CN107344421B - 一种混材3d物体的制作方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混材3D物体的制作方法，包括如下步骤：a.基于目标物体的层打印数据逐一打印像素点形成层打印成果，打印所述目标物体所需的主材的种类数为N₀，打印所述像素点所需的所述主材的种类数为N₁，打印所述像素点所需的辅材的种类数为N₂，其中，N₁≤N₀，且当N₁＜N₀时N₂≥1；b.重复所述步骤a形成多个层打印成果，且多个所述层打印成果叠加形成所述混材3D物体。本发明能够实现全彩色打印以及混材打印，并且有效提高了3D物体的成型精度，降低了材料组合使用的难度，还提高了3D物体的成型速度。

Description

一种混材3D物体的制作方法及系统

技术领域

本发明涉及快速成型技术领域，尤其涉及采用喷墨打印头进行逐层加式制造3D物体的技术，特别是一种混材3D物体的制作方法及系统。

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。

现有3DP技术可以用于制作彩色3D物体，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，采用品红色(M)、黄色(Y)、青色(C)、黑色(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时假设每个像素点对应一个墨滴，例如打印品红色区域时每个像素点对应喷射一个品红色墨滴，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青色墨滴，由于绿色区域中一个像素点对应了两个墨滴而品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，且该专利技术中必须保证不同颜色的彩色材料在性能上尽可能一致，如材料收缩率，否则在进行光固化时由于材料收缩率不一致造成相邻区域出现凹凸不平现象。

因此，如何采用3DP技术实现全彩色3D物体的打印，以及如何实现含有不同性质材料的3D物体的打印，并且还能够实现高成型精度的打印，是目前及未来需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，根据本发明的一个方面，提供一种混材3D物体的制作方法，通过逐层打印的方式制成所述混材3D物体，包括如下步骤：

a.基于目标物体的层打印数据逐一打印像素点形成层打印成果，打印所述目标物体所需的主材的种类数为N₀，打印所述像素点所需的所述主材的种类数为N₁，打印所述像素点所需的辅材的种类数为N₂，其中，N₁≤N₀，且当N₁＜N₀时N₂≥1；

b.重复所述步骤a形成多个层打印成果，且多个所述层打印成果叠加形成所述混材3D物体。

优选地，通过喷射多个墨滴形成所述像素点，且每个所述墨滴使用一种所述主材或者一种所述辅材喷出，且一种所述主材只喷射一个所述墨滴。

优选地，每个所述像素点包含的墨滴数量相同。

优选地，每个所述像素点通过喷射多个墨滴形成，至少一个所述墨滴使用所述主材喷出和/或至少一个所述墨滴使用所述辅材喷出。

优选地，至少一个所述墨滴使用所述主材喷出且多个所述墨滴使用同一种所述主材喷出。

优选地，至少一个所述墨滴使用所述辅材喷出且多个所述墨滴使用同一种所述辅材喷出。

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非结构信息获取所述层打印数据，所述层打印数据包括所述层结构数据和层非结构数据。

优选地，所述非结构数据包括色彩数据和/或材料性质数据。

优选地，在执行所述步骤b过程中，还执行如下步骤：

b1.基于所述层结构数据使用支撑材料逐一打印支撑像素点形成层支撑成果，所述层支撑成果为相邻两个层打印成果提供支撑。

优选地，所述支撑材料包括主支撑材料和所述辅材，每个所述支撑像素点通过喷射多个支撑墨滴形成，且每个所述支撑墨滴使用一种主支撑材料或者一种所述辅材喷出。

优选地，每个所述支撑像素点使用至少一种所述主支撑材料和至少一种所述辅材打印。

优选地，每个所述像素点包含的墨滴数量与每个所述支撑像素点包含的墨滴数量相同。

优选地，所述辅材为白色材料、透明材料或浅色材料中的任一种。

根据本发明的另一方面，提供一种混材3D物体的制作系统，用于执行前述任一项所述的制作方法，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非结构信息获取每层对应的所述层打印数据；

驱动控制器，其基于所述层打印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，所述打印材料包括主材、辅材以及主支撑材料，所述打印头包括至少两条主材通道、至少一条辅材通道和喷孔。

