CN107914397B - 一种3d物体的定区打印方法及装置 - Google Patents

一种3d物体的定区打印方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种3D物体的定区打印方法及装置。本发明的3D物体的定区打印方法，包括如下步骤：a.基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应；b.基于所述最小外切矩形生成层特征数据；c.基于所述层特征数据和所述层打印图像数据打印层打印成果；d.重复所述步骤a至步骤c打印多个所述层打印成果，将多个所述层打印成果叠加形成3D物体。本发明一方面可以降低数据的传输量，另一方面还可以有效减少打印头在无打印区域的运动，既提高了数据传输效率，同时还提高3D物体的打印效率，节省了人力物力，降低3D物体制造成本。

Description

一种3D物体的定区打印方法及装置
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物体的定区打印方法及装置。
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。
通常在3D物体的制作过程中主要步骤可分为：
1)将目标3D物体的待打印模型转化为STL数据格式的数据或其它可被切片软件识别的数据格式的数据；
2)使用切片软件对待打印模型进行切片分层和数据处理；
3)打印机根据获取的打印数据进行逐层打印。
在实现上述步骤的过程中，现有技术中使用切片软件对模型进行切片分层时，首先确定能够容纳待打印模型的最小长方体，然后对该最小长方体进行切片形成多个切片层，即，现有技术在切片的过程中，并非按照待打印模型的实际尺寸切片，而是按照容纳待打印模型的最小长方体尺寸来计算，即容纳待打印模型的最小长方体的长、宽和高作为切片的外围尺寸，并且在进行切片分层时，每个切片层的面积是相等的，即，每个切片层的长和宽都等于容纳待打印模型的最小长方体的长和宽，其中切片层的厚度不受限制，只要所有切片层的厚度和等于容纳该模型的最小长方体的高即可，这样，打印机在实际打印的过程中，按照每个切片层尺寸运动，即，那么打印机根据获取的打印数据进行逐层打印时打印机的运动轨迹完全一致。
本领域技术人员理解，实际打印中待打印模型通常并不是规则的长方体形状，其可以是其他任意形状，如金字塔形、锥形或者其它不规则的形状。以金字塔形为例，按照现有技术对金字塔分层后形成的所有切片层中，除了金字塔底部对应的切片层实际需要打印的区域的长和宽等于容纳该金字塔的最小长方体的长和宽，其他切片层中实际需要打印的区域的长和宽均小于容纳该金字塔的最小长方体的长和宽，尤其是金字塔上端所在的切片层中实际需要打印的区域的长和宽远远小于容纳该金字塔的最小长方体的长和宽。
因此，采用现有技术的3D物体的打印方法，不论每个切片层实际需要打印的区域有多大，打印机在对每个切片层进行打印时其运动轨迹都是一致的，因此在大部分切片层上打印机进行着无打印区域的运动，无打印区域越大，需要打印的切片层数越多，则打印机的打印效率越低，同时也浪费了大量的人力和物力。
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物体的定区打印方法，包括如下步骤：
a.基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应；
b.基于所述最小外切矩形生成层特征数据；
c.基于所述层特征数据和所述层打印图像数据打印层打印成果；
d.重复所述步骤a至步骤c打印多个所述层打印成果，将多个所述层打印成果叠加形成3D物体。
优选地，所述步骤a包括如下步骤：
a1.对待打印模型进行切片获得多个所述切片层，获取所述切片层的所述切片层图像数据；
a2.遍历所述切片层图像数据并基于容纳所述层图像的所述最小外切矩形提取所述层打印图像数据。
优选地，通过以下任一方式重复所述步骤a：
对待打印模型进行全部切片分层后，获取全部所述切片层对应的全部所述层打印图像数据；
对待打印模型进行逐一切片分层，逐一获取每层所述切片层对应的所述层打印图像数据。
优选地，所述步骤a包括如下步骤：
a3.将待打印模型置于三维坐标系中，其中，水平方向为x轴，铅垂方向为z轴，y轴同时垂直于x轴和z轴，沿z轴方向对所述待打印模型进行切片获得多个所述切片层以及对应的多个所述切片层图像数据；
a4.基于所述切片层包含的所述层图像的x轴起始端点、x轴终止端点、y轴起始端点以及y轴终止端点确定所述最小外切矩形；
a5.提取所述最小外切矩形范围内所述切片层图像数据的数据作为所述层打印图像数据。
优选地，所述步骤b包括如下步骤：
b1.基于所述最小外切矩形的起点坐标、长边长度以及宽边长度生成所述层特征数据。
优选地，所述步骤a4包括如下步骤：
a41.逐一获取所述切片层的待打印像素点的坐标数据；
a42.将获取的所述待打印像素点的坐标数据逐一进行比较,直到所述切片层的全部所述待打印像素点的坐标数据获取和比较完成，进而筛选出x轴坐标最小值xmin和x轴坐标最大值xmax，y轴坐标最小值ymin和y轴坐标最大值ymax；
a43.基于所述xmin、xmax、ymin、ymax确定所述最小外切矩形。
优选地，所述步骤b1包括如下步骤：
