CN108274741B - 有色三维模型的切层打印方法 - Google Patents

有色三维模型的切层打印方法 Download PDF

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Abstract

一种有色三维模型的切层打印方法，包括下列步骤：载入对应有色三维模型的模型数据；于有色三维模型旁添加挡污结构；对挡污结构及有色三维模型执行切层处理以产生多个挡污切片及多个模型切片并设定多个模型切片的颜色；及，控制多色三维打印机的成型喷头逐层打印所有挡污切片及模型切片，并控制多色三维打印机的上色喷头对已打印的模型切片进行上色。本发明可有效避免上色喷头于上色时将墨水喷溅至已打印的其他模型切片而造成混色，而可有效提升打印品质。

Description

有色三维模型的切层打印方法
技术领域
本发明的技术领域是与有色三维模型有关，特别有关于有色三维模型的切层打印方法。
背景技术
为了打印多色的三维实体模型，相关技术中已有一种使用熔融沉积成型(FusedDeposition Modeling，FDM)技术的多色三维打印机(multi-colour3D printer)被提出。前述多色三维打印机同时设置有用以进行三维打印的成型喷头及用以上色的上色喷头。
请同时参阅图1A至图1D，图1A为相关技术的多色三维打印机的第一打印示意图，图1B为相关技术的多色三维打印机的第二打印示意图，图1C为相关技术的多色三维打印机的第三打印示意图，图1D为相关技术的多色三维打印机的第四打印示意图，用以说明相关技术的多色三维打印机如何进行多色三维打印。
于开始打印后，多色三维打印机先控制成型喷头10打印一层模型切片140(如图1A所示)，并控制上色喷头12于模型切片140上喷印有色墨水(如黑色)以进行上色(如图1B所示)。接着，多色三维打印机控制成型喷头10于已上色的模型切片140上堆叠打印另一层模型切片142(如图1C所示)，并控制上色喷头12于模型切片142上喷印不同色的有色墨水(如蓝色)以进行上色(如图1D所示)。藉由重复上述打印及上色操作，多色三维打印机可生成多色三维实体模型。
于上述打印方法中，受限于上色喷头12无法精准地控制喷印范围，多色三维打印机于对模型切片142进行上色时，常发生墨水喷溅至打印范围外(如墨水喷溅至其他模型切片140外壁)的状况，这使得所生成的多色三维实体模型存在混色缺陷，而降低了打印品质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有色三维模型的切层打印方法，可自动添加挡污结构来于上色过程中遮挡朝打印范围外喷溅的墨水。
本发明公开了一种有色三维模型的切层打印方法，其特征在于，包括：
a)载入对应一有色三维模型的一模型数据并读取该模型数据的一形状数据及一颜色数据；
b)产生对应围绕该有色三维模型的一上色区域或被该上色区域围绕的一挡污结构的一挡污结构数据，并设定该挡污结构数据为使所对应的该挡污结构贴近但未接触该有色三维模型；
c)执行一切层处理来依据该挡污结构数据产生分别对应多个挡污切片的多个挡污切片数据，依据该形状数据产生分别对应多个模型切片的多个模型切片数据，并依据该颜色数据产生分别对应该多个模型切片数据的多个上色数据，其中各该挡污切片数据、各该模型切片数据及各该上色数据分别记录有一层数标记；及
d)控制一多色三维打印机的一成型喷头依据该多个挡污切片数据及该多个模型切片数据逐层打印该多个外部挡污切片及该多个模型切片，并于相同层的该外部挡污切片及该模型切片打印完成时，依据相同层的该上色数据控制该多色三维打印机的一上色喷头对已打印的该模型切片进行上色，藉以使所列出的该挡污结构是贴近但未接触所列出的该有色三维模型。
优选地，该步骤b是产生对应一外部挡污结构的该挡污结构数据并设定该挡污结构数据为使该外部挡污结构围绕该上色区域的外壁并与该上色区域的外壁距离一间距。
优选地，该步骤b包括：
b1)产生对应该外部挡污结构的该挡污结构数据；
b2)经由修改该挡污结构数据来于该外部挡污结构上形成一拆除结构或一支撑外缘；及
b3)经由修改该挡污结构数据来添加该外部挡污结构至围绕该上色区域的外壁的位置。
优选地，该步骤b2是于该外部挡污结构上形成一缺口。
优选地，该步骤b2是于该外部挡污结构未围绕该上色区域的部分上形成该缺口。
优选地，该步骤d包括：
d1)依据相同层的该挡污切片数据及该模型切片数据控制该成型喷头先打印一层该外部挡污切片，再打印相同层的该模型切片；
d2)依据相同层的该上色数据控制该上色喷头对已打印的该模型切片的上截面进行上色；及
d3)重复执行该步骤d1至该步骤d2直到所有该外部挡污切片及所有该模型切片打印完成且所有该模型切片上色完成。
优选地，该步骤d1是于打印该外部挡污切片后，控制该成型喷头执行一残料回抽操作，再打印相同层的该模型切片。
优选地，该步骤b包括下列步骤：
b4)产生对应该外部挡污结构的该挡污结构数据，其中该外部挡污结构是空心且该外部挡污结构的一挡墙部分的厚度符合一外部厚度；及
b5)修改该挡污结构数据来添加该外部挡污结构至围绕该上色区域的外壁且与该上色区域的外壁距离一外部间距的位置。
优选地，该步骤b4包括：
b41)依据该外部间距、该外部厚度及该形状数据的一模型长度与一模型宽度决定一结构长度及一结构宽度；
b42)依据该形状数据的一模型高度决定一结构高度；
b43)产生对应该有色三维模型的一副本模型的一副本模型数据，并经由修改该副本模型数据来执行一挖空处理，使该副本模型的一挡墙部分的厚度符合该外部厚度；及
b44)经由修改该副本模型数据来依据该结构长度、该结构宽度及该结构高度放大该副本模型并将修改后的该副本模型数据作为该挡污结构数据。