优选地，所述打印头还设置有至少一条主支撑材料通道。

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，其用于放置所述混材3D物体。

本发明涉及的制作方法具有如下优点：

1)通过控制形成每个像素点所需多个墨滴的材料种类，以及控制形成每个像素点所需多个墨滴的数量，从而实现了全彩色打印以及混材打印。

2)通过选择多种不同的打印材料相互匹配以使相邻像素点固化速度和收缩率基本一致，有效提高了3D物体的成型精度，降低了材料组合使用的难度。

3)在打印每个像素点时，通过控制同一种材料只打印一个墨滴，提高了打印通道利用率，提高了3D物体的成型速度。

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示出了本发明的一个具体实施方式的，一种混材3D物体的制作方法的流程图；

图2示出了本发明的第一实施例的，喷射3个墨滴的相邻像素点墨滴排布的示意图；

图3示出了本发明的第一实施例的，青色像素点墨滴排布的示意图；

图4示出了本发明的第一实施例的，使用浅色主材的相邻像素点墨滴排布的示意图；

图5示出了本发明的第二实施例的，喷射4个墨滴的相邻像素点墨滴排布的示意图；

图6示出了本发明的第一比较例的，相邻像素点墨滴排布的示意图；

图7示出了本发明的第三实施例的，相邻像素点墨滴排布的示意图；

图8示出了本发明的第三实施例的，性质材料A形成的像素点的墨滴排布的示意图；

图9示出了本发明的第二比较例的，相邻像素点墨滴排布的示意图；

图10示出了本发明的第四实施例的，一种混材3D物体的制作方法的流程图；

图11示出了本发明的第四实施例的，相邻两个层打印成果P1、P2与层支撑成果P的位置关系示意图；以及

图12和图13示出了本发明的另一个具体实施方式的，一种混材3D物体的制作系统示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种混材3D物体的制作方法，通过逐层打印的方式制成所述混材3D物体，具体包括如下步骤：

首先执行步骤S101，基于目标物体的层打印数据逐一打印像素点形成层打印成果，打印所述目标物体所需的主材的种类数为N₀，打印所述像素点所需的所述主材的种类数为N₁，打印所述像素点所需的辅材的种类数为N₂，其中，N₁≤N₀，且当N₁＜N₀时N₂≥1。具体地，所述层打印数据由层结构数据和层非结构数据组成，所述层结构数据和层非结构数据都是一组有空间坐标的数据，所述层非结构数据还与所述主材的种类相关，例如所述主材为不同颜色的材料，则所述层非结构数据为色彩值数据，又例如，所述主材为不同性质的材料，则所述层非结构数据为材料性质数据。更为具体地，所述层打印数据与众多像素点是相关联的，例如，所述层结构数据包括N个结构像素点数据，所述层非结构数据包括M个色彩值数据，则驱动控制器根据N个结构像素点数据和M个色彩值数据控制打印头喷射打印材料进行打印，最终形成层打印成果。

进一步地，本发明在打印所述像素点时，使用的打印材料包括主材和辅材，所述主材为表征材料，是体现3D物体颜色和性质的材料，所述辅材为配合所述主材使用，在实际表现形式上区分不出来，所述辅材的种类应该根据实际应用中所述主材的需求来确定。例如，所述主材为彩色材料，可以为彩色光敏树脂材料或彩色温度固化材料，在实现全彩色打印时所述主材的种类可以包括品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C的组合，或者品红色材料M、黄色材料Y、青色材料C和黑色BK组合，或者其他更多颜色的组合，所述辅材可以为光敏树脂材料或温度固化材料，所述辅材可以为白色材料w、透明色材料或浅色材料。