b11.将(xmin，ymin)作为所述最小外切矩形的起始坐标，将xmax-xmin的数值作为所述最小外切矩形的长边长度，将ymax-ymin的数值作为所述最小外切矩形的宽边长度。
优选地，将多个所述切片层按照如下方式排序：
i.将所述待打印模型的底层相对应的所述切片层确定为第一切片层；
ii.以所述第一切片层为基准，沿z轴方向对多个所述切片层进行排序，则所述待打印模型的顶层相对应的所述切片层为最后切片层。
优选地，基于多个所述切片层的排序，从第一切片层或者所述最后切片层开始执行所述步骤a。
优选地，所述第一切片层不执行所述步骤a，且基于多个所述切片层的排序，从第二切片层或者所述最后切片层开始执行所述步骤a。
优选地，在执行所述步骤a之前执行如下步骤：
a′.判断所述切片层是否为所述第一切片层。
优选地，所述第一切片层对应的最小外切矩形的面积大于或者等于其余任一切片层对应的最小外切矩形的面积。
优选地，所述步骤c包括如下步骤：
c1.基于所述层特征数据控制打印头的运动轨迹；
c2.在所述打印头的运动过程中，基于所述层图像数据控制所述打印头执行打印动作。
优选地，所述三维坐标系的坐标原点为如下任一种：
所述待打印模型计划首次打印的起始位置为所述坐标原点；
所述待打印模型计划首次打印的起始位置的左下方的位置为所述坐标原点。
根据本发明的另一方面，还提供一种3D物体的定区打印装置，用于执行前述任一项所述的定区打印方法，包括：
处理终端，其用于将所述待打印模型进行分层得到多个切片层以及对应的多个所述切片层图像数据，基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应；基于所述最小外切矩形生成层特征数据；基于所述层打印图像数据生成层打印数据；
驱动控制器，其基于所述层特征数据和所述层打印图像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。
优选地，沿打印方向在所述打印头的一侧或两侧设置LED灯。
优选地，在所述打印头和所述LED灯之间设置较平装置。
优选地，还包括升降台，其用于承载3D物体。
本发明提供的3D物体的定区打印方法，在对待打印模型切片并获得切片层图像数据后，并基于所述切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应，之后，基于所述最小外切矩形生成层特征数据，并基于所述层特征数据和所述层打印图像数据打印层打印成果。通过这样的技术方案，当某个切片层对应的需要打印区域小于切片层面积时，能够确定出更为准确的实际打印区域并生成对应的层特征数据和层打印图像数据，这样一方面可以降低数据的传输量，另一方面还可以有效减少打印头在无效打印区域的运动，既提高了数据传输效率，同时还提高3D物体的打印效率，节省了人力物力，降低3D物体制造成本。
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物体的定区打印方法的流程图；
图2示出了本发明的一个具体实施方式的，基于切片层图像数据生成层打印图像数据的流程图；
图3示出了本发明的一个具体实施方式的，待打印模型圆锥体的结构示意图；
图4示出了本发明的一个具体实施方式的，容纳待打印模型圆锥体的最小长方体的结构示意图；
图5示出了本发明的一个具体实施方式的，圆锥体底面a对应的切片层的平面结构示意图；
图6示出了本发明的一个具体实施方式的，圆锥体横截面b对应的切片层未进行处理时的平面结构示意图；
图7示出了本发明的一个具体实施方式的，圆锥体横截面b对应的切片层进行处理时的示意图；
图8示出了本发明的一个具体实施方式的，圆锥体横截面b对应的切片层处理完成后的示意图；
图9示出了本发明的第一实施例的，在三维坐标系中，一种3D物体的定区打印方法的流程图；
图10示出了本发明的第一实施例的，基于所述切片层包含的所述层图像的x轴起始端点、x轴终止端点、y轴起始端点以及y轴终止端点确定所述最小外切矩形的流程图；
图11示出了本发明的第一实施例的，在三维坐标系中，待打印模型圆锥体的起始位置与三维坐标系原点重叠的示意图；
图12示出了本发明的第一实施例的，圆锥体底面a对应的切片层和横截面b对应的切片层未进行处理时投影到同一水平面的示意图；
图13示出了本发明的第一实施例的，圆锥体横截面b对应的切片层处理后和底面a对应的切片层投影到同一水平面的示意图；
图14示出了本发明的第二实施例的，在三维坐标系中，又一种3D物体的定区打印方法的流程图；
图15示出了本发明的第三实施例的，在三维坐标系中，又一种3D物体的定区打印方法的流程图；
图16示出了本发明的第三实施例的，在三维坐标系中，待打印模型圆锥体的起始位置与三维坐标系原点不重叠的示意图；
图17示出了本发明的第三实施例的，圆锥体底面a对应的切片层和横截面b对应的切片层未进行处理时投影到同一水平面的示意图；
图18示出了本发明的第三实施例的，圆锥体横截面b对应的切片层处理后和底面a对应的切片层投影到同一水平面的示意图；以及
图19示出了本发明的另一具体实施方式的，一种3D物体的定区打印装置的示意图。
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，提供一种3D物体的定区打印方法，包括如下步骤：