优选地，该步骤b4更包括一步骤b45)于判断该副本模型数据所对应的该副本模型包括一底座结构或一顶盖结构时，经由修改该副本模型数据来移除该底座结构或该顶盖结构。
优选地，更包括一步骤e)于判断该模型数据所对应的该有色三维模型为开放壳件时，产生对应被该上色区域围绕且贴近但未接触该上色区域的内壁的一内部挡污结构的另一该挡污结构数据，。
优选地，该步骤b是产生对应一内部挡污结构的该挡污结构数据并设定该挡污结构数据为使该挡污结构被该上色区域围绕且与该上色区域的内壁距离一间距。
优选地，该步骤b包括：
b6)产生对应该内部挡污结构的该挡污结构数据；
b7)经由修改该挡污结构数据来于该内部挡污结构上形成一拆除结构或一支撑内缘；及
b8)经由修改该挡污结构数据来添加该内部挡污结构至被该上色区域的内壁围绕的位置。
优选地，该步骤d包括：
d4)依据相同层的该挡污切片数据及该模型切片数据控制该成型喷头先打印一层该内部挡污切片，接着打印相同层的该模型切片；
d5)依据相同层的该上色数据控制该上色喷头对已打印的该模型切片的上截面进行上色；及
d6)重复执行该步骤d4至该步骤d5直到所有该模型切片及所有该内部挡污切片完成打印且所有该模型切片完成上色。
优选地，该步骤b包括：
b8)产生对应该内部挡污结构的该挡污结构数据；及
b9)修改该挡污结构数据来添加该内部挡污结构至被该上色区域的内壁围绕并与该上色区域距离一内部间距的位置。
优选地，该步骤b8包括：
b81)依据该内部间距、一内部厚度及该形状数据的一模型长度与一模型宽度决定一结构长度及一结构宽度；
b82)依据该形状数据的一模型高度及一底座高度决定一结构高度；
b83)产生对应该有色三维模型的一副本模型的一副本模型数据，并经由修改该副本模型数据来执行一挖空处理，使该副本模型的一挡墙部分的厚度符合该内部厚度；及
b84)经由修改该副本模型数据来依据该结构长度、该结构宽度及该结构高度缩小该副本模型，并将修改后的该副本模型数据作为该挡污结构数据。
优选地，该步骤b8更包括一步骤b85)于判断该副本模型数据所对应的该副本模型包括一底座结构或一顶盖结构时，经由修改该副本模型数据来移除该底座结构或该顶盖结构。
本发明可有效避免墨水喷溅至已打印的其他模型切片而造成混色，而可有效提升打印品质。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为相关技术的多色三维打印机的第一打印示意图；
图1B为相关技术的多色三维打印机的第二打印示意图；
图1C为相关技术的多色三维打印机的第三打印示意图；
图1D为相关技术的多色三维打印机的第四打印示意图；
图2为本发明第一实施例的多色三维打印机架构图；
图3为本发明第一实施例的切层打印方法流程图；
图4A为第一有色三维模型示意图；
图4B为添加外部挡污结构示意图；
图4C为图4B的切层处理结果剖视示意图；
图5为本发明第二实施例的切层打印方法部分流程图；
图6A为不须上色的三维模型示意图；
图6B为中心有色三维模型示意图；
图6C为单区域有色的三维模型示意图；
图6D为多区域有色的三维模型示意图；
图7为本发明第三实施例的切层打印方法部分流程图；
图8A为第二有色三维模型及放大的副本模型示意图；
图8B为移除底座结构及顶盖结构的外部挡污结构示意图；
图8C为添加辅助结构后的外部挡污结构示意图；
图9A为第一缺口示意图；
图9B为第二缺口示意图；
图9C为第三缺口示意图；
图10为本发明第四实施例的切层打印方法部分流程图；
图11A为本发明第四实施例的第一打印示意图；
图11B为本发明第四实施例的第二打印示意图；
图11C为本发明第四实施例的第三打印示意图；
图11D为本发明第四实施例的第四打印示意图；
图11E为本发明第四实施例的第五打印示意图；
图12为本发明第五实施例的切层打印方法流程图；
图13A为第三有色三维模型示意图；
图13B为添加内部挡污结构示意图；
图13C为图13B的切层处理结果剖视示意图；
图14为本发明第六实施例的切层打印方法部分流程图；
图15为单区域添加内部挡污结构示意图；
图16为本发明第七实施例的切层打印方法部分流程图；
图17A为第四有色三维模型及缩小的内部挡污结构示意图；
图17B为移除底座结构及顶盖结构并添加辅助结构的内部挡污结构示意图；
图18为本发明第八实施例的切层打印方法部分流程图；
图19A为本发明第八实施例的第一打印示意图；
图19B为本发明第八实施例的第二打印示意图；
图19C为本发明第八实施例的第三打印示意图；
图19D为本发明第八实施例的第四打印示意图。
其中，附图标记
10…成型喷头
12…上色喷头
140、142…模型切片
1…多色三维打印机
100…成型喷头
102…上色喷头
104…记忆模块104
106…连接模块106
108…人机界面108
110…控制模块
2…电子装置
20…切层软件
30…耗材供应装置
32…墨匣
40…有色三维模型
42…外部挡污结构
44…模型切片
46…外部挡污切片
600、602、606、612…有色三维模型
604、608、614、616…上色区域
610、618、620…外部挡污结构
80、88…有色三维模型
82、82'、82″、84、86、90…外部挡污结构
1100、1104…外部挡污切片
1102…模型切片
1200…打印边界
1202…喷印范围
1204、1206…侧壁
1300…有色三维模型
1302…内部挡污结构
1304…模型切片
1306…内部挡污切片
1500…有色三维模型
1502…上色区域
1504…内部挡污结构
1700…有色三维模型
