保各层所述附属物件层被打印完成；
d)计算依序经过所述换料点及所述回复点的一打印路径；
e)控制一喷头交替使用多个材料沿该打印路径打印所述多材料物件层及所述附属物件层；
f)当该喷头沿该打印路径打印至所述多材料物件层的下一该换料点时，切换至相同层的该多材料物件层的另一该部位所对应的另一该材料，沿该打印路径移动该喷头至对应的该回复点，并控制该喷头使用切换前的该材料的一余料沿该打印路径打印相同层高的所述附属物件层至下一该回复点，其中当该余料耗尽后，该喷头继续使用切换后的该材料来沿该打印路径打印该附属物件层；
g)当该喷头沿该打印路径打印至所述附属物件层的下一该回复点时，将该喷头沿该打印路径移回切换该材料时所在的该换料点，并使用切换后的该材料来自所述多材料物件层的该换料点继续打印所述多材料物件层的另一该部位至下一该换料点；及
h)重复该步骤g及该步骤h直到该多材料三维模型打印完成。
7.如权利要求6所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该多材料三维物件是一空心物件；该步骤a是将所述附属物件层设置于所述多材料物件层内部。
8.如权利要求6所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该步骤a是将所述附属物件层分离设置于所述多材料物件层外部。
9.如权利要求6所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该步骤e是决定各所述多材料物件层的各该部位所对应的该材料，并使用该材料沿该打印路径打印对应的该多材料物件层的该部位。
10.如权利要求6所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，该附属三维模型是一具有容置空间的模型；该步骤f进一步包括一步骤f4：使用切换前的该材料的该余料沿该打印路径打印该附属三维模型的外墙，并当该附属三维模型的外墙打印完成时，沿该打印路径继续打印该附属三维模型内部。
11.如权利要求6所述的多材料三维模型的打印方法，其特征在于，在该步骤g前包括一步骤g0：沿该打印路径在已打印的所述附属物件层上进行一刮料动作以刮除该喷头上的该余料。
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