首先执行步骤S101，基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应。具体地，一个切片层对应一组所述切片层图像数据，所述切片层图像数据包括0位置数据和1位置数据，在0位置时不需要进行喷墨打印，而在1位置时需要进行喷墨打印，相应地，所有1位置对应的像素点组成的图像即为该切片层对应的层图像，而所述层图像置于所述最小外切矩形中，且所述层图像所有的最外侧端点均与所述最小外切矩形相切。更为具体地，所述层打印图像数据也包括0位置数据和1位置数据，即，所述切片层与所述最小外切矩形重叠区域所对应的0位置数据和1位置数据，本领域技术人员理解，在所述最小外切矩形的面积小于所述切片层面积时，所述层图像数据的数据量也小于所述切片层图像数据的数据量。
在一个具体实现方式中，图2示出了基于切片层图像数据生成层打印图像数据的流程图，即，所述步骤S101通过以下方式实现：
首先执行步骤S1011，对所述待打印模型进行切片获得多个所述切片层，获取所述切片层的所述切片层图像数据。具体地，可以将待打印模型转换成能被切片软件识别的数据格式的数据，所述切片软件识别的数据格式包括STL数据格式、PLY数据格式、或WRL数据格式等。一种方式为：对待打印模型进行全部切片分层后，获取全部所述切片层对应的全部所述层打印图像数据；另一种方式为：对待打印模型进行逐一切片分层，逐一获取每层所述切片层对应的所述层打印图像数据。在实际应用中，本领域技术人员可以使用切片软件对待打印模型进行切片分层，其具体方式为：根据待打印模型的外部轮廓确定一个能够容纳待打印模型的最小长方体，通过切片软件对所述最小长方体进行切片形成所述切片层，这样形成的每个切片层的长和宽都等于所述最小长方体的长和宽。更为具体地，以所述待打印模型是圆锥体为例，如图3和图4所示，图3为待打印模型圆锥体1的结构示意图，其中，a为待打印模型圆锥体1的底面，b为待打印模型圆锥体1的某一横截面，图4为容纳待打印模型圆锥体的最小长方体的结构示意图,图4中示出了容纳所述圆锥体1的最小长方体2以及所述最小长方体2水平方向的横截面c，所述横截面c的长为H，宽为W，本领域技术人员理解，所述切片层即为所述横截面c，所述切片层图像数据即为所述横截面c对应的数据。
之后，再执行步骤S1012，遍历所述切片层图像数据并基于容纳所述层图像的所述最小外切矩形提取所述层打印图像数据。具体地，所述层图像对应所述切片层实际需要进行喷墨打印的区域，所述切片层图像数据包括0位置数据和1位置数据，在遍历所述切片层图像数据的过程中，由于全部1位置数据对应确定所述层图像，因此根据最外沿的若干1位置数据即能够确定容纳所述层图像的所述最小外切矩形，这样，所述最小外切矩形所包含的所有0位置数据和1位置数据共同形成所述层打印图像数据。更为具体地，仍然以所述待打印模型是圆锥体为例，如图5和图6所示，其中，图5为包含圆锥体底面a的切片层ca的平面结构示意图，图6为包含圆锥体横截面b的切片层cb未进行处理时的平面结构示意图。
进一步地，结合图3至图6所示，如果将多个切片层投影到同一水平面，包含圆锥体底面a的切片层ca和包含圆锥体横截面b的切片层cb的形状和面积均是相同的，并且与所述最小长方体2的横截面c的形状和面积也是相同的，即，包括底面a的切片层ca的长和宽分别等于包含横截面b的切片层cb的长和宽，且长和宽实际上为最小长方体2的横截面c的长H和宽W。
进一步地，结合图7和图8所示可以更加清楚的理解对切片层图像数据进行处理的过程，图7为圆锥体横截面b对应的切片层cb进行处理时的示意图，图7中的矩形区域d即为容纳所述层图像的最小外切矩形d，其中，h为最小外切矩形的长，w为最小外切矩形的宽，相应地，h小于H，w小于W。在此基础上，对图7中切片层cb进行修正得到图8中的示意图，图8为圆锥体横截面b对应的切片层cb处理完成后的示意图,即包括横截面b的最小外切矩形d的示意图，则最小外切矩形d区域内的数据为部分切片层图像数据，即所述层打印图像数据。
进一步地，包括底面a的切片层ca可以作为待打印模型的第一切片层，则所述第一切片层上容纳实际需要打印区域的最小外切矩形与所述第一切片层完全重叠，而其他切片层上容纳实际需要打印区域对应的多个最小外切矩形均小于所述第一切片层，本领域技术人员理解，实际需要打印区域可以只由成型材料形成，也可以由成型材料和支撑材料形成，具体需要根据待打印模型确定。在一些变化例中，若待打印模型不是圆锥体，则其他若干切片层上容纳实际需要打印区域的所述最小外切矩形也可以等于所述第一切片层。
进一步地，执行步骤S102，基于所述最小外切矩形生成层特征数据。具体地，所述层特征数据用于控制打印头的运动轨迹，所述层特征数据至少包括最小外切矩形的起点坐标、长边长度以及宽边长度。本领域技术人员理解，在实际的打印过程中，所述打印头是在一个平面内往复运动的，只要确定了起点位置、运动长度以及运动宽度，即可控制所述打印头的整个运动轨迹，相应的，起点位置对应最小外切矩形的起点坐标，运动长度对应最小外切矩形的长边长度，宽边长度对应最小外切矩形的运动宽度。
进一步地，执行步骤S103，基于所述层特征数据和所述层打印图像数据打印层打印成果。具体地，所述层特征数据用于控制所述打印头的运动轨迹，所述层打印图像数据包括材料数据或颜色数据以及隐含的位置数据，所述层打印图像数据经过数据处理之后转换成层打印数据,所述层打印数据用于控制所述打印头是否进行喷墨打印，即，所述层打印数据是由0和1组成的数据，在打印头运动到0位置时，所述打印头不进行喷墨打印，在打印头运动到1位置时，则控制所述打印头进行喷墨打印，本领域技术人员理解，所述打印头在1位置时可以喷射成型材料，也可以喷射支撑材料，具体根据所述待打印模型而确定。相应地，在执行步骤S103时，将所述层特征数据和所述层打印图像数据对应的层打印数据发送到打印头即可。
