CN107457983B - 一种3d物体喷墨打印方法及系统 - Google Patents
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Abstract
Description
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3D物体喷墨打印方法及系统。
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)或喷墨打印技术等。其中，采用喷墨打印技术制作3D物体是近年来关注研究的热点之一。
喷墨打印技术主要是利用喷墨打印头喷出成型材料墨滴逐个打印像素点形成层打印成果，和/或通过喷出支撑材料墨滴逐个打印支撑像素点形成层支撑成果，多个层打印成果和/或多个层支撑成果逐层固化叠加最终形成3D物体，剥离3D物体中的支撑结构(若有支撑结构)得到目标3D物体。为了使3D物体的表面平整，通常最基本要求应满足每个像素点喷出的墨滴的总体积相同，现有技术中在采用喷墨打印技术打印一个彩色物体时，例如要求每个像素点打印3滴墨，成型材料为品红色(M)、黄色(Y)、青色(C)和白色(W)材料，另外还有支撑材料(S)，在进行支撑结构的打印时每个支撑像素点打印3滴支撑材料墨，因此打印头需设置三个支撑材料通道，在打印白色区域时每个像素点打印3滴白色材料墨滴，因此打印头需设置三个白色材料通道，在打印品红色区域时每个像素点打印1滴品红色墨滴和2滴白色墨滴，在打印黄色区域时每个像素点打印1滴黄色墨滴和2滴白色墨滴，在打印青色区域时每个像素点打印1滴青色墨滴和2滴白色墨滴，因此打印头需要设置一个品红色材料通道，一个青色材料通道和一个黄色材料通道，打印一个彩色物体至少需要的打印通道数量为CMYWWWSSS共9个。
在另一种打印方式中，当打印品红色区域时每个像素点打印2滴品红色墨滴和1滴白色墨滴，打印黄色区域时每个像素点打印2滴黄色墨滴和1滴白色墨滴，打印青色区域时每个像素点打印2滴青色墨滴和1滴白色墨滴，因此打印头需设置两个品红色材料通道，两个青色材料通道和两个黄色材料通道，打印一个彩色物体此时需要打印通道CCMMYYWWWSSS共12个。
本领域技术人员理解，若每个像素点打印的墨滴数为3滴以上时，则需要增加对应的打印通道，由此增加了打印头成本，另一方面由于3D喷墨打印用材料室温下粘度较大，打印头喷嘴容易堵塞，打印通道的数量越多，则喷嘴堵塞的风险越高，同时打印头在小车上占的位置也会增大，在相同时间内保证打印头从静止状态加速至目标速度后匀速进入工作区的加速距离增大，因此打印机体积要增大，一方面增加了打印机的制造成本，另一方面打印机占地面积增大影响美观且不方便搬运。
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3D物体喷墨打印方法，通过逐层打印的方式制成3D物体，包括如下步骤：
a.基于目标物体的层打印数据通过喷出墨滴的方式逐一打印像素点形成层打印成果，其中，打印头喷出的标准墨滴体积为V0，打印单个像素点所需墨滴的总体积为V且所需成型材料的种类数为S，则像素点体积系数F＝V/V0，且F≥S；
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3D物体。
优选地，所述层打印成果通过打印多个所述像素点形成，且打印每个所述像素点所需墨滴的总体积相等。
优选地，所述像素点体积系数F为大于1的整数。
优选地，打印单个所述像素点时，一个所述墨滴通过使用同一种所述成型材料喷出。
优选地，打印单个所述像素点时，一种所述成型材料通过一个所述墨滴喷出。
优选地，通过喷出多个所述墨滴形成单个所述像素点，其中，使用同一种所述成型材料打印X个所述墨滴且所述X为大于1的整数，X个所述墨滴对应X个墨滴体积，X个所述墨滴体积中的至少一个所述墨滴体积大于所述标准墨滴体积。
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通过喷出支撑墨滴的方式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，打印单个支撑像素点所需的支撑墨滴总体积为V1且所需的支撑材料种类数为S1，则支撑像素点体积系数F1＝V1/V0，且F1≥S1。
优选地，打印每个所述像素点所需墨滴的总体积等于打印每个所述支撑像素点所需支撑墨滴的总体积。
优选地，打印单个所述支撑像素点时，一种所述支撑材料通过一个所述支撑墨滴喷出。
优选地，通过喷出多个所述支撑墨滴形成单个所述支撑像素点，其中，使用同一种支撑材料打印Y个所述支撑墨滴且所述Y为大于1的整数，Y个所述支撑墨滴对应Y个支撑墨滴体积，Y个所述支撑墨滴体积中的至少一个所述支撑墨滴体积大于所述标准墨滴体积。
根据本发明的另一方面，提供一种3D物体喷墨打印系统，用于执行前述任一项所述的打印方法，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；