进一步地，打印每个所述像素点是通过喷射多个墨滴完成的，且优选地，每个所述墨滴使用一种所述主材或者一种所述辅材喷出。在第一实施例中，所述主材选择为品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C的组合，所述辅材选择白色材料W，则N₀＝3，当打印某个像素点时，需要用到品红色材料M和黄色材料Y时，则N₁＝2。具体地，如果通过喷射3个墨滴打印该像素点，则根据每个像素点的不同可以采用多种打印方式，例如，使用品红色材料M和黄色材料Y各喷射1个墨滴以及使用白色材料w喷射1个墨滴，此时N₁＝2，N₂＝1；又例如，使用品红色材料M喷射1个墨滴以及使用白色材料w喷射2个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1；又例如，使用黄色材料Y喷射1个墨滴以及使用白色材料w喷射2个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1，等等。更为具体地，图2示出了相邻像素点墨滴排布的示意图，本领域技术人员可以在图2的基础上更加清楚的理解上述打印方式，图2中每一列代表一个像素点，每个墨滴通过圆圈加字母的方式表示，例如，第一列所表示的一个像素点是使用白色材料W喷射3个墨滴形成，第二列所表示的一个像素点是使用青色材料C喷射一个墨滴以及使用白色材料W喷射2个墨滴形成，以此类推，本领域技术人员可以结合图2进行理解。本领域技术人员理解，图2只是示出了多个像素点的一种排布方式，在打印所述混材3D物体时，根据所述层结构数据和所述层非结构数据还可以确定更多的像素点排布方式，在此不予赘述。更为具体地，在打印所述层打印成果的过程中，针对某一特定区域，通过调整品红色材料M、黄色材料Y、青色材料C以及白色材料W的比例，可以实现更多种颜色的打印。作为一种变换的方式，第一实施例中，所述主材选择为品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C的组合，所述辅材选择白色材料W和透明色材料T，则N₀＝3，在每个像素点喷射3滴墨，其中当两滴墨是辅材时，设定一滴辅材墨滴为白色材料W墨滴，另一滴辅材墨滴为透明色材料T墨滴，此时N₁＝1，N₂＝2。

进一步地，以图2中第二列的像素点为例，该像素点最终呈现出的颜色为青色，对于该像素点而言，青色材料C和白色材料W采用何种排布方式并不影响像素点的形成，例如图3中示出了3种不同的排布方式，这都可以形成青色的像素点。在一个变化例中，如果该像素点需要呈现出比青色材料C更浅的颜色，则可以通过增加青色区域里单位面积中白色像素点的比例且白色像素点与青色像素点交替出现的方式实现，因为物体的颜色体现并不是一个像素点的颜色而是多个像素点的颜色综合体现。

在另一个变化例中，如所述主材选择为浅品红色材料LM、浅黄色材料LY和浅青色材料LC的组合，如果要呈现出更深的颜色，可以采用增加同一像素点中同种主材的墨滴数来实现，如图4所示，使用浅品红色材料LM喷射2个墨滴以及使用白色材料w喷射1个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1；使用浅黄色材料LY喷射2个墨滴以及使用白色材料w喷射1个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1；使用浅青色材料LC喷射2个墨滴以及使用白色材料W喷射1个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1，在此不予赘述。具体地，每个像素点使用同一颜色的主材喷射的墨滴数大于1，为提高打印效率，可以设置多个打印通道喷射同一颜色的主材，即浅品红色材料LM、浅黄色材料LY和浅青色材料LC中的任一种可以经由不同的打印通道经各自通道上的喷孔喷出。

作为第一实施例的一个优选的打印方式，同一像素点单一颜色的主材最多只能喷射1个墨滴，以每个像素点打印3个墨滴为例，品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C中，每种颜色的材料最多只能喷射1个墨滴，例如使用品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C分别喷射1个墨滴，此时N₁＝3，N₂＝0；又例如使用黄色材料Y和青色材料C分别喷射1个墨滴，使用白色材料W喷射1个墨滴，此时N₁＝2，N₂＝1；又例如，使用黄色材料Y喷射1个墨滴，使用白色材料W喷射2个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1，以此类推。本领域技术人员理解，本优选的打印方式提高了打印通道利用率，提高了3D物体的成型速度。

在第二实施例中，通过喷射4个墨滴打印该像素点，则根据每个像素点的不同可以采用多种打印方式，例如，用品红色材料M和黄色材料Y各喷射1个墨滴以及使用白色材料W喷射2个墨滴，此时N₁＝2，N₂＝1；又例如，使用品红色材料M喷射1个墨滴以及使用白色材料w喷射3个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1；使用黄色材料Y喷射1个墨滴以及使用白色材料w喷射3个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1，等等。本领域技术人员可以在此基础上变化出更多的打印方式。更为具体地，图5示出了相邻像素点墨滴排布的示意图，本领域技术人员可以在图5的基础上更加清楚的理解上述打印方式，图5中每一列代表一个像素点，每个墨滴通过圆圈加字母的方式表示，例如，第一列所表示的一个像素点是使用白色材料W喷射4个墨滴形成，第二列所表示的一个像素点是使用青色材料C喷射1个墨滴以及使用白色材料w喷射3个墨滴形成，以此类推，本领域技术人员可以结合图5进行理解。本领域技术人员理解，图5只是示出了多个像素点的一种排布方式，在打印所述混材3D物体时，根据所述层结构数据和所述层非结构数据还可以确定更多的像素点排布方式，在此不予赘述。进一步地，结合关于第一实施例的变化，可以对第二实施例进行变化，在此不予赘述。