进一步地，以待打印模型为圆锥体为例，结合图5至图8所示，每个所述切片层均存在不需要喷射成型材料或者支撑材料的打印区域(下称“无效打印区域”)，在现有技术中，打印每个层打印成果时，打印头的运动区域是相同的，其原因在于：现有技术的打印头均是基于切片层进行打印的，而每个切片层都是相同的，因此，若某个切片层对应的需要打印的区域较小，则打印该切片层时的无效打印区域较大；若某个切片层对应的需要打印的区域较大，则打印该切片层时的无效打印区域较小。通过本发明的步骤S101至步骤S103的技术方案，在打印不同的切片层时，根据切片层实际需要打印区域的不同，可以适应性的调整打印头的运动区域，以使每个切片层的无效打印区域能够最小化，例如，以打印第一切片层时打印头运动区域为标准打印区域，如果第二切片层对应需要打印的区域小于第一切片层对应需要打印的区域，在按照现有技术打印的过程中，会导致第二切片层的无效打印区域大于第一切片层的无效打印区域，而应用本发明的技术方案，则可以缩小第二切片层的无效打印区域。
进一步地，执行步骤S104，重复所述步骤S101至步骤103打印多个所述层打印成果，将多个所述层打印成果叠加形成3D物体。本领域技术人员理解，步骤S104是成型步骤，所述目标物体被分为很多层，通过前述步骤S101至步骤103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103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。
作为本发明的第一实施例，图9示出本发明在三维坐标系中一种3D物体的定区打印方法，包括如下步骤：
首先执行步骤S201，将待打印模型置于三维坐标系中，其中，水平方向为x轴，铅垂方向为z轴，y轴同时垂直于x轴和z轴，沿z轴方向对所述待打印模型进行分层获得一个切片层以及对应的切片层图像数据。具体地，结合图11在三维坐标系中，待打印模型圆锥体1的起始位置与三维坐标系原点重叠的示意图所示，首先将待打印模型圆锥体1置于三维坐标系中,确定容纳待打印模型圆锥体1的最小立方体2，然后对该最小立方体2沿z轴方向分层，则每个切片层对应的长度为H，宽度为W。本领域技术人员理解，所述三维坐标系的坐标原点可以是所述待打印模型计划首次打印的起始位置，或者所述三维坐标系的坐标原点为所述待打印模型计划首次打印的起始位置的左下方的位置，但只要将所述待打印模型置于三维坐标系后，所述待打印模型每个像素点对应的空间位置即已确定，相应地，每个像素点对应的空间坐标值也就已经确定。具体地，本实施例中，所述三维坐标系的坐标原点是所述待打印模型计划首次打印的起始位置，获得所述切片层的方式在前面已有叙述，在此不予赘述。更为具体地，如果多次执行步骤S201形成多个切片层，并将多个切片层投影到同一水平面，如图12圆锥体底面a对应的切片层和横截面b对应的切片层未进行处理时投影到同一水平面的示意图所示，多个切片层c实际上是相同的，无论是包括底面a的切片层，还是包括横截面b的切片层。
执行步骤S202，判断步骤S201中获得切片层是否为第一切片层，如果该切片层是第一切片层，则执行步骤S207；如果该切片层不是第一切片层，则开始执行步骤S203。具体地，以所述待打印模型的底层相对应的所述切片层作为第一切片层，沿z轴方向对多个所述切片层进行排序，所述待打印模型的顶层相对应的所述切片层为最后切片层，在本实施例中，所述第一切片层不执行所述步骤S203至步骤S206，即，基于多个所述切片层的排序，从第二切片层开始执行所述步骤S203至步骤S206。
进一步地，如果步骤S201中获得切片层不是第一切片层，则执行步骤S203，基于所述切片层包含的所述层图像的x轴起始端点、x轴终止端点、y轴起始端点以及y轴终止端点确定所述最小外切矩形。具体地，结合图12所示，圆锥体底面a以及圆锥体横截面b对应的切片层c均相同，而圆锥体底面a和圆锥体横截面b均对应各自实际需要打印的区域，所述x轴起始端点即为所述层图像沿x轴方向最靠近z轴的像素点，所述x轴终止端点即为所述层图像沿x轴方向最远离z轴的像素点，所述y轴起始端点即为所述层图像沿y轴方向最靠近x轴的像素点，所述y轴终止端点即为所述层图像沿y轴方向最远离x轴的像素点。相应地，所述x轴起始端点和所述x轴终止端点的连线作为所述最小外切矩形的长边，所述y轴起始端点和所述y轴终止端点的连线作为所述最小外切矩形的宽边。
在一个具体地实施例中，图10示出了基于所述切片层包含的所述层图像的x轴起始端点、x轴终止端点、y轴起始端点以及y轴终止端点确定所述最小外切矩形的流程图，本领域技术人员理解，图10中示出的是现实步骤S203的流程，也相当于图2中的步骤S1012中确定最小外切矩形的步骤，即，遍历所述切片层图像数据并确定容纳层图像的最小外切矩形的步骤，具体包括：
执行步骤S2031，逐一获取所述切片层的待打印像素点的坐标数据。具体地，在对切片层c进行处理前，如图12所示，所述切片层c的全部像素点既包括需要打印的像素点(底面a或者横截面b对应的全部像素点)，也包括不需要打印的像素点，相应地，可以基于切片层图像数据的1位置数据确定全部需要打印的像素点(即待打印像素点)，这样，即可逐一获取需要打印的像素点对应的坐标数据(即底面a或者横截面b对应的像素点的坐标数据)。
