CN108790146B - 彩色立体打印方法与立体打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种彩色立体打印方法与立体打印设备,适于依据立体模型制造立体物件。对此立体模型进行切层处理,以获取打印路径档案与多个喷墨图档。读取打印路径档案中的第一切层控制数据,其中第一切层控制数据纪录多个打印定位点与多个喷墨定位点。依据打印定位点控制打印头的移动并控制打印头挤压出成型材,以建构第一切层物件。读取喷墨图档中的第一喷墨图档。依据喷墨定位点控制喷墨头于平面上的移动,并依据第一喷墨图档控制喷墨头喷涂墨水于第一切层物件上。
Description
技术领域
本发明涉及一种打印方法,尤其涉及一种彩色立体打印方法与立体打印设备。
背景技术
随着电脑辅助制造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的进步,制造业发展了立体打印技术,能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技术的统称,其基本原理都是叠层制造,由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状,而在Z坐标间断地作层面厚度的位移,最终形成立体物件。立体打印技术能无限制几何形状,而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性,还可大大地节省人力与加工时间,在时间最短的要求下,将3D电脑辅助设计(Computer-Aided Design,CAD)软体所设计的数字立体模型真实地呈现出来。
以熔融沉积造型(fused deposition modeling,FDM)技术为例,其将成型材料制作成线材,并将成型材料加热熔融后依据所需形状/轮廓在成型平台上逐层堆叠构成立体物件。因此,在现有的彩色熔融沉积造型立体打印方法中,外观颜色可以是待立体物件完成后方进行着色,或者可通过使用具有颜色的成型材料制作立体物件。然而,前者的彩色颜料只附着在立体物件的外表面,其色彩呈现度与变化性略显不足。另一方面,后者需反复更换使用不同颜色的成型线材方能达到多彩效果,彩色立体物件的制作效率不理想。据此,如何针对前述情形并加以改善,便成为相关技术人员所需思考的议题之一。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种彩色立体打印方法与立体打印设备,其可增加彩色立体打印的多样性与美观性。
本发明提出一种彩色立体打印方法,适于依据立体模型制造立体物件。此立体物件包括多个切层物件,所述方法包括下列步骤。对此立体模型进行切层处理,以获取打印路径档案与多个喷墨图档,其中此打印路径档案包括分别对应至上述切层物件的多笔切层控制数据。读取上述切层控制数据中的第一切层控制数据,其中此第一切层控制数据纪录多个打印定位点与多个喷墨定位点。依据上述打印定位点控制打印头的移动并控制此打印头挤压出一成型材,以建构上述切层物件中的第一切层物件。读取上述喷墨图档中的第一喷墨图档。依据上述喷墨定位点控制喷墨头于平面上的移动,并依据上述第一喷墨图档控制上述喷墨头喷涂墨水于上述第一切层物件上。
从另一观点来看,本发明提出一种立体打印设备,其包括存储装置、处理器,以及立体打印装置。上述处理器耦接上述存储装置且经配置以:对上述立体模型进行切层处理,以获取打印路径档案与多个喷墨图档,其中此打印路径档案包括分别对应至多个切层物件的多笔切层控制数据。上述立体打印装置连接该处理器,并包括打印机构、喷墨机构,以及控制器。打印机构包括一打印头,而喷墨机构包括喷墨头。上述控制器耦接上述打印机构与上述喷墨机构,并经配置以:读取上述切层控制数据中的第一切层控制数据,其中此第一切层控制数据纪录多个打印定位点与多个喷墨定位点;依据上述打印定位点控制打印头的移动并控制此打印头挤压出成型材,以建构上述切层物件中的第一切层物件;读取上述喷墨图档中的第一喷墨图档;以及依据上述喷墨定位点控制喷墨头于平面上的移动,并依据第一喷墨图档控制喷墨头喷涂墨水于第一切层物件上。