设置有驱动电压产生单元和驱动电压施加单元的驱动控制器，所述驱动控制器基于所述层打印数据控制所述驱动电压产生单元产生驱动电压，并控制所述驱动电压施加单元将所述驱动电压施加至打印头压电元件以使打印头执行打印动作；
打印头，其用于喷出打印材料，所述打印头包括至少一条成型材料通道和喷孔；或者
所述打印头包括至少一条成型材料通道、喷孔和至少一条支撑材料通道。
优选地，所述打印材料包括所述成型材料和/或所述支撑材料。
优选地，所述驱动电压产生单元产生的驱动电压值是变化的。
优选地，所述驱动电压产生单元产生的驱动电压波形是变化的。
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，还包括校平装置，其用于对所述层打印成果进行校平。
优选地，还包括升降台，其用于放置所述3D物体。
本发明涉及的打印方法及系统，通过喷出墨滴的方式逐一打印像素点形成层打印成果，其中，打印每个像素点所需的墨滴总体积相等，并且在使用同一种材料打印墨滴时通过控制驱动电压值的大小或驱动电压波形的变化实现单个墨滴体积的变化，其有益效果如下：
1)减少了打印头的打印通道数量，降低了打印头成本，另一方面也减少了打印头喷嘴堵塞的风险；
2)充分发挥打印通道上喷孔喷出墨滴的能力，将打印头相同材料的通道数减至最少，有效提高打印通道利用率，提高3D物体成型速度；
3)本发明中打印通道利用率高，结构紧凑，无需增大打印机整体结构来有效安装打印头，一方面减少了打印机制造成本，另一方面打印机占地面积小，既美观又便于搬运。
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3D物体喷墨打印方法的流程图；
图2和图3分别示出了第一实施例的，相邻像素点形成示意图和对应的成型材料通道设置示意图；
图4和图5分别示出了第二实施例的两种实现方式的，相邻像素点形成示意图；
图6示出了第二实施例的，对应的成型材料通道设置示意图；
图7和图8分别示出了第三实施例的，相邻像素点形成示意图和对应的成型材料通道设置示意图；
图9和图10分别示出了第四实施例的，相邻像素点形成示意图和对应的成型材料通道设置示意图；
图11和图12分别示出了第一比较例的，相邻像素点形成示意图和对应的成型材料通道设置示意图；
图13和图14分别示出了第二比较例的，相邻像素点形成示意图和对应的成型材料通道设置示意图；
图15和图16分别示出了第三比较例的，相邻像素点形成示意图和对用的成型材料通道设置示意图；
图17和图18分别示出了第四比较例的，相邻像素点形成示意图和对用的成型材料通道设置示意图；
图19示出了同一像素点中不同颜色材料或不同性质材料的墨滴排布示意图；
图20示出了第五实施例的，另一种3D物体喷墨打印方法的流程图；
图21示出了第五实施例的，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；
图22示出了本发明的另一个具体实施方式的，一种3D物体喷墨打印系统示意图；
图23示出了第六实施例的，另一种3D物体喷墨打印系统示意图；
图24示出了在喷墨周期T1中，不同驱动电压值下的驱动波；以及
图25和26示出了在喷墨周期T2、T3中，相同驱动电压值下的驱动波。
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3D物体喷墨打印方法，通过逐层打印的方式制成3D物体，包括如下步骤：
执行步骤S101，基于目标物体的层打印数据通过喷出墨滴的方式逐一打印像素点形成层打印成果，其中，打印头喷出的标准墨滴体积为V0，打印单个像素点所需墨滴的总体积为V且所需成型材料的种类数为S，则像素点体积系数F＝V/V0，且F≥S。具体地，所述层打印数据包括层结构数据和层非结构数据，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成型材料的种类相关，例如所述成型材料为不同颜色的材料，则所述层非结构数据为色彩值数据，又例如，所述成型材料为不同性质的材料，则所述层非结构数据为材料性质数据，所述不同性质的材料包括不同弹性性能、不同力学性能、不同固化性能等其他物理或者化学性能的材料。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个色彩值数据控制驱动电压产生单元产生驱动电压，并控制驱动电压施加单元将产生的所述驱动电压施加至打印头压电元件上促使成型材料从打印头喷孔中喷出并控制打印头执行打印动作，最终形成层打印成果。又例如，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′个材料性质值数据，则驱动控制器根据N′个结构像素点数据和M′个材料性质值数据控制驱动电压产生单元产生驱动电压，并控制驱动电压施加单元将产生的所述驱动电压施加至打印头压电元件上促使成型材料从打印头喷孔中喷出并控制打印头执行打印动作，最终形成层打印成果。