进一步地，执行步骤S2032，将获取的所述待打印像素点的坐标数据逐一进行比较,直到所述切片层的全部待打印像素点的坐标数据获取和比较完成，进而筛选出x轴坐标最小值xmin和x轴坐标最大值xmax，y轴坐标最小值ymin和y轴坐标最大值ymax。具体的获取和比较过程为：获取第一个待打印像素点的坐标数据(x1、y1)，获取第二个待打印像素点的坐标数据(x2、y2)，若x1＞x2，y1＞y2，则此阶段xmin1＝x2、xmax1＝x1、ymin1＝y2、ymax1＝y1；之后再获取第三个待打印像素点的坐标数据(x3、y3)，若x3＞x2，y3＞y2，x3＞x1，y3＞y1，则此阶段xmin2＝x2、xmax2＝x3、ymin2＝y2、ymax2＝y3；之后再获取第四个待打印像素点的坐标数据(x4、y4)，若x4＜x2，y4＞y2，x4＜x3，y4＞y3,则此阶段xmin3＝x4、xmax3＝x3、ymin3＝y2、ymax3＝y4，依次类推，直至所述切片层的全部待打印像素点的坐标数据全部获取和比较完成，最终的xmin、xmax、ymin、ymax。
进一步地，执行步骤S2033，基于所述xmin、xmax、ymin、ymax确定所述最小外切矩形。即，以(xmin，ymin)、(xmax，ymin)、(xmin，ymax)、(xmax，ymax)作为四个端点形成所述最小外切矩形d。
进一步地，在执行步骤S203的基础上，执行步骤S204，提取所述最小外切矩形范围内所述切片层图像数据的数据作为所述层打印图像数据。具体地，结合图12至图13所示，图13为圆锥体横截面b对应的切片层处理后和底面a对应的切片层投影到同一水平面的示意图,若所述最小外切矩形与所述切片层相同(如图12中示出的底面a对应的最小外切矩形和切片层)，则所述切片层图像数据和所述层打印图像数据是相同的；若所述最小外切矩形小于所述切片层(如图12中示出的横截面b对应的最小外切矩形和切片层)，则所述切片层图像数据的数据量大于所述层打印图像数据的数据量。更为具体地，可以基于所述最小外切矩形的全部图像数据确定所述层打印图像数据。
进一步地，在执行步骤S204的基础上，执行步骤S205，基于所述最小外切矩形的起点坐标、长边长度以及宽边长度生成所述层特征数据，即，所述层特征数据由起点坐标数据、长边长度数据以及宽边长度数据组成，本领域技术人员理解，基于该三种数据即可实现打印头运动轨迹的控制。具体地，在图10的具体实施例的基础上，结合图13所示，将(xmin，ymin)作为所述最小外切矩形d的起始坐标，将xmax-xmin的数值作为所述最小外切矩形d的长边长度，将ymax-ymin的数值作为所述最小外切矩形d的宽边长度。更为具体地，结合图8、图10以及图13，h＝xmax-xmin，w＝ymax-ymin。
本领域技术人员理解，结合图1对应的具体实施方式的描述，所述步骤S203至步骤S205实际上即为步骤S101和步骤S102的实现方式，即，基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应，基于所述最小外切矩形生成层特征数据。
进一步地，在执行步骤S203至步骤S205的基础上，执行步骤S206，基于所述层特征数据和所述层打印图像数据控制所述打印头打印层打印成果。本领域技术人员理解，所述步骤S206类似于步骤S103，在此不予赘述。
进一步地，如果步骤S201中获得切片层是第一切片层，则执行步骤S207，基于第一切片层对应的切片层图像数据获取第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度，结合图13所示，第一切片层的起点坐标为(0，0)，长边长度为H，宽边长度为W。本领域技术人员理解，结合之前的描述，通常情况下，即使基于第一切片层的层图像获得对应的最小外切矩形，该最小外切矩形实际上与第一切片层是相同的，因此，即使基于第一切片层对应的切片层图像数据生成第一切片层对应的层打印图像数据，但二者实际上是相同的数据，在本实施例中，省略了相应的步骤，可以加快数据处理的速度。
进一步地，在执行步骤S207的基础上，执行步骤S208，基于第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度控制打印头打印层打印成果。具体地，所述第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度用于控制所述打印头的运动轨迹，所述第一切片层对应的切片层图像数据包括材料数据或颜色数据以及隐含的位置数据，所述第一切片层对应的切片层图像数据经过数据处理之后转换成第一切片层对应的层打印数据,第一切片层对应的层打印数据用于控制所述打印头是否进行喷墨打印，即，第一切片层对应的层打印数据是由0和1组成的数据，在打印头运动到0位置时，所述打印头不进行喷墨打印，在打印头运动到1位置时，则控制所述打印头进行喷墨打印，本领域技术人员理解，所述打印头在1位置时可以喷射成型材料，也可以喷射支撑材料，具体根据所述待打印模型而确定，相应地，在执行步骤S208时，将所述第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度和所述第一切片层对应的层打印数据发送到打印头即可。