1702、1702'…内部挡污结构
1900…外部挡污切片
1902…模型切片
1904…内部挡污切片
S10-S18…第一切层打印步骤
S20-S22…第一外部挡污结构添加步骤
S300-S312…第二外部挡污结构添加步骤
S400-S410…第一打印步骤
S500-S512…第二切层打印步骤
S60-S62…第三外部挡污结构添加步骤
S700-S712…第四外部挡污结构添加步骤
S800-S814…第二打印步骤
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
首请参阅图2，为本发明第一实施例的多色三维打印机架构图。本实施例揭露了一种三维打印系统，包括多色三维打印机1及切层软件20。切层软件20于被电子装置2(如台式电脑、笔记型电脑、云端伺服器或智能型手机)执行后，可载入对应有色三维模型的模型数据，经由修改模型数据对多色三维模型进行处理，并产生三维打印数据(即后述挡污切片数据、模型切片数据或上色数据，三维打印数据可以G-code表示)。多色三维打印机1可依据三维打印数据进行打印来生成对应多色三维模型的多色三维实体模型。
多色三维打印机1主要包括成型喷头100、上色喷头102、记忆模块104、连接模块106、人机界面108及控制模块110。
成型喷头100连接耗材供应装置30，并可使用耗材进行三维打印。
于一实施例中，多色三维打印机1是熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)三维打印机，耗材供应装置30可提供热塑性耗材(如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚乳酸(PLA))至成型喷头100，成型喷头100可加热耗材至半熔融态以进行三维打印。
于一实施例中，多色三维打印机1是光固化成形(Stereo-lithography，SL)三维打印机，耗材供应装置30可提供液态的光敏树脂(UV curable resin)至成型喷头100，成型喷头100可喷印光敏树脂并对所喷印的光敏树脂施加光照(如紫外光或雷射光)使其固化以进行三维打印。
上色喷头102连接储存有墨水的墨匣32。于一实施例中，上色喷头102可包括多个子喷头，各子喷头分别连接不同色(如青色(Cyan)、洋红色(Magenta)、黄色(Yellow)及黑色(blacK))的多个墨匣32，并可经由混色来实现全彩打印。
记忆模块104用以储存数据(如前述三维打印数据)。连接模块106(如USB模块、PCIbus模块、Wi-Fi模块或蓝牙模块)用以连接电子装置2，并自电子装置2接收三维打印数据。人机界面108(如按键、显示器、指示灯、蜂鸣器或上述任意组合)用以接受使用者操作并输出打印相关信息。
控制模块110可依据三维打印数据控制成型喷头100及上色喷头102进行打印。
续请同时参阅图3及图4A至图4C，图3为本发明第一实施例的切层打印方法流程图，图4A为第一有色三维模型示意图。图4B为添加外部挡污结构示意图，图4C为图4B的切层处理结果剖视示意图。本发明各实施例的有色三维模型的切层打印方法(下称切层打印方法)主要是由图2所示的打印系统1来加以实现。于图3的实施例中，切层打印方法包括下列步骤。
切层软件20于被电子装置2执行后，可控制电子装置2执行步骤S10-S16。
步骤S10：电子装置2载入对应有色三维模型(如图4A所示有色三维模型40)的模型数据。并且，电子装置2读取模型数据的形状数据及颜色数据，前述形状数据是对应有色三维模型的各部位的形状，前述颜色数据是对应有色三维模型的各部位的颜色。
步骤S12：电子装置2产生对应挡污结构的挡污结构数据，其中挡污结构是围绕有色三维模型，并贴近但未接触有色三维模型。
于一实施例中，电子装置2是产生对应外部挡污结构的挡污结构数据来添加围绕或部分围绕所载入的有色三维模型的有色区域(容后详述)的外壁的外部挡污结构，并且，电子装置2是设定挡污结构数据来使外部挡污结构是贴近但未接触有色区域的外壁，即外部挡污结构是距离有色区域的外壁预设的距离(如0.1公分)。
举例来说，如图4B所示，电子装置2可生成外部挡污结构42，使外部挡污结构42围绕有色三维模型40，并使外部挡污结构42与有色三维模型40间隔预设的外部间距(如0.1毫米)，其中外部挡污结构42的挡墙部分的厚度符合预设的外部厚度(如0.3毫米)。
于另一实施例中，电子装置2是产生对应内部挡污结构的挡污结构数据来添加被所载入的有色三维模型的有色区域的内壁围绕或部分围绕的内部挡污结构(如图13B所示的内部挡污结构1302)，并且，电子装置2是设定挡污结构数据来使内部挡污结构是贴近但未接触上色区域的内壁，即内部挡污结构是距离有色区域的内壁预设的距离(如0.1公分)，但不以此为限。
步骤S14：电子装置2执行切层处理来依据挡污结构数据产生分别对应多个挡污切片的多个挡污切片数据，依据形状数据产生分别对应多个模型切片的多个模型切片数据，并依据颜色数据产生分别对应多个模型切片数据的多个上色数据。
经由切层处理，电子装置2可切割外部挡污结为多个外部挡污切片(如图4C所示外部挡污切片46)，切割有色三维模型为多个模型切片(如图4C所示模型切片44)，并设定各模型切片的颜色。
于一实施例中，各挡污切片数据、各模型切片数据及各上色数据分别记录有一层数标记，前述层数标记是用以标示各挡污切片数据、各模型切片数据或各上色数据所对应的一层数。
步骤S16：电子装置2传送所产生的三维打印数据(即所有挡污切片数据、模型切片数据及上色数据)至多色三维打印机1。