进一步地，所述层打印成果通过打印多个所述像素点形成，且打印每个所述像素点所需墨滴的总体积相等，这样保证了每个层打印成果的高度相等，进而提高了3D物体的成型精度。具体地，单个所述像素点包含的墨滴的总体积V大于打印头单个喷孔喷出的标准墨滴体积V0，同时墨滴的总体积V原则上应满足不大于单个所述像素点内能容纳的最大标准墨滴体积的总和，即，如果单个所述像素点包含的全部墨滴的体积均等于标准墨滴体积，且单个所述像素点内包含的标准墨滴之间处于叠加的边缘，满足此种情形下的单个所述像素点包含的全部墨滴的体积的总和即为最大标准墨滴体积的总和，相应地，本发明中打印单个所述像素点所需的墨滴的总体积V优选地不大于最大标准墨滴体积的总和。更为具体地，所述F的数值可以是小数也可以是整数，优选地，所述F为大于1的整数。
进一步地，打印头在喷出墨滴时，一个墨滴使用一种成型材料喷出，在通常情形下，标准墨滴通常指的是打印头单个喷孔能喷出的最小墨滴，在优选情形下，标准墨滴指的是当单个像素点中成型材料的种类数S等于像素点体积系数F时打印头喷孔喷出的一个墨滴，相应地，标准墨滴对应的体积即为标准墨滴体积。例如，在优选情形下，打印单个像素点需要品红色材料M、黄色材料Y以及辅材W三种成型材料打印，则F＝V/V0＝S＝3，即，所述标准墨滴体积相当于墨滴总体积的1/3，相应地，当通过喷出3个墨滴打印该像素点时，每个墨滴的体积等于所述V0。又例如，在通常情形下，打印单个像素点需要品红色材料M、黄色材料Y以及辅材W三种成型材料打印，而F＝V/V0＝4，即，所述标准墨滴体积相当于墨滴总体积的1/4，此时所述F大于所述S，相应地，当通过喷出4个墨滴打印该像素点时，每个墨滴的体积等于所述V0；当通过喷出3个墨滴打印该像素点时，则至少一个墨滴的体积大于所述V0。本领域技术人员可以结合上述举例变化出更多的应用情形，在此不予赘述。
进一步地，通过喷出多个墨滴打印单个像素点，具体地，形成单个像素点的多个墨滴可以全部是标准墨滴也可以部分是标准墨滴，其中，多个标准墨滴的体积虽然是相同的，但多个标准墨滴既可以使用同一种成型材料喷出也可以使用不同的成型材料喷出。具体地，若形成单个像素点的多个墨滴中只有部分是标准墨滴，另外一部分则是非标准墨滴，对于非标准墨滴而言，多个非标准墨滴的体积是可以变化的。更为具体地，当一个像素点中使用同一种成型材料喷出的墨滴的总体积大于标准墨滴体积V0时，则该种成型材料既可以通过一个非标准墨滴的方式喷出，也可以通过多个非标准墨滴的方式喷出，还可以通过标准墨滴加非标准墨滴的方式喷出，但其中的非标准墨滴对应的墨滴体积大于所述标准墨滴体积V0。例如，在打印一个像素点时，使用品红色材料喷出的墨滴总体积是标准墨滴体积的3倍，此时，既可以通过喷出1个3倍于所述V0的非标准墨滴的方式完成，也可以通过喷出2个1.5倍于所述V0的非标准墨滴的方式完成，也可以通过喷出1个标准墨滴加1个2倍于所述V0的非标准墨滴的方式完成。本领域技术人员可以在此基础上理解具体的实现方式。
作为第一实施例，待打印的目标物体是一个全彩色3D物体，成型材料种类为品红色材料M、黄色材料Y、青色材料C和白色材料W，打印单个像素点所需墨滴的总体积3倍于标准墨滴体积，即F＝3，V＝3V0。具体地，图2示出了相邻像素点形成示意图，在打印每个像素点的过程中，使用同一种成型材料喷出的墨滴的总体积大于所述V0时，该种成型材料通过单个打印通道的喷孔喷出，图2中每个圆圈或椭圆代表一个墨滴，每种成型材料对应的一个字母代表一个标准墨滴体积的该种成型材料，一个圆圈对应的墨滴的体积等于标准墨滴体积，一个椭圆对应的墨滴的体积大于标准墨滴体积，椭圆的大小不同代表单个墨滴的体积大小不同。
进一步地，结合图2所示，图中每一列代表一个像素点，同一像素点中墨滴是水平排布而不是纵向的叠加，可以看出打印不同像素点所需的墨滴数量并不完全相同，且每个墨滴的体积也不完全相同，但是每个像素点所含有的墨滴的总体积相同；其中，第一列代表白色像素点，通过喷出3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝1；第二列代表黑色像素点，通过喷出一个青色材料墨滴、一个品红色材料墨滴和一个黄色材料墨滴形成，且每个墨滴的体积等于标准墨滴体积，即V＝3V0，F＝3，S＝3；第三列代表青色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝2；第四列代表品红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝2；第五列代表黄色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝2；第六列代表深青色像素点，通过喷出2倍于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝2；第七列代表深品红色像素点，通过喷出2倍于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝2；第八列代表深黄色像素点，通过喷出2倍于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝3V0，F＝3，S＝2。具体地，图3中示出了对应于第一实施例的成型材料通道设置示意图，包括一个青色材料C通道、一个品红色材料M通道、一个黄色材料Y通道和一个白色材料W通道。