具体地，通过上述描述可以看出，在第一实施例中，是对所述待打印模型逐一分层、逐层处理并逐层打印的方式完成的，即在执行步骤S201和S202的基础上，进而执行步骤S207和执行步骤S208，或者执行步骤S203至步骤S206，重复执行前述步骤S201和S202以及选择确定的执行步骤,最终形成多个所述层打印成果。之后，执行步骤S209，将多个所述层打印成果叠加形成3D物体，所述步骤S209类似于步骤S104，在此不予赘述。
作为本发明的第二实施例，图14示出了在三维坐标系中又一种3D物体的定区打印方法，包括如下步骤：
执行步骤S301，将待打印模型置于三维坐标系中，其中，水平方向为x轴，铅垂方向为z轴，y轴同时垂直于x轴和z轴，沿z轴方向对所述待打印模型进行分层获得一个切片层以及对应的切片层图像数据。具体地，本实施例中，所述三维坐标系的坐标原点是所述待打印模型计划首次打印的起始位置，获得所述切片层的方式在前面已有叙述，在此不予赘述。
进一步地，执行步骤S302，判断步骤S301中获得切片层是否为第一切片层。具体地，在本实施例中，可以从所述待打印模型的底面开始切片分层，也可以从所述待打印模型的顶层开始切片分层，但无论采用何种分层顺序，均以所述待打印模型的底层相对应的所述切片层作为第一切片层，沿z轴方向对多个所述切片层进行排序，则所述待打印模型的顶层相对应的所述切片层为最后切片层。更为具体地，图14中示出的流程图中，第一切片层不执行所述步骤S303至步骤S305，除第一切片层的其余切片层需要执行所述步骤S303至步骤S305，相应地，可以从第二切片层开始执行所述步骤S303至步骤S305，还可以从所述最后切片层开始执行所述步骤S303至步骤S305。作为一种变化，所述第一切片层也可以执行所述步骤S303至步骤S305，这样，就不需要执行步骤S302,在步骤S301之后直接执行步骤S303至步骤S305以及基于步骤S304中的层打印图像数据和步骤S305中的层特征数据打印多个层打印成果。
进一步地，在步骤S302的基础上，如果步骤S301获得的切片层不是第一切片层，则执行步骤S303，基于所述切片层包含的所述层图像的x轴起始端点、x轴终止端点、y轴起始端点以及y轴终止端点确定所述最小外切矩形。
进一步地，在步骤S303的基础上，执行步骤S304，提取所述最小外切矩形范围内所述切片层图像数据的数据作为所述层打印图像数据。
进一步地，在步骤S304的基础上，执行步骤S305，基于所述最小外切矩形的起点坐标、长边长度以及宽边长度生成所述层特征数据。
进一步地，在步骤S302的基础上，如果步骤S301获得的切片层是第一切片层，执行步骤S306，基于第一切片层对应的切片层图像数据获取第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度。
进一步地，通过上述描述可以看出，在第二实施例中，是对所述待打印模型逐一分层、逐层处理，然后统一打印的方式完成的，即在执行步骤S301和S302的基础上，进而选择执行步骤S306和执行步骤S307，或者执行步骤S303至步骤S305，之后，再重复执行前述步骤S301和S302以及选择之后的执行步骤,进而获得第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度和其余切片层对应的多组层特征数据以及多组层打印图像数据，在此基础上，执行步骤S307，基于第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度和其余切片层对应的多组层特征数据以及多组层打印图像数据打印多个层打印成果，之后再执行步骤S308，多个所述层打印成果叠加形成3D物体。
本领域技术人员理解，第二实施例中各个步骤的实现方式可以参考第一实施例中的方式，在此不予赘述。第二实施例与第一实施例的主要区别在于：在实际的打印过程中，第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度和其余切片层对应的多组层特征数据以及多组层打印图像数据的发送方式不同。具体地，第二实施例中将整个待打印模型逐一切片分层，并对每个切片层逐一处理获得的第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度、宽边长度和其余切片层对应的多组层特征数据以及多组层打印图像数据，之后基于第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度、宽边长度和其余切片层对应的多组层特征数据以及多组层打印图像数据控制打印头统一打印形成多个层打印成果。而第一实施例中，每获得一个切片层，即对该切片层进行处理并将得到一组层特征数据以及一组层打印图像数据,基于该组层特征数据以及该组层打印图像数据控制打印头打印一个层打印成果，这样多次循环后形成多个层打印成果；如果获得的一个切片层为第一切片层，则对第一切片层进行处理并基于得到的第一切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度控制打印头打印一个层打印成果。
作为本发明的第三实施例，图15示出了在三维坐标系中,又一种3D物体的定区打印方法，包括如下步骤：