基于上述,本发明的彩色立体打印方法与立体打印设备可先利用打印头在平台上形成切层物件,而后利用喷墨头在切层物件上喷涂墨水形成墨水层。如此,彩色立体物件的各层切层物件均具有彩色外观而提高整体的色彩呈现度,而各层彩色颜料层的不同局部可具有不同颜色而提高色彩变化性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种立体打印设备的示意图。
图2是依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图。
图3是依据本发明一实施例的彩色立体打印方法的流程图。
图4是依据本发明一实施例的彩色立体打印方法的示意图。
图5是依据本发明一实施例的调整水平面的喷墨位置的流程图。
图6是依据本发明一实施例的调整水平面的喷墨位置的示意图。
附图标记说明
100:立体打印设备 131:打印机构
110:存储装置 132:喷墨机构
120:处理器 20a:成型材
130:立体打印装置 80、Obj1:立体物件
133:控制器 131a:打印头
132a:喷墨头 132b:墨水匣
I1:墨水 134:平台
S1:承载面 80a、80c:切层物件
80b、80d:墨水层 M1、M2:立体模型
F1:打印路径档案 d_1~d_u:切层控制数据
img_1~img_v:喷墨图档 S_1~S_m:喷墨起点
E_1~E_m:喷墨终点 B_1~B_n、B_e像素
P_1~P_m:喷墨路径 Pat_1:喷墨图样
G1、G2:三角网格单元 V1、V2、V3、V4:顶点
d12、d13:向量 Ver:法向量
C1、C2:喷墨区块 ink_1:墨水层
img_i、img_i’、img_(i+1)、img_(i+1)’:喷墨图档
S301~S305、S501~S507:步骤
具体实施方式
本发明的部份实施例接下来将会配合附图来详细描述,以下的描述所引用的元件符号,当不同附图出现相同的元件符号将视为相同或相似的元件。这些实施例只是本发明的一部份,并未揭示所有本发明的可实施方式。更确切的说,这些实施例只是本发明的权利要求中的方法以及系统的范例。
图1是依照本发明的一实施例的一种立体打印设备的示意图。参照图1,立体打印设备100包括存储装置110、处理器120以及立体打印装置130。处理器120耦接存储装置110以及立体打印装置130。在本实施例中,处理器120用以对立体物件进行建模,以建立一立体模型,其中立体模型符合多边形档案(Polygon File Format,PLY)或OBJ档案等等的三维档案格式。在上述三维档案格式中的立体模型是由多个多边形网格单元(Mesh)所组成,并且每一个多边形网格单元具有多个端点,其中这些端点各别具有不同坐标。在本实施例中,处理器120可用以对立体模型图像中的立体模型进行切层处理,以取得切层信息。上述切层信息包括打印路径档案与多个喷墨图档。处理器120可依据上述切层信息来控制立体打印装置130进行立体打印操作,以使立体打印装置130逐层产生多个切层物件并逐层上色这些切层物件。
在本实施例中,存储装置110可用以存储数据并且可以是缓冲存储器、内部存储媒体、外接式存储媒体、其他类型存储装置或这些装置的组合。例如,缓冲存储器可包括随机存取存储器、只读存储器或其他类似装置。例如,内部存储媒体可包括硬盘(Hard DiskDrive,HDD)、固态硬盘(Solid StateDisk)、快闪(flash)存储装置或其他类似装置。例如,外接式存储媒体可包括外接式硬盘、U盘(USB drive)、云端硬盘或其他类似装置。在本实施例中,存储装置110可用以存储立体模型图像、多个切层图像、立体图像建模模块、图像处理模块或图像分析模块等,以使实现本发明各实施例的切层图像处理工作。