接着，多色三维打印机1的控制模块110经由连接模块106接收三维打印数据后，可执行步骤S18：控制模块110依据所有挡污切片数据及其层数标记控制成型喷头100逐层打印所有外部挡污切片以生成外部挡污实体模型，依据所有模型切片数据及其层数标记控制成型喷头100逐层打印所有模型切片并依据所有上色数据及其层数标记控制上色喷头102进行上色以生成有色三维实体模型。
具体而言，于打印过程中，控制模块110是于相同层的外部挡污切片及模型切片打印完成后，依据相同层的上色数据控制上色喷头102对已打印的模型切片进行上色。
值得一提的是，由于已打印的挡污切片(即外部挡污切片及/或内部挡污切片)是围绕并贴近已打印的模型切片，于上色过程中，喷溅至打印范围外(即喷溅至已打印的模型切片的上截面外)的墨水会被已打印的挡污切片阻挡，而不会喷溅至其他已打印的模型切片的外壁或内壁。
藉由本发明的各个实施例来进行打印，可有效避免墨水喷溅至已打印的其他模型切片而造成混色，而可有效提升打印品质。
续请同时参阅图5及图6A至图6D，图5为本发明第二实施例的切层打印方法部分流程图，图6A为不须上色的三维模型示意图，图6B为中心有色三维模型示意图，图6C为单区域有色的三维模型示意图，图6D为多区域有色的三维模型示意图。图5的实施例是以产生对应外部挡污结构的挡污结构数据为例来进行说明。相较于图3所示的实施例，于图5的实施例中，切层打印方法的步骤S12包括以下步骤。
步骤S20：电子装置2判断有色三维模型是否包括任一上色区域。
若电子装置2于有色三维模型中识别任一上色区域，则执行步骤S22以产生挡污结构数据来添加外部挡污结构。否则，电子装置2执行步骤S14。
举例来说，若有色三维模型不包括任何上色区域(如图6A所示，有色三维模型600不包括任何上色区域，即打印此有色三维模型时不须上色)，或有色三维模型虽包括上色区域，但上色区域并非位于边缘(如图6B所示，上色区域604位于有色三维模型602中心，即打印有色三维模型602时墨水不会喷溅至外壁)时，电子装置2可判定不须添加外部挡污结构(即不执行步骤S22)，并执行步骤S14。
步骤S22：电子装置2产生对应外部挡污结构的挡污结构数据来添加外部挡污结构，并使外部挡污结构围绕所识别的上色区域的外壁，以于进行上色时可遮挡朝外壁喷溅的墨水而避免非预期混色或染色。
举例来说，如图6C所示，若有色三维模型606仅包括单一上色区域608时，电子装置2可仅添加一组外部挡污结构610，且外部挡污结构610仅围绕上色区域608，而不完全围绕有色三维模型606的外壁。
于另一例子中，如图6D所示，若有色三维模型612包括多个上色区域614、616时，电子装置2可分别针对各上色区域614、616添加外部挡污结构618、620。
本发明经由针对上色区域添加外部挡污结构，可有效减少所添加的外部挡污结构的总体积，进而减少打印外部挡污结构所使用的耗材量。
于一实施例中，外部挡污结构所围绕的范围可略大于上色区域的范围。藉此，可进一步提升挡污效果。
续请同时参阅图7及图8A至图8C，图7为本发明第三实施例的切层打印方法部分流程图，图8A为第二有色三维模型及放大的副本模型示意图，图8B为移除底座结构及顶盖结构的外部挡污结构示意图，图8C为添加辅助结构后的外部挡污结构示意图。图7的实施例是以产生对应外部挡污结构的挡污结构数据为例来进行说明。于图7的实施例中，外部挡污结构是经由修改有色三维模型的副本模型所产生。
相较于图3所示的实施例，图7的实施例中，切层打印方法的步骤S12包括以下步骤。
步骤S300：电子装置2取得预设的外部间距及外部厚度。接着，电子装置2依据外部间距、外部厚度及形状数据的模型长度、模型宽度及模型高度分别决定欲生成的外部挡污结构的结构长度、结构宽度及结构高度。前述形状数据的模型长度、模型宽度及模型宽度是对应有色三维模型(如图8A所示有色三维模型80)的模型长度(即于X轴长度)、模型宽度(即于Y轴长度)及模型高度(即于Z轴长度)。
于一实施例中，电子装置2是依据下述式(一)至式(三)来计算结构长度、结构宽度及结构高度：
结构长度＝(模型长度+外部间距×2)…式(一)
结构宽度＝(模型宽度+外部间距×2)…式(二)
结构高度＝模型高度………………………式(三)
于一实施例中，使用者可依据上色喷头102的喷墨孔径来调整外部间距及外部厚度，以最佳化挡污效果。
步骤S302：电子装置2产生对应有色三维模型的副本模型的副本模型数据。于一实施例中，副本模型数据所对应的副本模型的形状及大小皆与模型数据所对应的有色三维模型相同且是不须上色的。
于一实施例中，电子装置2还经由修改副本模型数据来对副本模型执行挖空处理，以使副本模型内部成为空心的且挡墙部分的厚度符合外部厚度。
步骤S304：电子装置2经由修改副本模型数据来放大所生成的副本模型，以使副本模型的长度、宽度及高度符合所决定的结构长度、结构宽度及结构高度(如图8A所示放大的副本模型82)，并将放大的副本模型作为外部挡污结构，即将修改后的副本模型数据作为前述挡污结构数据。
步骤S306：电子装置2判断外部挡污结构是否包括底座结构或顶盖结构。
若电子装置2判断外部挡污结构包括底座结构或顶盖结构则执行步骤S308。否则，电子装置2执行步骤S310。
步骤S308：电子装置2经由修改副本模型数据来移除外部挡污结构的底座结构或顶盖结构，以使外部挡污结构成为开放壳件(如图8B所示，外部挡污结构82’的内部空间与外部空间相连通)。
步骤S310：电子装置2对外部挡污结构进行修改，以于外部挡污结构上形成辅助结构。于一实施例中，前述辅助结构可为拆除结构(如缺口)或支撑外缘(如图8C所示的外部挡污结构82”，其包括了支撑外缘及两个连续缺口)。