作为第二实施例的一个优选的打印方式，单一颜色的主材最多只能喷射1个墨滴，以像素点打印4个墨滴为例，品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C中，每种颜色的材料只能喷射1个墨滴，例如使用品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C分别喷射1个墨滴，使用白色材料W喷射1个墨滴，此时N₁＝3，N₂＝1；又例如使用黄色材料Y和青色材料C分别喷射1个墨滴，使用白色材料W喷射2个墨滴，此时N₁＝2，N₂＝1；又例如，使用黄色材料Y喷射1个墨滴，使用白色材料W喷射3个墨滴，此时N₁＝1，N₂＝1，以此类推。本领域技术人员理解，在实际的应用中，一个打印通道对应喷射单一颜色的主材，本优选的打印方式提高了打印通道利用率，提高了3D物体的成型速度。具体地，品红色材料M、黄色材料Y和青色材料C各由一个打印通道经过各自通道上的喷孔喷出，白色材料W通过三个打印通道或四个打印通道经由各通道上的喷孔喷出，具体打印过程中多个白色材料W通道是否同时喷墨根据实际像素点颜色需要来进行，其中，喷射各种材料对应的打印通道的具体排布顺序不受限制。

作为与第一实施例形成对比的现有技术的第一比较例，图6示出了第一比较例中相邻像素点墨滴排布的示意图，如图6中所示，第一比较例中每个像素点打印3个墨滴，每一列代表一个像素点，并且根据所述层非结构数据确定每个像素点的颜色，再通过喷射不同颜色墨滴形成像素点。具体地，在第一列使用青色材料C喷射3个墨滴形成青色的像素点，第二列使用品红色材料M喷射3个墨滴形成品红色的像素点，第二列使用黄色材料Y喷射3个墨滴形成黄色的像素点，以此类推。更为具体地，根据色彩组成理论，如果在第四列中需要形成蓝色像素点，则在第四列使用青色材料C喷射1个墨滴和以及使用品红色材料M喷射1个墨滴即可；如果在第六列中需要形成红色像素点，则在第六列使用黄色材料Y喷射1个墨滴和以及使用品红色材料M喷射1个墨滴即可；如果在第七列中需要形成绿色像素点，则在第七列使用青色材料C喷射1个墨滴和以及使用黄色材料Y喷射1个墨滴即可。但在实际的打印过程中，每个像素点都是通过喷射3个墨滴形成的，因此在第四列、第六列以及第七列上还会再额外使用某种颜色材料喷射1个墨滴，这样第四列、第六列以及第七列分别代表的像素点实际上无法实现预期的颜色，即预期的颜色在理论上通过喷射2个墨滴实现，但在实际的打印中需要再额外多喷射1个墨滴，这样最终叠加形成颜色必然与预期的颜色是不同的。本领域技术人员理解，如果通过控制在第四列、第六列以及第七列喷射墨滴的数量，即只喷射2个墨滴以实现预期的颜色，但是由于3D物体本质上是由每个墨滴堆积起来的，在每个墨滴体积相同的情况下每个像素点所包含的墨滴数不一致，每个像素点的总墨滴体积不一致，最终3D物体变形，精度受到影响。综上，基于现有技术的第一比较例是无法实现高精度的全彩色3D物体的打印。

进一步地，与第一比较例相比，结合图2和图5可以看出，不同颜色相邻像素点间材料相似度至少为33.3％，高达75％，在进行C、M、Y彩色光敏树脂材料的选择过程中对材料的性能一致性要求降低，拓宽了主材的应用范围，且在进行光固化过程中，在相同强度的光源照射下主材和辅材的综合固化速度和收缩率基本一致，有效提高了3D物体的成型精度。

进一步地，执行步骤S102，重复所述步骤S101形成多个层打印成果，以及执行步骤S103，多个所述层打印成果叠加形成所述混材3D物体。本领域技术人员理解，步骤S103是成型步骤，所述目标物体被分为很多层，通过前述步骤S101和步骤S102进行逐层打印并叠加，最终形成所述混材3D物体。更为具体地，步骤S103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所述混材3D物体。