在本实施例中,处理器120可用以执行存储在存储装置110当中的多个模块,以使实现本发明各实施例的图像处理以及图像分析工作。处理器120可以是中央处理单元(central processing unit,CPU),或是其他可程序化之一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用积体电路(application specific integrated circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(programmable logic device,PLD)、其他类似处理装置或这些装置的组合。
在本实施例中,立体打印装置130可包括控制器133、打印机构131以及喷墨机构132等。处理器120可依据切层信息来提供控制信号至立体打印装置130的控制器133,以驱动立体打印装置130。立体打印装置130的控制器133可控制打印机构131与喷墨机构132进行立体打印操作以及喷墨操作。举例而言,立体打印操作包括馈出成型材料,并且立体打印装置130可对固化后的成型材料进行喷墨操作。此外,所属技术领域技术人员应当知晓立体打印装置130还可以包括其余用以与打印头共同完成立体打印操作的构件(例如,平台、供料管线、喷墨管线、打印头连动机构等)。
进一步而言,图2是依照本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图。请参照图2,立体打印装置130包括平台134、打印头131a、喷墨头132a以及控制器133,在此同时提供直角坐标系于图上,以便于描述相关构件及其运动状态。平台134包括一承载面S1,用以承载打印中的立体物件80。在平台134设置于打印头131a与喷墨头132a的下方。
详细而言,在本实施例中,打印头131a经配置以沿着XY面移动以及沿着XY面的法线方向(Z轴向)移动,成型材20a经由供料管线进入打印头131a而受热熔融,再经由打印头131a挤出而逐层成型于平台134的承载面S1上而形成多个切层物件(图2是以切层物件80a、80c为例)。如此,逐层成型的切层物件80a、80c在承载面S1上彼此堆叠而形成立体物件80。具体而言,成型材20a可由适用于熔丝制造式(Fused Filament Fabrication,FFF)、熔化压模式(Melted and Extrusion Modeling)等制作方法的热熔性材料所构成,本发明对此不限制。
在本实施例中,喷墨头132a将墨水I1逐层喷涂于各切层物件上而形成多个墨水层(图2是以墨水层80b、80d为例)。在切层物件80a、80c上形成墨水层80b、80d是指,让墨水40a叠覆于切层物件80a、80c的上表面并同时对切层物件80a、80c的内部进行染色。因此,喷墨头132a可包括墨水匣132b,其中墨水匣142用以盛装墨水I1,而喷墨头132a依据需求将墨水匣132b内的墨水I1喷洒至切层物件80a、80c上,以对切层物件80a、80c进行上色,从而在切层物件80a、80c上构成墨水层80b、80d。虽然图2仅示出墨水匣132b,但本发明并不限制墨水匣的数量与墨水的颜色数量。在一实施例中,所述喷墨头132a类似于平面彩色打印装置所用的彩色喷墨系统,其可将对应至不同颜色的多个彩色墨水依据色彩形成比例喷涂至切层物件80a、80c上而构成墨水层80b、80d。上述的彩色墨水的颜色包括符合印刷原色的青色(Cyan)、洋红色(Magenta)、黄色(Yellow),以及黑色(Black),但本发明对此并不限制。需说明的是,在一实施例中,成型材20a可为透光材料,例如是透明的聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)材料或透明的亚力克(Acrylic)材料。由于成型材20a具有透光性,因此各个墨水层的色彩表现可视为对应的切层物件的色彩表现。