本发明经由于外部挡污结构上设置支撑外缘，可提供外部挡污结构额外的支撑力，避免外部挡污结构于打印过程中因倒塌或倾斜而无法发挥挡污功能，甚至沾黏打印中的有色三维模型，而导致打印失败。
电子装置2接着执行步骤S312：电子装置2经由修改挡污结构数据来将外部挡污结构添加至有色三维模型的特定位置。于一实施例中，电子装置2是将外部挡污结构添加至围绕有色三维模型且与有色三维模型距离前述外部间距的位置。接着，执行步骤S14。
续请同时参阅图9A至9C，图9A为第一缺口示意图，图9B为第二缺口示意图，图9C为第三缺口示意图。
于一实施例中，拆除结构可形成不连续缺口(如图9A所示的外部挡污结构84的缺口)或厚度较薄的凹陷处(如图9B所示的外部挡污结构86的凹陷处)。藉此，可使外部挡污结构84、86的各部分于打印过程中具有足够的连结力而不会分离，并于打印完成后方便拆卸。
值得一提的是，如图9C所示，于打印的有色三维模型为不对称模型(如锥体模型)时，由于所生成的有色三维实体模型88的上半部的宽度与下半部的宽度不同，使用者无法以推动的方式来分离有色三维实体模型88与外部挡污实体模型90。本发明经由于外部挡污结构上设置拆除结构，可供使用者方便且快速地拆除外部挡污实体模型(如沿着缺口拆卸外部挡污实体模型90)，而不会对有色三维实体模型造成破坏。
续请同时参阅图10及图11A至图11E，图10为本发明第四实施例的切层打印方法部分流程图，图11A为本发明第四实施例的第一打印示意图，图11B为本发明第四实施例的第二打印示意图，图11C为本发明第四实施例的第三打印示意图，图11D为本发明第四实施例的第四打印示意图。相较于图3所示的实施例，图11E为本发明第四实施例的第五打印示意图。图10的实施例是以产生对应外部挡污结构的挡污结构数据为例来进行说明。相较于图3所示的实施例，于图10的实施例中，切层打印方法的步骤S18包括以下步骤。
步骤S400：多色三维打印机1的控制模块110依据一层的挡污切片数据控制成型喷头100打印一层外部挡污切片1100(如图11A所示)。
步骤S402：于打印完成一层外部挡污切片1100后，控制模块110控制成型喷头100执行残料回抽操作，以将打印外部挡污切片1100的残料回抽至喷头内部，来避免半熔融态的残料溢出，而使得成型喷头100于下次进行打印(即于步骤S404中打印模型切片1102)时会发生过度吐料的情况，而于所打印的打印模型切片1102上形成打印瑕疵并使打印品质不佳。
步骤S404：控制模块110依据相同层(即相同层数标记)的模型切片数据控制成型喷头100移动并打印相同层(即具有相同层高)的模型切片1102(如图11B所示)。
于一实施例中，于打印完成模型切片1102后，控制模块110可控制成型喷头100再次执行残料回抽操作。
步骤S406：控制模块110判断已打印的模型切片1102是否需进行上色。
于一实施例中，控制模块110依据相同层的上色数据判断已打印的模型切片1102是否需进行上色。
若控制模块110判断需上色，则执行步骤S408。否则，控制模块执行步骤S410。
步骤S408：控制模块110依据相同层的上色数据控制上色喷头102对已打印的模型切片1102的上截面喷印墨水(如图11C所示)。
值得一提的是，于上色过程中，喷溅至上截面外的墨水会被已打印的外部挡污切片1100阻挡，而不会喷溅至其他已打印的模型切片的外壁。
以图11D为例，于上色过程中，上色喷头102是被限制于打印边界1200(打印边界1200一般不会超出模型切片1102的侧壁1206上方)内移动，而无法于模型切片1102的上截面外进行喷印，即上色喷头102的喷印范围1202的中心必须位于模型切片1102的上截面上方。
由于上述限制，所喷印的墨水仅会由打印边界1200内向外喷溅，而不会由打印边界1200外向内喷溅。因此，本发明所添加的外部挡污切片的侧壁1204可吸附喷溅至打印边界1200外的墨水，而可有效避免所喷溅的墨水滴落至模型切片1102的侧壁1206，而造成色彩污染。
步骤S410：控制模块110判断是否所有模型切片及外部挡污切片皆打印完成，且所有已打印的模型切片皆上色完成。
若控制模块110判断打印完成，则结束切层打印方法。否则，再次执行步骤S400至步骤S408以继续堆叠打印下一层的模型切片及外部挡污切片。
值得一提的是，于上色过程中，由于成型喷头100长时间处于待机状态，这使得半溶融的残料会逐渐自成型喷头100溢出。上述情况使得成型喷头100于再次进行打印时会发生过度吐料的情况，而形成打印瑕疵并降低打印品质。
为解决上述问题，本发明的一实施例于上色完成后先打印外部挡污切片，再打印模型切片，可有效使瑕疵仅会发生于嗣后会被丢弃的已打印的外部挡污切片(如图11E所示，线段状的瑕疵发生于已打印的外部挡污切片1104)，而不会发生于已打印的模型切片，而可有效提升打印品质。
续请同时参阅图12及图13A至图13C，图12为本发明第五实施例的切层打印方法流程图，图13A为第三有色三维模型示意图，图13B为添加内部挡污结构示意图，图13C为图13B的切层处理结果剖视示意图。
本实施例的切层打印方法可于判断有色三维模型为开放壳件时，进一步添加内部挡污结构。本实施例的步骤S500、S502是与图3所示的步骤S10、S12相同或相似，于此不再赘述。
切层软件20于被电子装置2执行后，可控制电子装置2执行步骤S500及S502，并执行步骤S504：电子装置2判断所载入的模型数据所对应的有色三维模型(如图13A所示有色三维模型1300)是否为开放壳件(即此有色三维模型的内部空间与外部空间是相连通，而可直视其内壁的颜色、形状或构造)。