执行步骤S401，将待打印模型置于三维坐标系中，其中，水平方向为x轴，铅垂方向为z轴，y轴同时垂直于x轴和z轴，沿z轴方向对所述待打印模型进行全部分层获得全部切片层以及对应的全部切片层图像数据。具体地，结合图16所示，在三维坐标系中，待打印模型圆锥体的起始位置与三维坐标系原点不重叠的示意图所示,本实施例中，所述三维坐标系的坐标原点(0，0)位于所述待打印模型计划首次打印的起始位置的左下方的位置，待打印模型圆锥体1在三维坐标系中的起始位置坐标为(x0，y0)，其中x0≠0，y0≠0。如果将全部切片层投影到同一水平面，如图17所示，圆锥体底面a对应的切片层和横截面b对应的切片层未进行处理时投影到同一水平面的示意图，全部切片层c实际上是相同的，无论是包括圆锥体底面a的切片层，还是包括圆锥体横截面b的切片层。具体地，本实施例不同于第一实施例，本实施例中的切片层的端点坐标已经发生了变化，相对于第一实施例，在x轴方向偏移了x0距离，在y轴方向偏移了y0距离，但切片层的长度仍然为H，宽度仍然为W。
执行步骤S402，逐一判断全部切片层c是否为第一切片层，并将全部切片层区分为第一切片层(对应底面a)和其余切片层(对应包括横截面b在内的其余层图像)。具体地，在本实施例中，以待打印模型底层相对应的所述切片层作为第一切片层，沿z轴方向对多个所述切片层进行排序，则所述待打印模型的顶层相对应的所述切片层为最后切片层。步骤S402是步骤S403至步骤S405的基础步骤，即，步骤S403和步骤S404是针对其余切片层执行的，步骤S405是针对第一切片层执行的，步骤S403以及步骤S404同步骤S405的区别在于，前者对切片层图像数据作了进一步的处理，而后者并未对切片层图像数据进行处理。
在步骤S402的基础上，执行步骤S403，基于其余切片层对应的多组切片层图像数据生成多组层打印图像数据，多组所述层打印图像数据与容纳多个层图像的多个最小外切矩形相对应，以及步骤S405，基于第一切片层对应的切片层图像数据获取第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度。具体地，步骤S403可以结合步骤S101、步骤S203、步骤S303的描述实现。
在步骤S403的基础上，执行步骤S404，基于多个所述最小外切矩形生成多组层特征数据。具体地，步骤S404可以结合步骤S205的描述实现。更为具体地，由于本实施例中，待打印模型的起始位置发生了变化，因此相对于第一实施例中，结合图18所示，圆锥体横截面b对应的切片层处理后和圆锥体底面a对应的切片层投影到同一水平面的示意图，所述最小外切矩形d对应的层特征数据也发生了变化，具体地，在x轴方向偏移了x0距离，在y轴方向偏移了y0距离，但最小外切矩形的长度仍然为h，宽度仍然为w。
进一步地，执行步骤S406，基于第一切片层对应的切片层图像数据以及第一切片层的起点坐标、长边长度以及宽边长度和其余多个所述切片层对应的多组所述层特征数据以及所述层打印图像数据打印多个层打印成果。
进一步地，执行步骤S407，多个所述层打印成果叠加形成3D物体。
本领域技术人员理解，第三实施例中各个步骤的实现方式也可以参考第二实施例中的方式，在此不予赘述。第三实施例与第二实施例的主要区别在于：待打印模型的起始位置相对于三维坐标系的原点偏移，以及待打印模型切片分层和切片层图像数据处理方式不同。第三实施例中是将整个待打印模型一次性全部分层获得全部切片层以及对应的全部切片层图像数据，然后一次性对全部切片层图像数据进行判断完成处理步骤，而第二实施例中，是将待打印模型逐一切片分层，每获得一个切片层对对应的切片层图像数据进行判断和做出相应的处理，重复循环多次后完成全部切片层分层以及全部切片层图像数据的处理。
作为本发明的另一具体实施方式，如图19所示，提供一种3D物体的定区打印装置，包括：
处理终端3，其用于将待打印模型1进行分层得到多个切片层以及对应的多个所述切片层图像数据，基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应；基于所述最小外切矩形生成层特征数据；基于所述层打印图像数据生成层打印数据；
驱动控制器4，其基于所述层特征数据和所述层打印图像数据控制所述打印头执行打印动作；
打印头6，其用于喷射打印材料。
进一步地，所述处理终端和所述驱动控制器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，所述3D物体的定区打印装置中还设置材料存储器5，其用于存储待打印模型打印所需的材料，包括成型材料和支撑材料。具体地，材料存储器5的个数不受限制，具体根据待打印模型1所需的材料种类来确定。
进一步地，所述3D物体的定区打印装置，沿打印方向在所述打印头一侧或两侧分别设置LED灯7，其用于对打印的材料进行光固化形成目标3D物体的层；具体LED灯的数量根据实际需求来确定，本发明具体实施方式中在打印头两侧分别设置了LED灯。
进一步地，所述3D物体的定区打印装置，在所述打印头和LED灯之间设置校平装置8，本发明中校平装置具体结构不受限制，只要其能将打印的材料层校平即可，具体可以是校平棍或铣刀等，本发明具体实施方式中为校平棍。
进一步地，所述3D物体的打印装置，还包括升降平台9，其用于承载3D物体。
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 (18)