作为第二实施例，待打印的目标物体是一个全彩色3D物体，成型材料种类为品红色材料M、黄色材料Y、青色材料C、黑色材料BK和白色材料W，打印单个像素点所需墨滴的总体积5倍于标准墨滴体积，即F＝5，V＝5V0。具体地，图4示出了相邻像素点形成示意图，在打印每个像素点的过程中，使用同一种成型材料喷出的墨滴的总体积大于所述V0时，该种成型材料通过多个打印通道的喷孔喷出，图4中每个圆圈或椭圆代表一个墨滴，每种成型材料对应的一个字母代表一个标准墨滴体积的该种成型材料，一个圆圈对应的墨滴的体积等于标准墨滴体积，一个椭圆对应的墨滴的体积大于标准墨滴体积，椭圆的大小不同代表单个墨滴的体积大小不同。更为具体地，结合图4所示，图中每一列代表一个像素点，同一像素点中墨滴是水平排布而不是纵向的叠加，可以看出打印不同像素点所需的墨滴数量并不完全相同，且每个墨滴的体积也不完全相同，其中，第一列代表白色像素点，通过喷出2倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴和3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝1；第二列代表蓝色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝3；第三列代表青色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第四列代表品红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第五列代表黄色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第六列代表黑色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黑色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第七列代表红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝3；第八列代表绿色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝3。
作为第二实施例的另一种实现方式，在打印单个像素点中，在使用同一种材料喷出的墨滴的总体积不变以及设置的打印通道数量不变的条件下，改变单个墨滴体积的大小不影响最终目标3D物体的形成，如图5中，第一列代表白色像素点，通过喷出2.5倍于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝1；第二列代表蓝色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝3；第三列代表青色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第四列代表品红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第五列代表黄色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第六列代表黑色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黑色材料墨滴以及2倍于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝2；第七列代表红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个品红色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝3；第八列代表绿色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个黄色材料墨滴、等于标准墨滴体积的一个青色材料墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个白色材料墨滴形成，即V＝5V0，F＝5，S＝3。