如此配置,本实施例在打印头131a于平台134上方打印切层物件80a后可通过喷墨头132a喷涂墨水层80b于切层物件80a的上表面,以对切层物件80a进行上色。接着,打印头110于平台134上方打印另一层切层物件80c后可通过喷墨头132a喷涂墨水层80d于切层物件80c的上表面,以对切层物件80c进行上色。如此,切层物件80a、80c与墨水层80b、80d依序交错堆叠,而构成彩色立体物件80。其中,各个墨水层的喷墨范围与喷墨样式是由切层信息中的多个喷墨图档决定。
控制器133耦接平台134、打印头131a以及喷墨头132a,可用以接收处理器120所提供的切层信息,并依据切层信息来控制立体打印装置130的整体运作而打印出立体物件80。举例来说,控制器133可依据打印路径档案而控制打印头131a的移动路径,而打印路径档案例如是G-code等控制码档。控制器133例如是中央处理器、芯片组、微处理器、嵌入式控制器等具有运算功能的设备,在此不限制。
图3是依据本发明一实施例的彩色立体打印方法的流程图。本实施例的方法适用于图1的立体打印设备100与图2的立体打印装置130,以下即搭配立体打印设备100与立体打印装置130中的各构件说明本实施例立体打印方法的详细步骤。
首先,在步骤S301,处理器120对立体模型进行切层处理,以获取打印路径档案与多个喷墨图档,其中此打印路径档案包括分别对应至多个切层物件的多笔切层控制数据。处理器120可依据使用者期望的切层厚度产生多个相互平行的多个切层平面,并通过这些切层平面对立体模型进行切层处理而获取打印路径档案与多个喷墨图档。打印路径档案中每一切层控制数据分别对应至相异的切层物件,致使控制器133可依据每一切层控制数据控制立体打印装置130逐层建构出各个切层物件。在本实施例中,打印路径档案为控制器133可读取的档案格式,控制器133可依据打印路径档案来控制打印头131a与喷墨头132a的移动路径与位置。此外,当处理器120对彩色的立体模型进行切层处理时,对应至全部或部份切层物件的喷墨图档也将被产生。
在步骤S302,控制器133读取切层控制数据中的第一切层控制数据,其中第一切层控制数据纪录多个打印定位点与多个喷墨定位点。以打印路径档案为G-code为例,G-code包括分别对应至不同切层物件的控制码片段,这些控制码片段称之为切层控制数据。多笔切层控制数据中对应至第一切层物件的第一切层控制数据包括多个打印定位点的坐标与多个喷墨定位点的坐标。于是,在步骤S303,控制器133依据打印定位点控制打印头131a的移动并控制打印头131a挤压出成型材20a,以建构切层物件中的第一切层物件。
接着,在步骤S304,控制器133读取喷墨图档中的第一喷墨图档。进一步而言,控制器133可依据第一切层物件的第一切层控制数据内的一指示而去读取第一切层物件对应的第一喷墨图档。在步骤S305,控制器133依据喷墨定位点控制喷墨头132a于XY平面上的移动,并依据第一喷墨图档控制喷墨头132a喷涂墨水I1于第一切层物件上。然而,上述虽然是以单一第一切层物件为例进行说明,但该发明技术人员可将上述步骤S302~S305的操作推衍至每一切层物件。
为了详细说明本发明,图4是依据本发明一实施例的彩色立体打印方法的示意图。请参照图4,立体模型M1经过切层处理后将产生打印路径档案F1以及v张喷墨图档img_1~img_v,其中v为正整数。打印路径档案F1包括u笔切层控制数据d_1~d_u,其中u为正整数。喷墨图档img_1~img_v各自关联于相异的切层控制数据d_1~d_u其中之一。例如,喷墨图档img_1关联于切层控制数据d_1,而喷墨图档img_v关联于切层控制数据d_u。需说明的是,切层控制数据d_1~d_u各自包括喷墨头定位信息与打印头定位信息。喷墨头定位信息包括多个喷墨定位点,用以控制喷墨头132a的移动。打印头定位信息包括多个打印定位点,用以控制打印头131a的移动。