1.一种3D物体的定区打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应，其中，所述最小外切矩形通过获取所述切片层的待打印像素点的坐标数据并将获取的所述待打印像素点的坐标数据进行比较并筛选获得；
b.基于所述最小外切矩形生成层特征数据；
c.基于所述层特征数据和所述层打印图像数据打印层打印成果；
d.重复所述步骤a至步骤c打印多个所述层打印成果，将多个所述层打印成果叠加形成3D物体。
2.根据权利要求1所述的定区打印方法，其特征在于，所述步骤a包括如下步骤：
a1.对待打印模型进行切片获得多个所述切片层，获取所述切片层的所述切片层图像数据；
a2.遍历所述切片层图像数据并基于容纳所述层图像的所述最小外切矩形提取所述层打印图像数据。
3.根据权利要求2所述的定区打印方法，其特征在于，通过以下任一方式重复所述步骤a：
-对待打印模型进行全部切片分层后，获取全部所述切片层对应的全部所述层打印图像数据；
-对待打印模型进行逐一切片分层，逐一获取每层所述切片层对应的所述层打印图像数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定区打印方法，其特征在于，所述步骤a包括如下步骤：
a3.将待打印模型置于三维坐标系中，其中，水平方向为x轴，铅垂方向为z轴，y轴同时垂直于x轴和z轴，沿z轴方向对所述待打印模型进行切片获得多个所述切片层以及对应的多个所述切片层图像数据；
a4.基于所述切片层包含的所述层图像的x轴起始端点、x轴终止端点、y轴起始端点以及y轴终止端点确定所述最小外切矩形；
a5.提取所述最小外切矩形范围内所述切片层图像数据的数据作为所述层打印图像数据。
5.根据权利要求4所述的定区打印方法，其特征在于，所述步骤b包括如下步骤：
b1.基于所述最小外切矩形的起点坐标、长边长度以及宽边长度生成所述层特征数据。
6.根据权利要求5所述的定区打印方法，其特征在于，所述步骤a4包括如下步骤：
a41.逐一获取所述切片层的待打印像素点的坐标数据；
a42.将获取的所述待打印像素点的坐标数据逐一进行比较,直到所述切片层的全部所述待打印像素点的坐标数据获取和比较完成，进而筛选出x轴坐标最小值xmin和x轴坐标最大值xmax，y轴坐标最小值ymin和y轴坐标最大值ymay；
a43.基于所述xmin、xmax、ymin、ymax确定所述最小外切矩形。
7.根据权利要求6所述的定区打印方法，其特征在于，所述步骤b1包括如下步骤：
b11.将(xmin，ymin)作为所述最小外切矩形的起始坐标，将xmax-xmin的数值作为所述最小外切矩形的长边长度，将ymax-ymin的数值作为所述最小外切矩形的宽边长度。
8.根据权利要求2和3和5至7中任一项所述的定区打印方法，其特征在于，将多个所述切片层按照如下方式排序：
i.将所述待打印模型的底层相对应的所述切片层确定为第一切片层；
ii.以所述第一切片层为基准，沿z轴方向对多个所述切片层进行排序，则所述待打印模型的顶层相对应的所述切片层为最后切片层。
9.根据权利要求8所述的定区打印方法，其特征在于，基于多个所述切片层的排序，从第一切片层或者所述最后切片层开始执行所述步骤a。
10.根据权利要求8所述的定区打印方法，其特征在于，所述第一切片层不执行所述步骤a，且基于多个所述切片层的排序，从第二切片层或者所述最后切片层开始执行所述步骤a。
11.根据权利要求10所述的定区打印方法，其特征在于，在执行所述步骤a之前执行如下步骤：
a′.判断所述切片层是否为所述第一切片层。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的定区打印方法，其特征在于，所述第一切片层对应的最小外切矩形的面积大于或者等于其余任一切片层对应的最小外切矩形的面积。
13.根据权利要求1至3和5至7和9至11中任一项所述的定区打印方法，其特征在于，所述步骤c包括如下步骤：
c1.基于所述层特征数据控制打印头的运动轨迹；
c2.在所述打印头的运动过程中，基于所述层图像数据控制所述打印头执行打印动作。
14.根据权利要求5至7和9至11中任一项所述的定区打印方法，其特征在于，所述三维坐标系的坐标原点为如下任一种：
-所述待打印模型计划首次打印的起始位置为所述坐标原点；
-所述待打印模型计划首次打印的起始位置的左下方的位置为所述坐标原点。
15.一种3D物体的定区打印装置，用于执行权利要求1至14中任一项所述的定区打印方法，其特征在于，包括：
处理终端，其用于将所述待打印模型进行分层得到多个切片层以及对应的多个所述切片层图像数据，基于切片层图像数据生成层打印图像数据，所述层打印图像数据与容纳层图像的最小外切矩形相对应；基于所述最小外切矩形生成层特征数据；基于所述层打印图像数据生成层打印数据；
驱动控制器，其基于所述层特征数据和所述层打印图像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。
16.根据权利要求15所述的制作装置，其特征在于，沿打印方向在所述打印头的一侧或两侧设置LED灯。
17.根据权利要求16所述的制作装置，其特征在于，在所述打印头和所述LED灯之间设置较平装置。
18.根据权利要求17所述的制作装置，其特征在于，还包括升降台，其用于承载3D物体。
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