进一步地，图6中示出了对应于第二实施例的成型材料通道设置示意图，包括一个青色材料C通道、一个品红色材料M通道、一个黄色材料Y通道、一个黑色材料BK通道和两个白色材料W通道。
作为第三实施例，待打印的目标物体是包含不同性质材料的3D物体，成型材料为A和T，例如其中成型材料A是主体材料具有一定的弹性性能，成型材料T为辅助材料且不具有弹性性能，配合成型材料A使用，使3D物体性能与成型材料A的性能存在差异，例如在每打印两个含有成型材料A的像素点中间隔打印一个成型材料T，最终目标物体的弹性性能小于成型材料A的弹性性能，则最终3D物体的弹性性能小于成型材料A的弹性性能，其中，打印单个像素点所需墨滴的总体积2倍于标准墨滴体积，即F＝2，V＝2V0。具体地，图7示出了相邻像素点形成示意图，在打印每个像素点的过程中，使用同一种成型材料喷出的墨滴的总体积大于所述V0时，该种成型材料通过单个打印通道的喷孔喷出，如图7从左往右，第一列、第二列、第四列、第五列、第七列和第八列每个像素点均是通过喷出等于标准墨滴体积的一个成型材料A墨滴以及等于标准墨滴体积的一个成型材料T墨滴形成，即F＝2，V＝2V0，S＝2；第三列和第六列每个像素点均是通过喷出2倍标准墨滴体积的一个成型材料T墨滴形成，即F＝2，V＝2V0，S＝1。更为具体地，图8示出了第三实施例中对应的成型材料通道设置示意图，包括一个成型材料A通道和一个成型材料T通道。
作为第四实施例，待打印的目标物体是包含不同性质材料的3D物体，成型材料为A、B和W，W是一种白色材料，打印单个像素点所需墨滴的总体积4倍于标准墨滴体积，即F＝4，V＝4V0。具体地，图9示出了相邻像素点形成示意图，在打印每个像素点的过程中，使用同一种成型材料喷出的墨滴的总体积大于所述V0时，该种成型材料通过多个打印通道的喷孔喷出，且至少一个墨滴的体积大于所述V0。具体地，如图9从左往右，第一列代表性能为成型材料A的性能的像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个成型材料A墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个成型材料A墨滴形成，即F＝4，V＝4V0，S＝1；第二列代表性能为成型材料B的性能的像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的一个成型材料B墨滴以及3倍于标准墨滴体积的一个成型材料B墨滴形成，即F＝4，V＝4V0，S＝1；第三列代表性能不同于成型材料A的性能的像素点，通过喷出2倍于标准墨滴体积的一个成型材料A墨滴以及2倍于标准墨滴体积的一个成型材料W墨滴形成，即F＝4，V＝4V0，S＝2；第四列代表性能不同于成型材料B的性能的像素点，通过喷出2倍于标准墨滴体积的一个成型材料B墨滴以及2倍于标准墨滴体积的一个成型材料W墨滴形成，即F＝4，V＝4V0，S＝2。本领域技术人员理解，作为一些变化，在使用同一种材料喷出的墨滴的总体积不变以及设置的打印通道数量不变的条件下，改变单个墨滴体积的大小不影响最终目标3D物体的形成。
为了更加清楚的理解上述各实施例中的技术方案，以下结合对应于上述各实施例的比较例进行说明。
作为对应于第一实施例的第一比较例，图11示出了相同区域的相邻像素点形成示意图，其中，打印单个像素点所需墨滴的总体积相等，单个像素点中单个墨滴的体积均相等且多个像素点中单个墨滴体积均相等。具体地，第一列代表白色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的3个白色材料墨滴形成；第二列代表黑色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个青色材料墨滴、1个品红色材料墨滴和1个黄色材料墨滴形成；第三列代表青色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个青色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成；第四列代表品红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个品红色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成；第五列代表黄色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个黄色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的2个白色材料墨滴形成；第六列代表深青色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的2个青色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的1个白色材料墨滴形成；第七列代表深品红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的2个品红色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的1个白色材料墨滴形成；第八列代表深黄色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的2个黄色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的1个白色材料墨滴形成。