作为本发明的第三实施例，所述主材为不同性质的材料，所述性质包括弹性、力学性能、固化性能等其他物理或者化学性能，相应地，所述层非结构数据为材料性质数据。具体地，所述层结构数据由N′个结构像素点数据组成，所述材料性质数据由M′个材料性质值组成，所述结构数据和所述材料性质数据都是一组有空间坐标的数据，驱动控制器根据N′个结构像素点数据和M′个材料性质值数据控制打印头喷射打印材料进行打印，最终形成层打印成果。

进一步地，作为第三实施例的一个实现方式，选择了两种不同弹性性能的光敏树脂材料作为所述主材，分别是性质材料A和性质材料B，则N₀＝2，辅助材料的选择也应根据实际需求通过结合性质材料A和性质材料B使用能最终打印出目标3D物体，本实施例中将辅助材料设为具有光敏性的辅助材料F。本实现方式中每个像素点通过2个墨滴形成，且每个像素点上同一种主材最多只能喷射1个墨滴，图7示出了本实现方式中相邻像素点墨滴排布示意图，其中，N₀＝2，N₁＝1，N₂＝1，其原理与图2或图5是类似，在此不予赘述。同样的，同一个像素点中墨滴的排布位置不受限制，如图8所示，性质材料A在不同像素点上对应的墨滴的排布位置不一样，但最终体现的还是性质材料A和辅助材料F的共同性质。

进一步地，图9示出了与第三实施例形成对比的第二比较例的相邻像素点墨滴排布的示意图。具体地，第二比较例中每个像素点由2个墨滴形成，且2个墨滴使用同样性质的材料喷射。通过对比图7和图9可以看出，图7中相邻像素点间材料相似度为50％，而图9中相邻像素点间材料相似度为0，因此通过第三实施例的方式打印不同性质材料3D物体时对所选主材之间的性能一致性没特别严格的要求，拓宽了主材的应用范围，且在进行光固化过程中在相同强度的光源照射下主材和辅材的综合固化速度和收缩率基本一致，有效提高了混材3D物体的成型精度。

作为本发明的第四实施例，如图10所示，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非结构信息获取所述层打印数据，所述层打印数据包括所述层结构数据和层非结构数据。具体地，步骤S201的目的在于将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非结构信息，接着将所述结构信息和非结构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。更为具体地，所述结构信息和非结构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非结构信息，再将每层的结构信息和非结构信息转化为层结构数据和层非结构数据。本领域技术人员理解，所述非结构信息包括色彩信息或者材料性质信息，相对应地，所述层非结构数据包括色彩值数据或者材料性质数据。

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或者选材。以配色为例，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S2021以及步骤S2022，所述步骤S2021与所述步骤S101是相同的，在此不予赘述。所述步骤S2022的目的是形成层支撑成果，所述层支撑成果基于所述层结构数据使用支撑材料逐一打印支撑像素点形成，具体地，在所述步骤S201中获取所述层结构数据时，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。所述步骤S2022的打印原理与所述步骤S101的打印原理是类似的，即，所述支撑材料包括主支撑材料和所述辅材，每个所述支撑像素点通过喷射多个支撑墨滴形成，且每个所述支撑墨滴使用一种主支撑材料或者一种所述辅材喷出。更为具体地，每个支撑像素点使用主支撑材料至少喷射1个主支撑材料墨滴，每个支撑像素点中，除主支撑材料墨滴外，其余为使用所述辅材喷射的辅材墨滴。优选地，每个支撑像素点的墨滴总数等于每个像素点的墨滴总数，每个支撑像素点的墨滴总数包括主支撑材料喷射的墨滴数量和使用辅材喷射的墨滴数量，每个像素点的墨滴总数等于使用主材喷射的墨滴数量和使用辅材喷射的墨滴数量。

作为步骤S2022的一个实现方式，当每个像素点喷射3个墨滴时，则每个支撑像素点也喷射3个墨滴，其中主支撑材料墨滴可以为3滴、2滴或1滴，对应的辅材墨滴为0滴、1滴或2滴，考虑到层支撑成果仅是支撑的作用后期要便于剥离，同时在支撑过程中又不影响目标3D物体的精度，本实现方式中选择主支撑材料墨滴为2滴，辅材墨滴为1滴，在同一个支撑像素点中，主支撑材料墨滴和辅材墨滴的排布位置不受限制。作为一种变化，当每个像素点喷射4滴墨时，则每个支撑像素点也喷射4滴墨，且选择每个支撑像素点中，主支撑材料墨滴为3滴，辅助材料墨滴为1滴。本领域技术人员可以在此基础上变化出更多的实现方式。