若电子装置2判断有色三维模型为开放壳件，则执行步骤S506。否则，电子装置2结束本实施例的切层打印方法，并执行如图3所示的实施例的步骤S14-S18来对非为开放壳件的有色三维模型进行切层处理及打印处理。
步骤S506：电子装置2产生对应内部挡污结构的另一笔挡污结构数据来添加被所载入的有色三维模型的内壁围绕或部分围绕的内部挡污结构。于一实施例中，内部挡污结构是贴近但未接触有色三维模型的内壁。
举例来说，如图13B所示，挡污结构数据所对应的内部挡污结构1302是被有色三维模型1300的内壁围绕，并使内部挡污结构1302与有色三维模型1300间隔预设的内部间距(如0.1毫米)，其中内部挡污结构1302的挡墙部分的厚度符合预设的内部厚度(如0.3毫米)。
步骤S508：电子装置2执行切层处理来依据挡污结构数据产生分别对应多个挡污切片的多个挡污切片数据，依据形状数据产生分别对应多个模型切片的多个模型切片数据，并依据颜色数据产生分别对应多个模型切片数据的多个上色数据。
经由切层处理，电子装置2对有色三维模型、外部挡污结构及内部挡污结构(若内部挡污结构存在)执行切层处理，来切割外部挡污结为多个外部挡污切片，切割有色三维模型为多个模型切片(如图13C所示模型切片1304)，并切割内部挡污结为多个内部挡污切片(如图13C所示内部挡污切片1306)。并且，电子装置2依据有色三维模型的不同部位的颜色设定各模型切片的颜色。
于一实施例中，各挡污切片数据、各模型切片数据及各上色数据分别记录有一层数标记，前述层数标记是用以标示各挡污切片数据、各模型切片数据或各上色数据所对应的一层数。
步骤S510：电子装置2传送所产生的三维打印数据(即所有挡污切片数据、模型切片数据及上色数据)至多色三维打印机1。
接着，多色三维打印机1的控制模块110经由连接模块106接收三维打印数据并执行步骤S512：控制模块110依据所有挡污切片数据及其层数标记控制成型喷头100逐层打印所有外部挡污切片及内部挡污切片以分别生成外部挡污实体模型及内部挡污实体模型，依据所有模型切片数据及其层数标记控制成型喷头100逐层打印所有模型切片并依据上色数据及其层数标记控制上色喷头102进行上色以生成有色三维实体模型。
具体而言，于打印过程中，控制模块110是于相同层的外部挡污切片、模型切片及内部挡污切片打印完成后，依据相同层的上色数据控制上色喷头102对已打印的模型切片进行上色。
值得一提的是，由于已打印的外部挡污切片是围绕并贴近已打印的模型切片的外壁且已打印的内部挡污切片是围绕并贴近已打印的模型切片的内壁，于上色过程中，喷溅至打印范围(即已打印的模型切片的上截面)外的墨水会被已打印的外部挡污切片及已打印的内部挡污切片阻挡，而不会喷溅至其他已打印的模型切片的外壁或内壁。
藉此，本发明经由添加内部挡污结构，可有效避免墨水喷溅至已打印的其他模型切片的内壁而造成混色，而可有效提升打印品质。
续请同时参阅图14及图15，图14为本发明第六实施例的切层打印方法部分流程图，图15为单区域添加内部挡污结构示意图。相较于图12所示的实施例，本实施例的切层打印方法的步骤S506包括以下步骤。
步骤S60：电子装置2判断有色三维模型是否包括任一上色区域。
若电子装置2于有色三维模型中识别任一上色区域，则执行步骤S62以产生挡污结构数据来添加内部挡污结构。否则，电子装置2不产生挡污结构数据而不添加内部挡污结构并接着执行步骤S508。
更进一步地，若电子装置2判断有色三维模型虽包括上色区域，但上色区域是位于有色三维模型外围(即打印此有色三维模型时墨水不会喷溅至内壁)，电子装置2可判定不须产生挡污结构数据来添加内部挡污结构并接着执行步骤S508。
步骤S62：电子装置2产生挡污结构数据来添加内部挡污结构，并使内部挡污结构被所识别的上色区域的内壁所围绕，以藉由内部挡污结构于进行上色时遮挡朝内壁喷溅的墨水而避免非预期混色或染色。
举例来说，如图15所示，若有色三维模型1500包括上色区域1502时，电子装置2可添加一组内部挡污结构1504，且内部挡污结构1504仅围绕上色区域1502，而不完全围绕有色三维模型1500的内壁。藉此，多色三维印表机1在打印上色区域1502并进行上色时，朝内喷溅的墨水将会被围绕上色区域1502的内壁的内部挡污结构1504所遮挡。
续请同时参阅图16及图17A至图17B，图16为本发明第七实施例的切层打印方法部分流程图，图17A为第四有色三维模型及缩小的内部挡污结构示意图，图17B为移除底座结构及顶盖结构并添加辅助结构的内部挡污结构示意图。本实施例中，内部挡污结构是经由修改有色三维模型的副本模型所产生。
相较于图12所示的第五实施例，本实施例的切层打印方法的步骤S506包括以下步骤。
步骤S700：电子装置2取得预设的内部间距及内部厚度。接着，电子装置2依据内部间距、内部厚度及形状数据的模型长度、模型宽度、模型高度及底座高度分别决定欲生成的内部挡污结构的结构长度、结构宽度及结构高度。前述形状数据的模型长度、模型宽度、模型高度及底座高度是对应有色三维模型(如图17A所示有色三维模型1700)的模型长度、模型宽度、模型高度及底座高度(若底座存在)。
于一实施例中，电子装置2是依据下述式(四)至式(六)来计算内部挡污结构的结构长度、结构宽度及结构高度：
结构长度＝(模型长度-内部间距×2)…式(四)
结构宽度＝(模型宽度-内部间距×2)…式(五)
结构高度＝模型高度-底座高度…式(六)
步骤S702：电子装置2产生对应有色三维模型的副本模型的副本模型数据。于一实施例中，副本模型数据所对应的副本模型的形状及大小皆与模型数据所对应的有色三维模型相同且是不须上色的。
更进一步地，电子装置2可经由修改副本模型数据来对副本模型执行挖空处理，以使副本模型内部成为空心的且挡墙部分的厚度符合内部厚度，以节省内部挡污结构的打印成本。于其他实施例中，电子装置2亦可不执行挖空处理。