结合前面第一实施例的描述，第一实施例中打印每个像素点所需墨滴的总体积相等，但单个像素点中单个墨滴体积是可变化的，单个像素点中使用同一种成型材料的墨滴只喷出一次，且不同像素点中单个墨滴体积也是可变化的。
进一步地，图12示出了第一比较例对应的成型材料通道设置示意图，包括两个青色材料C通道、两个品红色材料M通道、两个黄色材料Y通道以及三个白色材料W通道，相比第一实施例对应的成型材料通道设置，第一实施例中减少了打印通道的数量，降低了打印头成本，另一方面也减少了打印头喷嘴堵塞的风险。具体地，第一实施例中单个喷孔喷出的墨滴体积是可调节控制的，能将喷孔喷出的单个墨滴体积调节至大于标准墨滴体积的整数倍，有效减少相同材料的打印通道数，提高了打印通道利用率，提高了3D物体的成型速度。本领域技术人员理解，第一实施例涉及的打印方式能够提高打印通道利用率，结构紧凑，无需增大打印机整体结构来有效安装打印头，一方面减少了打印机制造成本，另一方面打印机占地面积小，既美观又便于搬运。
作为对应于第二实施例的第二比较例，图13示出了相同区域的相邻像素点形成示意图，其中，打印单个像素点所需墨滴的总体积相等，单个像素点中单个墨滴的体积均相等且多个像素点中单个墨滴体积均相等。具体地，第一列代表白色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的5个白色材料墨滴形成；第二列代表蓝色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个青色材料墨滴、1个品红色材料墨滴以及3个白色材料墨滴形成；第三列代表青色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个青色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的4个白色材料墨滴形成；第四列代表品红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个品红色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的4个白色材料墨滴形成；第五列代表黄色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个黄色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的4个白色材料墨滴形成；第六列代表黑色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个黑色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的4个白色材料墨滴形成；第七列代表红色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个品红色材料墨滴、1个黄色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的3个白色材料墨滴形成；第八列代表绿色像素点，通过喷出等于标准墨滴体积的1个青色材料墨滴和1个黄色材料墨滴以及等于标准墨滴体积的3个白色材料墨滴形成。结合前面第二实施例的描述，第二实施例中打印每个像素点所需墨滴的总体积相等，但单个像素点中单个墨滴体积是可变化的，单个像素点中使用同一种成型材料喷出的多个墨滴可经由多个打印通道的喷孔喷出，且其中至少一个墨滴的体积大于标准墨滴体积，其中，多个像素点中的单个墨滴的体积也是可变化的。
图14示出了第二比较例对应的成型材料通道设置示意图，包括一个青色材料C通道、一个品红色材料M通道、一个黄色材料Y通道、一个黑色材料Y通道以及五个白色材料W通道，相比第二实施例对应的成型材料通道设置，第二实施例的优点与第一实施例的优点是类似的，在此不予赘述。
作为对应于第三实施例的第三比较例，图15示出了相同区域的相邻像素点形成示意图以及图16示出了第三比较例对应的成型材料通道设置示意图，具体地，图15中每一列代表一个像素点，每个像素点通过喷出两个墨滴形成，每个墨滴的体积等于标准墨滴体积，相应地，图16中的打印头设置了一个成型材料A通道和两个成型材料T通道。