进一步地，在步骤S2021和步骤S2022的基础上，通过两种方式形成所述混材3D物体。第一种方式是：执行步骤S2031，首先重复步骤S201生成多个层打印数据，然后基于多个层打印数据重复步骤S2021形成多个层打印成果，同时还重复步骤S2022形成多个层支撑成果，所述层支撑成果为相邻两个层打印成果提供支撑。第二种方式是：多次重复步骤S201和S2021形成多个层打印成果，且多次重复步骤S201和步骤S2022形成多个层支撑成果，层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11示出了相邻两个层打印成果P1、P2与层支撑成果P的位置关系示意图，以便更加形象的表示步骤S2031的目的。

进一步地，第一种方式和第二种方式的不同之处在于：第一种方式是：首先分层软件对整个目标物体完成分层并获取了所有层对应的多个层打印数据，然后驱动控制器根据多个层打印数据控制打印头逐层打印，而第二种方式是：首先分层软件对目标物体分出一层并获取对应层的层打印数据，然后基于对应层的层打印数据完成对应层的打印，在打印的过程中，分层软件再对目标物体分出下一层并获取下一层的层打印数据，再基于下一层的层打印数据完成下一层的打印，以此方式周而复始重复操作，直至目标物体被打印完毕。本领域技术人员理解，上述两种方式均可以实现本发明的目的。

进一步地，在上述步骤的基础上，分别执行步骤S2041以及步骤S2042，多个所述层打印成果叠加形成所述混材3D物体，具体地，步骤S2041以及步骤S2042与步骤S103是类似的，在此不予赘述。

作为本发明的另一具体实施方式，图12和图13示出了一种混材3D物体的制作系统，主要包括：处理终端2，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非结构信息获取每层对应的所述层打印数据，结合前述实施例可知目标物体1可以为彩色物体或不同性质材料的物体，并基于每层的结构信息和非结构信息(指色彩信息或材料性质信息)获取每层对应的层打印数据；驱动控制器3，其基于所述层打印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13中示出了目标物体1，处理终端2，驱动控制器3，材料容器4包括主支撑材料容器4g和4h，主材容器4a、4b和4c，辅材容器4d、4e和4f，打印头5包括多个通道5a-5h，导轨6，支撑平台7，升降台8以及LED灯9a和9b等。结合前述关于第一实施例的描述，主材选用青色材料C、品红色材料M以及黄色材料Y，辅材选用白色材料W，每个像素点打印3个墨滴，其中，每个像素点中同一主材只能喷射1个墨滴，同时，每个支撑像素点也打印3个墨滴，其中2滴使用主支撑材料喷射，1滴使用辅材喷射。具体地，本发明中相同材料的容器数量不受限制，同一容器可以给多个喷射相同材料的打印通道供墨，且每个材料容器和打印通道对目标材料(包括主材、辅材以及主支撑材料等)没有选择性，图13中将主支撑材料的容器设为两个，同一主材的容器各设为一个，辅材容器设为三个，主支撑材料容器4g和4h均存储主支撑材料(S1)，给打印通道5g和5h供墨，主材容器4a存储青色材料C，给打印通道5a供墨，主材容器4b存储品红色材料M，给打印通道5b供墨，主材容器4c存储黄色材料Y，给打印通道5c供墨，辅材容器4d、4e和4f均存储白色材料w。所述处理终端2通过步骤S201的方式获取所述目标物体1的层打印数据，所述层打印数据包括层结构数据和层非结构数据。所述处理终端2将所述层打印数据发送到所述驱动控制器3，所述驱动控制器3根据图10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10对应步骤的描述。

作为一种变化，结合前述第二实施例的描述，主材选用青色材料C、品红色材料M以及黄色材料Y，辅材选用白色材料w，每个像素点打印4个墨滴，其中，使用同一主材只能喷射1个墨滴，同时，每个支撑像素点也打印4个墨滴，其中3滴使用主支撑材料喷射，1滴使用辅材喷射。相应地，则在图13示出的打印系统的基础上，打印头应多设一个主支撑材料通道和一个辅材通道。