步骤S704：电子装置2经由修改副本模型数据来缩小所生成的副本模型，以使副本模型的长度、宽度及高度符合所决定的结构长度、结构宽度及结构高度(如图17A所示缩小的副本模型1702)，并将缩小的副本模型作为内部挡污结构即将修改后的副本模型数据作为前述挡污结构数据。
步骤S706：电子装置2判断内部挡污结构是否包括底座结构或顶盖结构。
若电子装置2判断内部挡污结构包括底座结构或顶盖结构则执行步骤S708。否则，电子装置2执行步骤S710。
步骤S708：电子装置2经由修改挡污结构数据来移除内部挡污结构的底座结构或顶盖结构，以使内部挡污结构成为开放壳件。
步骤S710：电子装置2经由修改挡污结构数据来对内部挡污结构进行修改，以于内部挡污结构上形成辅助结构(如前述拆除结构或支撑内缘)，即如图17B所示的包括支撑内缘及两个连续缺口的内部挡污结构1702’。
本发明经由于内部挡污结构上设置支撑内缘，可提供内部挡污结构额外的支撑力，避免内部挡污结构于打印过程中因倒塌或倾斜而无法发挥挡污功能，甚至沾黏打印中的有色三维模型，而导致打印失败。
本发明经由于内部挡污结构上设置拆除结构，可供使用者方便且快速地拆除内部挡污实体模型，而不会对有色三维实体模型造成破坏。
复请参阅图16，电子装置2接着执行步骤S712：电子装置2经由修改挡污结构数据来将内部挡污结构添加至有色三维模型的特定位置(如被有色三维模型的内壁围绕且距离内壁前述内部间距的位置)。接着，执行步骤S508。
续请同时参阅图18及图19A至图19D，图18为本发明第八实施例的切层打印方法部分流程图，图19A为本发明第八实施例的第一打印示意图，图19B为本发明第八实施例的第二打印示意图，图19C为本发明第八实施例的第三打印示意图，图19D为本发明第八实施例的第四打印示意图。相较于图12所示的第五实施例，本实施例的切层打印方法的步骤S512包括以下步骤。
步骤S800：多色三维打印机1的控制模块110依据一层的挡污切片数据控制成型喷头100打印一层外部挡污切片或一层内部挡污贴片(于图11A中是以先打印外部挡污切片1900为例)。
步骤S802：于完成上述打印后，控制模块110控制成型喷头100执行残料回抽操作。
步骤S804：控制模块110控制成型喷头100移动并依据相同层(即相同层数标记)的模型切片数据打印相同层(即具有相同层高)的模型切片1902(如图19B所示)。
步骤S806：于完成上述打印后，控制模块110控制成型喷头100执行残料回抽操作。
步骤S808：控制模块110控制成型喷头100打印相同层且未打印的外部挡污切片或内部挡污贴片(于图11C中是以打印内部挡污切片1904为例)。
举例来说，若于步骤S800中是先打印内部挡污切片，则于步骤S808中是打印外部挡污切片，反之亦然。
步骤S810：控制模块110依据相同层的上色数据判断已打印的模型切片1902是否需进行上色。
若控制模块110判断需上色，则执行步骤S812。否则，控制模块执行步骤S814。
步骤S812：控制模块110依据相同层的上色数据控制上色喷头102对已打印的模型切片1902的上截面喷印墨水(如图19D所示)。
值得一提的是，于上色过程中，喷溅至上截面外的墨水会被已打印的外部挡污切片1900及已打印的内部挡污切片1904阻挡，而不会喷溅至已打印的模型切片的外壁或内壁。
步骤S814：控制模块110判断是否所有模型切片、内部挡污切片及外部挡污切片皆打印完成，且所有已打印的模型切片皆上色完成。
若控制模块110判断打印完成，则结束切层打印方法。否则，再次执行步骤S800至步骤S812以继续堆叠打印下一层。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种有色三维模型的切层打印方法，其特征在于，包括：
a)载入对应一有色三维模型的一模型数据并读取该模型数据的一形状数据及一颜色数据；
b)产生对应围绕该有色三维模型的一上色区域或被该上色区域围绕的一挡污结构的一挡污结构数据，并设定该挡污结构数据为使所对应的该挡污结构未接触该有色三维模型，并与该有色三维模型间隔一间距；
c)执行一切层处理来依据该挡污结构数据产生分别对应多个挡污切片的多个挡污切片数据，依据该形状数据产生分别对应多个模型切片的多个模型切片数据，并依据该颜色数据产生多个上色数据，其中各该挡污切片数据、各该模型切片数据及各该上色数据分别记录有一层数标记；及
d)控制一多色三维打印机的一成型喷头依据该多个挡污切片数据及该多个模型切片数据逐层打印多个挡污切片及该多个模型切片，并于相同层的该挡污切片及该模型切片打印完成时，依据相同层的该上色数据控制该多色三维打印机的一上色喷头对已打印的该模型切片进行上色，藉以使所列出的该挡污结构是未接触所列出的该有色三维模型，并与该有色三维模型间隔该间距，而足以于上色过程中阻挡该上色喷头朝打印完成的该模型切片的侧壁喷溅的墨水。
2.如权利要求1所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b是产生对应一外部挡污结构的该挡污结构数据并设定该挡污结构数据为使该外部挡污结构围绕该上色区域的外壁并与该上色区域的外壁距离一外部间距。
3.如权利要求2所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b包括：
b1)产生对应该外部挡污结构的该挡污结构数据；
b2)经由修改该挡污结构数据来于该外部挡污结构上形成一拆除结构或一支撑外缘；及
b3)经由修改该挡污结构数据来添加该外部挡污结构至围绕该上色区域的外壁的位置。