图4以第一喷墨图档img_1以及第一切层控制数据d_1为例。在控制器133依据切层控制数据d_1中的打印定位点完成一切层物件的打印之后,控制器133读取第一切层控制数据d_1中的喷墨定位点的坐标。第一切层控制数据d_1纪录的喷墨定位点包括m个喷墨起点S_1、S_2、S_3、…、S_m以及m个喷墨终点E_1、E_2、E_3、…、E_m。喷墨起点S_1、S_2、S_3、…、S_m一对一对应至该些喷墨终点E_1、E_2、E_3、…、E_m。此外,第一切层控制数据d_1纪录的喷墨定位点也包括喷墨范围起点与喷墨范围终点,而喷墨范围起点与喷墨范围终点定义喷墨范围Z1的尺寸与位置。在本范例中,喷墨起点S_1为喷墨范围起点,而喷墨终点E_m为喷墨范围终点,而喷墨范围起点与喷墨范围终点作为喷墨范围Z1的对角线顶点。上述这些m个喷墨起点S_1、S_2、S_3、…、S_m以及m个喷墨终点E_1、E_2、E_3、…、E_m用以决定喷墨头132a的移动路径。
基此,控制器133可关联喷墨范围起点(即喷墨起点S_1)与第一喷墨图档img_1的一起点像素B_1,并关联喷墨范围终点(即喷墨终点E_m)与第一喷墨图档img_1的一终点像素B_e,致使第一喷墨图档img_1的各个像素所对应的喷墨顺序被决定。详细而言,第一喷墨图档img_1是由多个像素所组成。举例而言,第一喷墨图档img_1的第一列像素包括n个像素B_1~B_n,这些像素B_1~B_n各自具有对应的像素色彩数据。在控制器133关联喷墨范围起点与起点像素B_1并关联喷墨范围终点与第一喷墨终点像素B_e之后,第一喷墨图档img_1的每一像素的喷墨顺序将被决定。以第一列像素B_1~B_n为例,第一列像素B_1~B_n的像素色彩数据将由左至右而依序被读取并据以打印。
更进一步来说,控制器133可控制喷墨头132a沿着喷墨起点S_1~S_m中喷墨起点S_1与喷墨终点E_1~E_m中的喷墨终点E_1之间的喷墨路径P_1移动,与此同时,控制器133控制喷墨头132a依据第一喷墨图档img_1上第一喷墨路径P_1所对应的像素B_1~B_n喷涂墨水于切层物件上。之后,控制器133控制喷墨头132a从第一喷墨终点E_1移动至喷墨起点S_1~S_m中的喷墨起点S_2,且喷墨头132a停止喷墨。之后,控制器133控制喷墨头132a沿着喷墨起点S_2与喷墨终点E_1~E_m中的喷墨终点E_2之间的第二喷墨路径P_2移动,与此同时,控制器133控制喷墨头132a依据第一喷墨图档img_1上第二喷墨路径P_2所对应的像素喷涂墨水于切层物件上。重复执行上述操作。最后,控制器133控制喷墨头132a沿着喷墨起点S_m与喷墨终点E_m之间的第二喷墨路径P_m移动,与此同时,控制器133控制喷墨头132a依据第一喷墨图档img_1上第二喷墨路径P_m所对应的最后一列像素喷涂墨水于切层物件上。如此一来,控制器133控制喷墨头132a逐列移动,并依据第一喷墨图档img_1上各像素的像素色彩数据决定是否喷出墨水以及喷出墨水颜色,致使呈现喷墨图样Pat_1的墨水层将涂布于对应的切层物件上。
然而,需说明的是,在立体打印模型的底面(黏着于平台的表面,例如图2中的平台134)或悬空底面是具有色彩的情况中,若依据实际高度打印与喷墨,则立体打印装置将先喷墨再打印切层物件,导致墨水空洒而污染下方切层物件并且立体物件也有颜色缺漏的现象。基此,以下实施例将近一步说明本发明的调整喷墨位置的方法。
图5是依据本发明一实施例的调整水平面的喷墨位置的流程图。本实施例的方法适用于图1的立体打印设备100与图2的立体打印装置130,以下即搭配立体打印设备100与立体打印装置130中的各构件说明本实施例立体打印方法的详细步骤。
在步骤S501,处理器120利用多个切层平面切割立体模型。在步骤S502,处理器120获取打印路径档案与多个喷墨图档。需说明的是,喷墨图档包括对应至第一切层物件的第一喷墨图档与对应至第二切层物件的第二喷墨图档,且第一切层物件的打印顺序晚于第二切层物件的打印顺序。换言之,第一切层物件堆叠于第二切层物件的上方。在步骤S503,处理器120判断立体模型的多个多边形网格单元是否属于水平面。立体模型是由多个多边形网格单元组成,多边形网格单元可以是三角形网格单元、四边形网格单元、其他的凹几何多边形网格单元或是其他的凸几何多边形网格单元,本发明对此不限制。一个多边形网格单元包括多个顶点、多个边,以及一个面。在本实施例中,处理器120将判断这些多边形网格单元的面是否为水平面。于此,本实施例的水平面平行于XY平面。