作为另一种变化，结合前述第三实施例的描述，所述打印系统中材料容器按照如下方式设置，包括一个性质材料A的容器、一个性质材料B的容器、一个辅材F的容器以及一个主支撑材料的容器，相应的打印通道设置上性质材料A具有一个通道，性质材料B具有一个通道，辅材F具有一个通道，主支撑材料具有一个通道，具体各通道的排布顺序不受限制。

进一步地，驱动控制器3控制打印头5在一个像素点上喷射墨滴的方式为：驱动控制器3通过控制打印头各通道上的喷孔点火时间点，使其在同一像素点的位置喷射预期的墨滴数量，例如需要在青色像素点喷射3个墨滴，驱动控制器3控制盛放青色材料的材料容器向打印头青色材料通道供墨并控制青色材料通道通过喷孔在该像素点对应的位置喷射1滴青色材料墨滴，驱动控制器3还控制两个白色材料容器向各自的白色材料通道供墨并控制白色材料通道通过喷孔在该像素点对应的位置各喷射1滴白色材料墨滴。本领域技术人员可以在此基础上理解其他像素点的形成方式，在此不予赘述。

进一步地，如图13所示，在打印头5的两侧安装了两个LED灯9a和9b，打印头和LED灯均安装在导轨6上，在打印头进行逐层喷墨打印过程中，LED灯9a和9b可同时工作或交替工作，最终目的将每层的材料进行固化形成3D物体的层；升降台8在每打印完成一个层打印成果或者每打印完成多个层打印成果后下降一定的高度，之后继续完成其余层打印成果的打印，最终混材3D物体形成在支撑平台7上。

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 (10)

1.一种混材3D物体的制作方法，通过逐层打印的方式制成所述混材3D物体，其特征在于，包括如下步骤：

a.基于目标物体的层打印数据逐一打印像素点形成层打印成果，打印所述目标物体所需的主材的种类数为N₀，打印单个所述像素点所需的所述主材的种类数为N₁，打印该单个所述像素点所需的辅材的种类数为N₂，其中，N₁≤N₀，且当N₁＜N₀时N₂≥1；

b.重复所述步骤a形成多个层打印成果，且多个所述层打印成果叠加形成所述混材3D物体；

其中，通过喷射多个墨滴形成单个所述像素点，且每个所述墨滴使用一种所述主材或者一种所述辅材喷出，且一种所述主材只喷射一个所述墨滴；

其中，每个所述像素点包含的墨滴数量相同。

2.一种混材3D物体的制作方法，通过逐层打印的方式制成所述混材3D物体，其特征在于，包括如下步骤：

a.基于目标物体的层打印数据逐一打印像素点形成层打印成果，打印所述目标物体所需的主材的种类数为N₀，打印单个所述像素点所需的所述主材的种类数为N₁，打印该单个所述像素点所需的辅材的种类数为N₂，其中，N₁≤N₀，且当N₁＜N₀时N₂≥1；

b.重复所述步骤a形成多个层打印成果，且多个所述层打印成果叠加形成所述混材3D物体；

其中，每个所述像素点通过喷射多个墨滴形成，至少一个所述墨滴使用所述主材喷出和/或至少一个所述墨滴使用所述辅材喷出；

其中，至少一个所述墨滴使用所述主材喷出且多个所述墨滴使用同一种所述主材喷出；

其中，每个所述像素点包含的墨滴数量相同。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，至少一个所述墨滴使用所述辅材喷出且多个所述墨滴使用同一种所述辅材喷出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制作方法，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非结构信息获取所述层打印数据，所述层打印数据包括所述层结构数据和层非结构数据。

5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述非结构数据包括色彩数据和/或材料性质数据。

6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，在执行所述步骤b过程中，还执行如下步骤：

b1.基于所述层结构数据使用支撑材料逐一打印支撑像素点形成层支撑成果，所述层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6所述的制作方法，其特征在于，所述支撑材料包括主支撑材料和所述辅材，每个所述支撑像素点通过喷射多个支撑墨滴形成，且每个所述支撑墨滴使用一种主支撑材料或者一种所述辅材喷出。

8.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，每个所述支撑像素点使用至少一种主支撑材料和至少一种所述辅材打印。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，每个所述像素点包含的墨滴数量与每个所述支撑像素点包含的墨滴数量相同。

10.根据权利要求1-3和5-7和9中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述辅材为白色材料、透明材料或浅色材料中的任一种。