作为对应于第四实施例的第四比较例，图17示出了相同区域的相邻像素点形成示意图以及图18示出了第四比较例对应的成型材料通道设置示意图，具体地，图17中每一列代表一个像素点，每个像素点通过喷出四个墨滴形成，每个墨滴的体积等于标准墨滴体积，相应地，图18中的打印头设置了四个成型材料A通道、四个成型材料B通道以及两个成型材料W通道。
本领域技术人员理解，通过对比第三实施例和第三比较例，以及对比第四实施例和第四比较例，本发明第三实施例和第四实施例的优点类似于第一实施例，在此不再赘述。
本领域技术人员理解，本发明中打印单个像素点时喷出的多个墨滴的排布顺序是可以变化的，具体如图19所示，其中图a和图b是第一实施例中打印青色像素点的墨滴排布，该两种墨滴排布方式不影响该青色像素点的颜色，图c-f是第二实施例中打印红色像素点的墨滴排布，该四种墨滴排布方式不影响该红色像素点的颜色，图g-h是第三实施例中打印同一像素点的两种不同的墨滴排布方式，该排布方式不影响该像素点体现的材料性能，图i-j是第四实施例中打印同一像素点的两种不同的墨滴排布方式，该排布方式不影响该像素点体现的材料性能。
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3D物体。
作为本发明的第五实施例，如图20示出了另一种3D物体喷墨打印方法的流程图，包括如下步骤：
首先执行步骤S201，将目标物体进行分层，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。具体地，基于所述层结构数据通过喷出支撑墨滴的方式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，打印单个支撑像素点所需的支撑墨滴总体积为V1且所需的支撑材料种类数为S1，则支撑像素点体积系数F1＝V1/V0，且F1≥S1。
进一步地，打印每个支撑像素点所需墨滴的总体积是相等的，且每个支撑像素点中的单个墨滴体积是可变化的，在打印一个支撑像素点的过程中，使用同一种支撑材料喷出的墨滴的总体积大于标准墨滴体积时，该种支撑材料可以通过喷出一个支撑墨滴的方式形成，也可以通过喷出多个支撑墨滴的方式形成且其中至少一个支撑墨滴体积大于标准墨滴体积，这与前述实施例中打印像素点的方式是类似，在此不予赘述。
进一步地，作为步骤S2022一种实现方式，当支撑材料的种类为支撑材料R和白色材料W两种时，对应于第一实施例的方式，打印单个支撑像素点所需支撑墨滴的总体积3倍于标准墨滴体积，即F1＝3，V1＝3V0，通过喷出等于标准墨滴体积的1个白色材料W墨滴以及2倍于标准墨滴体积的1个支撑材料R墨滴；对应于第二实施例的方式，打印单个支撑像素点所需支撑墨滴的总体积5倍于标准墨滴体积，即F1＝5，V1＝5V0，通过喷出2倍于标准墨滴体积的1个白色材料W墨滴以及3倍于标准墨滴体积的1个支撑材料R墨滴；对应于第四实施例的方式，打印单个支撑像素点所需支撑墨滴的总体积4倍于标准墨滴体积，即F1＝4，V1＝4V0，通过喷出2倍于标准墨滴体积的1个白色材料W墨滴以及2倍于标准墨滴体积的1个支撑材料R墨滴。作为步骤S2022另一种实现方式，当支撑材料的种类为一种支撑材料R时，与第三实施例相对应，打印单个支撑像素点所需墨滴的总体积2倍于标准墨滴体积，即F＝2，V＝2V0，通过喷出2倍于标准墨滴体积的1个支撑材料R墨滴打印支撑像素点即可。本领域技术人员理解，结合前述多个实施例中对于打印像素点方式的描述，可以变化出更多的实现方式，在此不予赘述。
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21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和步骤S2032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22示出了本发明的3D物体的打印系统示意图，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。
设置有驱动电压产生单元和驱动电压施加单元的驱动控制器3，所述驱动控制器基于所述层打印数据控制所述驱动电压产生单元产生驱动电压，并控制所述驱动电压施加单元将所述驱动电压施加至打印头压电元件以使打印头执行打印动作。通常一个喷墨周期喷出一滴墨，本发明中在不同喷墨周期中驱动电压值是可变化的，在保证打印头压电元件不被电压击穿的情况下，有两种喷墨方式，一种是：在相同驱动电压波形的条件下，驱动电压值越大打印头喷孔喷出的墨滴体积越大；另一种是：在不同喷墨周期中驱动电压值相同，改变驱动电压波形也能达到改变墨滴体积的目的。
打印头，其用于喷出打印材料(包括成型材料和支撑材料)，所述打印头包括至少一条成型材料通道和喷孔，或者所述打印头包括至少一条成型材料通道、喷孔和至少一条支撑材料通道。