在一实施例中,处理器120用以进行切层处理的切层平面包括相互相邻的第一切层平面与第二切层平面。处理器120可判断多边形网格单元中的第一多边形网格单元的多个顶点是否位于第一切层平面与第二切层平面之间的空间内。以第一切层平面的数学表示式为Z=a且第二切层平面的数学表示式为Z=b为例,处理器120可判断三角形网格单元的三个顶点的Z轴坐标是否介于a与b之间,以判断三角形网格单元的三个顶点是否位于第一切层平面与第二切层平面之间的空间内。需说明的是,当三角形网格单元的三个顶点全部刚好落在第一切层平面或第二切层平面之上,三角形网格单元的三个顶点被判定为位于第一切层平面与第二切层平面之间的空间内。在一实施例中,假设切层厚度为h,当第一多边形网格单元的三个顶点位于第一切层平面(数学表示式为Z=a-0.5h)与第二切层平面(数学表示式为Z=a+0.5h)之间的空间内时,处理器120将判定此第一多边形网格单元属于第a层切层物件且属于水平面。之后,若第一多边形网格单元的每一顶点位于第一切层平面与第二切层平面之间的空间内,处理器120判定第一多边形网格单元属于水平面。若第一多边形网格单元的每一顶点没有皆位于第一切层平面与第二切层平面之间的空间内,处理器120判定第一多边形网格单元不属于水平面。
之后,若处理器120判定这些多边形网格单元都不属于水平面(步骤S503判断为否),在步骤S504,处理器120不调整原始的喷墨图档。在步骤S505,若多边形网格单元中的第一多边形网格单元属于水平面,处理器120判断第一多边形网格单元的法向量朝向正轴向方向或负轴向方向,第一多边形网格单元的法向量为面法向量。由于本实施例的水平面定义为XY平面,因此正轴向方向为正Z轴方向,而负轴向方向为负Z轴方向。通过辨别第一多边形网格单元的法向量朝向正轴向方向或负轴向方向,处理器120可得知属于水平面的第一多边形网格单元对应至立体物件的封顶面或封底面。封底面包括立体物件的最低底面与悬空底面。
在步骤S506,若第一多边形网格单元的法向量朝向正轴向方向,处理器120将第一多边形网格单元所对应的喷墨区块保留于第二切层物件对应的第二喷墨图档中。换言之,若第一多边形网格单元的法向量朝向正轴向方向,代表第一多边形网格单元对应至立体物件的封顶面,则处理器120不更改第一多边形网格单元所对应的喷墨区块以将第一多边形网格单元所对应的喷墨区块保留于第二切层物件对应的第二喷墨图档中。在步骤S507,若第一多边形网格单元的法向量朝向负轴向方向,处理器120将第一多边形网格单元所对应的喷墨区块从第二喷墨图档中删除,并于第一喷墨图档增加喷墨区块。换言之,若第一多边形网格单元的法向量朝向负轴向方向,代表第一多边形网格单元对应至立体物件的封底面,则处理器120将第一多边形网格单元所对应的喷墨区块从原本第二切层物件对应的第二喷墨图档中删除,并将第一多边形网格单元所对应的喷墨区块添加至对应至上一层切层物件(即堆叠于第二切层物件上方的第一切层物件)的第一喷墨图档。
举例而言,图6是依据本发明一实施例的调整水平面的喷墨位置的示意图。请参照图6,处理器120对立体模型M2进行切层处理后,处理器120发现三角网格单元G1的三个顶点V1、V2、V3位于两相邻切层平面之间。因此,处理器120判定三角网格单元G1属于水平面。需说明的是,三角网格单元G1的顶点V1、V2、V3的排列顺序是事先依据立体模型的内外空间而定义好的。一般而言,立体模型的每一个三角网格单元的面的法向量朝向立体模型的外部空间。基此,处理器120可取向量d12以及向量d13,并外积向量d12以及向量d13以获取法向量Ver。由于处理器120判定法向量Ver朝向负Z轴方向,因此处理器120将调整三角网格单元G1的喷墨区块的喷墨位置。相似的,处理器120可依据相似的流程而判定三角网格单元G1为法向量朝下的水平面,并据以调整三角网格单元G2的喷墨区块的喷墨位置。