4.如权利要求3所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b2是于该外部挡污结构上形成一缺口。
5.如权利要求4所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b2是于该外部挡污结构未围绕该上色区域的部分上形成该缺口。
6.如权利要求2所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤d包括：
d1)依据相同层的该挡污切片数据及该模型切片数据控制该成型喷头先打印一层外部挡污切片，再打印相同层的该模型切片；
d2)依据相同层的该上色数据控制该上色喷头对已打印的该模型切片的上截面进行上色；及
d3)重复执行该步骤d1至该步骤d2直到所有该外部挡污切片及所有该模型切片打印完成且所有该模型切片上色完成。
7.如权利要求6所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤d1是于打印该外部挡污切片后，控制该成型喷头执行一残料回抽操作，再打印相同层的该模型切片。
8.如权利要求2所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b包括下列步骤：
b1)产生对应该外部挡污结构的该挡污结构数据，其中该外部挡污结构是空心的且该外部挡污结构的一挡墙部分的厚度符合一外部厚度；及
b2)修改该挡污结构数据来添加该外部挡污结构至围绕该上色区域的外壁且与该上色区域的外壁距离该外部间距的位置。
9.如权利要求8所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b1包括：
b11)依据该外部间距、该外部厚度及该形状数据的一模型长度与一模型宽度决定一结构长度及一结构宽度；
b12)依据该形状数据的一模型高度决定一结构高度；
b13)产生对应该有色三维模型的一副本模型的一副本模型数据，并经由修改该副本模型数据来执行一挖空处理，使该副本模型的一挡墙部分的厚度符合该外部厚度；及
b14)经由修改该副本模型数据来依据该结构长度、该结构宽度及该结构高度放大该副本模型并将修改后的该副本模型数据作为该挡污结构数据。
10.如权利要求8所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b1更包括一步骤b11)于判断该副本模型数据所对应的该副本模型包括一底座结构或一顶盖结构时，经由修改该副本模型数据来移除该底座结构或该顶盖结构。
11.如权利要求2所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，更包括一步骤e)于判断该模型数据所对应的该有色三维模型为开放壳件时，产生对应被该上色区域围绕且与该上色区域的内壁间隔该间距的一内部挡污结构的另一该挡污结构数据。
12.如权利要求1所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b是产生对应一内部挡污结构的该挡污结构数据并设定该挡污结构数据为使所对应的该挡污结构被该上色区域围绕且与该上色区域的内壁距离一内部间距。
13.如权利要求12所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b包括：
b1)产生对应该内部挡污结构的该挡污结构数据；
b2)经由修改该挡污结构数据来于该内部挡污结构上形成一拆除结构或一支撑内缘；及
b3)经由修改该挡污结构数据来添加该内部挡污结构至被该上色区域的内壁围绕的位置。
14.如权利要求12所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤d包括：
d1)依据相同层的该挡污切片数据及该模型切片数据控制该成型喷头先打印一层内部挡污切片，接着打印相同层的该模型切片；
d2)依据相同层的该上色数据控制该上色喷头对已打印的该模型切片的上截面进行上色；及
d3)重复执行该步骤d1至该步骤d2直到所有该模型切片及所有该内部挡污切片完成打印且所有该模型切片完成上色。
15.如权利要求12所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b包括：
b1)产生对应该内部挡污结构的该挡污结构数据；及
b2)修改该挡污结构数据来添加该内部挡污结构至被该上色区域的内壁围绕并与该上色区域距离该内部间距的位置。
16.如权利要求15所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b1包括：
b11)依据该内部间距、一内部厚度及该形状数据的一模型长度与一模型宽度决定一结构长度及一结构宽度；
b12)依据该形状数据的一模型高度及一底座高度决定一结构高度；
b13)产生对应该有色三维模型的一副本模型的一副本模型数据，并经由修改该副本模型数据来执行一挖空处理，使该副本模型的一挡墙部分的厚度符合该内部厚度；及
b14)经由修改该副本模型数据来依据该结构长度、该结构宽度及该结构高度缩小该副本模型，并将修改后的该副本模型数据作为该挡污结构数据。
17.如权利要求16所述的有色三维模型切层打印方法，其特征在于，该步骤b1更包括一步骤b15)于判断该副本模型数据所对应的该副本模型包括一底座结构或一顶盖结构时，经由修改该副本模型数据来移除该底座结构或该顶盖结构。
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