作为第六实施例，图23具体描述了一种3D物体的打印系统，具体包括目标物体1，处理终端2，驱动控制器3，材料容器4包括成型材料容器4a、4b、4c和4d，支撑材料容器4e，打印头5包括多个打印通道5a-5e，导轨6，支撑平台7，升降台8、LED灯9a和9b以及校平装置10a和10b等，本发明中校平装置的具体结构不受限制，可以是校平棍、铣刀等，只要其能将每一层的表面校平即可，本发明中成型材料容器的个数不受限制，具体根据待打印目标物体所需的成型材料的种类来确定，本发明中打印通道的个数不受限制，具体根据实际打印需求来确定。
进一步地，结合前述第一实施例和第五实施例描述的打印原理，打印单个像素点所需墨滴的总体积3倍于标准墨滴体积，同一像素点中相同材料包括相同成型材料或相同支撑材料且相同材料通过一个墨滴的方式喷出，同一像素点中使用不同材料喷出的墨滴的体积可以相同也可以不同，不同像素点中相同材料喷出的墨滴的体积可以相同也可以不同，其中，成型材料种类包括品红色材料M、黄色材料Y、青色材料C和白色材料W，支撑材料为支撑材料R，相应地，材料容器4a设置为品红色材料M的容器，打印通道5a设置为品红色材料M的通道；材料容器4b设置为黄色材料Y的容器，打印通道5b设置为黄色材料Y的通道；材料容器4c设置为青色材料C的容器，打印通道5c设置为青色材料C的通道；材料容器4d设置为白色材料W的容器，打印通道5d设置为白色材料W的通道；材料容器4e设置为支撑材料R的容器，打印通道5e设置为支撑材料R的通道，具体不同材料之间通道排布顺序不受限制，本实施例中只是列举了其中一种排布方式。
进一步地，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20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20对应步骤的描述。
进一步地，驱动控制器3基于所述层打印数据控制驱动控制器3内部的驱动电压产生单元产生驱动电压，并控制驱动电压施加单元将所述产生的驱动电压施加至打印头5的压电元件上促使打印材料从打印头5的喷孔中喷出。具体执行打印动作的方式为：结合图2和图24所示，在一个喷墨周期T1中，当白色材料通道在执行第一列白色像素点的打印时，驱动控制器3控制驱动电压产生单元产生峰值为u1的电压，波形可以为正弦波、梯形波或其他形式的波，本实施例中选择梯形波，控制驱动电压施加单元将所述产生的峰值为u1的梯形波施加至打印头白色材料通道各喷孔对应的压电元件上，压电元件促使振动板发生振动，从而使压力腔室的体积发生改变致使压力腔室内的白色材料从喷孔中喷出，喷出墨滴的体积为Vu1；当白色材料通道在执行第三列青色像素点的打印或第四列品红色像素点的打印或第五列黄色像素点的打印时，驱动控制器3控制驱动电压产生单元产生峰值为u2的电压，波形和打印第一列白色像素点完全一致，此时喷出墨滴的体积为Vu2；当白色材料通道在执行第六列深青色像素点或第七列深品红色像素点或第八列深黄色像素点的打印时，驱动控制器3控制驱动电压产生单元产生峰值为u3的电压，波形和打印第一列白色像素点完全一致，此时喷出墨滴的体积为标准墨滴体积V0，其中，u1＞u2＞u3，Vu1＝3V0，Vu2＝2V0。
在一个变化例中，如图25和26所示，在喷墨周期T2、T3中，以白色材料通道执行第六列深青色像素点或第七列深品红色像素点或第八列深黄色像素点的打印时所需的电压值u3和波形为基础，白色材料通道在执行第一列白色像素点的打印时，驱动控制器3控制驱动电压产生单元产生峰值为u3的电压，其波形SP1由三个梯形波组成，前两个梯形波为非喷墨波形，其产生的振动在压力腔室中形成第一压力波和第二压力波，第三个梯形波为喷墨波，其产生的振动在压力腔室中形成的波与第一压力波和第二压力波在振动方向相同时叠加形成第三压力波，在第三压力波的作用下白色材料从喷孔中喷出；当白色材料通道在执行第三列青色像素点的打印或第四列品红色像素点的打印或第五列黄色像素点的打印时，驱动控制器3控制驱动电压产生单元产生峰值为u3的电压，其波形SP2由两个梯形波组成，第一个梯形波为非喷墨波形，其产生的振动在压力腔室中形成第一压力波，第二个梯形波为喷墨波，其产生的振动在压力腔室中形成的波与第一压力波在振动方向相同时叠加形成第二压力波，在第二压力波的作用下白色材料从喷孔中喷出。
进一步地，如图23所示，在打印头5的两侧安装了两个校平棍或是铣刀10a和10b、两个LED灯9a和9b，打印头、LED灯和(校平棍或铣刀)均安装在导轨6上，在打印头进行逐层喷墨打印过程中，校平棍或铣刀10a和10b交替工作，最终目的使每一层表面平整，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，实际应用中也可以打印多层进行一层校平，或打印多层进行一次固化；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。
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