如图6所示,在尚未调整水平面的喷墨区块的喷墨位置之前,对应至第i层切层物件L(i)的原始的喷墨图档img_i包括三角网格单元G1对应的喷墨区块C1与三角网格单元G2对应的喷墨区块C2。对应至第(i+1)层切层物件L(i+1)的原始的喷墨图档img_(i+1)不包括三角网格单元G1对应的喷墨区块C1与三角网格单元G2对应的喷墨区块C2。在依据图5所示的步骤S503~S507调整水平面的喷墨区块的喷墨位置后,对应至第i层切层物件L(i)的喷墨图档img_i’不包括三角网格单元G1对应的喷墨区块C1与三角网格单元G2对应的喷墨区块C2。对应至第(i+1)层切层物件L(i+1)的喷墨图档img_(i+1)’包括三角网格单元G1对应的喷墨区块C1与三角网格单元G2对应的喷墨区块C2。需说明的是,图6所示的范例是以喷墨区块C1与喷墨区块C2内的像素完全取代原始的喷墨图档img_(i+1)上位于对应像素位置的像素为例进行说明,以产生如图6所示的喷墨图档img_(i+1)’,但本发明并不此以为限。在另一实施例中,喷墨区块C1与喷墨区块C2内的像素可部份取代原始的喷墨图档img_(i+1)上位于对应像素位置的像素,以保留原始的喷墨图档img_(i+1)上与喷墨区块C1与喷墨区块C2位置重叠的部份像素而产生新的喷墨图档。
如此一来,在立体打印装置130依据立体模型M2建造彩色立体物件Obj1期间,控制器133控制打印头131a依据切层控制数据打印切层物件L(i),并再读取多张喷墨图档中对应至切层物件L(i)的喷墨图档img_i’。如此,控制器133依据喷墨图档img_i’控制喷墨头132a喷涂墨水于切层物件L(i)上。简单而言,打印头131a打印出切层物件L(i)后,喷墨头132a将依据喷墨图档img_i’喷涂墨水于切层物件L(i)上。接着,在打印头131a打印出堆叠于切层物件L(i)上的切层物件L(i+1)后,喷墨头132a依据喷墨图档img_(i+1)’喷涂墨水于切层物件L(i+1)上。喷墨区块C1、C2的喷墨位置将从切层物件L(i+1)的下方提升至切层物件L(i+1)的上方。喷墨头132a依据喷墨区块C1、C2的各像素所喷涂的墨水层ink_1将附着于切层物件L(i+1)上,而不会喷洒于空气中。
综上所述,本发明的彩色立体打印方法与立体打印设备可利用打印头先在成型平台形成切层物件后,而后利用喷墨头在切层物件上形成墨水层而直接染色,如此反复多次使切层物件与墨水层依序交错堆叠,从而形成彩色立体物件。如此,彩色立体物件的各层结构均具有彩色外观而提高整体的色彩呈现度,而各层彩色颜料层的不同局部区域可具有不同颜色而提高色彩变化性。此外,通过调整水平面的喷墨区块的喷墨位置,可避免喷墨头对于封底面在尚未建构出承载墨水的切层物件前将墨水空洒于空中而导致立体物件的色彩呈现与立体模型出现落差的现象。
虽然本发明已以实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (21)
1.一种彩色立体打印方法,适于依据立体模型制造立体物件,其中所述立体物件包括多个切层物件,其特征在于,所述方法包括:
对所述立体模型进行切层处理,以获取一打印路径档案与多个喷墨图档,其中所述打印路径档案包括分别对应至所述多个切层物件的多笔切层控制数据;
读取所述多个切层控制数据中的第一切层控制数据,其中所述第一切层控制数据纪录多个打印定位点与多个喷墨定位点;
依据所述多个打印定位点控制打印头的移动并控制所述打印头挤压出成型材,以建构所述多个切层物件中的第一切层物件;
读取所述多个喷墨图档中的第一喷墨图档;以及
依据所述多个喷墨定位点控制喷墨头于平面上的移动,并依据所述第一喷墨图档控制所述喷墨头喷涂墨水于所述第一切层物件上,
其中对所述立体模型进行所述切层处理,以获取所述打印路径档案与所述多个喷墨图档的步骤包括:
判断所述立体模型的多个多边形网格单元是否属于水平面。
2.根据权利要求1所述的彩色立体打印方法,其中所述多个喷墨定位点包括喷墨范围起点与喷墨范围终点,所述喷墨范围起点与所述喷墨范围终点作为喷墨范围的对角线顶点,所述方法还包括:
关联所述多个喷墨定位点中的喷墨范围起点与所述第一喷墨图档的起点像素,并关联所述多个喷墨定位点中的喷墨范围终点与所述第一喷墨图档的终点像素,致使所述第一喷墨图档的各个像素所对应的喷墨顺序被决定。
3.根据权利要求2所述的彩色立体打印方法,其中所述多个喷墨定位点包括多个喷墨起点与多个喷墨终点,所述多个喷墨起点一对一对应至所述多个喷墨终点,所述喷墨范围起点为所述多个喷墨起点其中之一,而所述喷墨范围终点为所述多个喷墨终点其中之一。
4.根据权利要求3所述的彩色立体打印方法,其中于该喷墨头依据所述多个喷墨定位点移动的期间,依据所述多个喷墨图档中的该第一喷墨图档控制该喷墨头喷涂墨水于该第一切层物件上的步骤包括:
控制该喷墨头沿着所述多个喷墨起点中第一喷墨起点与所述多个喷墨终点中的第一喷墨终点之间的第一喷墨路径移动,与此同时,控制该喷墨头依据该第一喷墨图档上该第一喷墨路径所对应的像素喷涂墨水于所述第一切层物件上;
控制所述喷墨头从所述第一喷墨终点移动至所述多个喷墨起点中的第二喷墨起点;以及
控制所述喷墨头沿着所述第二喷墨起点与所述多个喷墨终点中的第二喷墨终点之间的第二喷墨路径移动,与此同时,控制所述喷墨头依据所述第一喷墨图档上所述第二喷墨路径所对应的像素喷涂墨水于所述第一切层物件上。
5.根据权利要求1所述的彩色立体打印方法,其中对所述立体模型进行所述切层处理,以获取所述打印路径档案与所述多个喷墨图档的步骤还包括:
若所述多个多边形网格单元中的第一多边形网格单元属于所述水平面,判断所述第一多边形网格单元的法向量朝向正轴向方向或负轴向方向;以及
若所述第一多边形网格单元的法向量朝向所述负轴向方向,将所述第一多边形网格单元所对应的喷墨区块从所述第一多边形网格单元所对应的一第二喷墨图档中删除,并于所述第一喷墨图档增加所述喷墨区块,其中所述喷墨头依据所述第二喷墨图档喷涂墨水于第二切层物件,且第二切层物件堆叠于所述第一切层物件下方。
6.根据权利要求5所述的彩色立体打印方法,其中判断所述立体模型的所述多个多边形网格单元是否属于水平面的步骤包括:
利用多个切层平面切割所述立体模型,其中所述多个切层平面包括相互相邻的第一切层平面与第二切层平面,且所述多个切层平面垂直于正轴向方向与负轴向方向;
判断所述第一多边形网格单元的多个顶点是否位于所述第一切层平面与所述第二切层平面之间的空间内;以及
若所述第一多边形网格单元的每一所述多个顶点位于所述第一切层平面与所述第二切层平面之间的所述空间内,判定所述第一多边形网格单元属于所述水平面。
7.根据权利要求5所述的彩色立体打印方法,其中对所述立体模型进行所述切层处理,以获取所述打印路径档案与所述多个喷墨图档的步骤还包括:
若所述第一多边形网格单元的法向量朝向所述正轴向方向,将所述第一多边形网格单元所对应的喷墨区块保留于所述第二喷墨图档中。
8.根据权利要求5所述的彩色立体打印方法,其中在依据所述多个打印定位点控制所述打印头的移动并控制所述打印头挤压出所述成型材,以建构所述多个切层物件中的所述第一切层物件的步骤之前,还包括:
控制所述打印头依据第二切层控制数据打印所述多个切层物件中的所述第二切层物件;
读取所述多个喷墨图档中的所述第二喷墨图档;以及
依据所述第二喷墨图档控制所述喷墨头喷涂墨水于所述第二切层物件上,其中所述第一切层物件堆叠于所述第二切层物件的上方。
9.一种立体打印设备,适于依据立体模型制造立体物件,其特征在于,包括:
存储装置;
处理器,耦接所述存储装置且经配置以:
对所述立体模型进行切层处理,以获取打印路径档案与多个喷墨图档,其中所述打印路径档案包括分别对应至多个切层物件的多笔切层控制数据,其中所述处理器判断所述立体模型的多个多边形网格单元是否属于水平面;以及
立体打印装置,连接所述处理器,包括:
打印机构,包括打印头;
喷墨机构,包括喷墨头;以及
控制器,耦接所述打印机构与所述喷墨机构,经配置以:
读取所述多个切层控制数据中的第一切层控制数据,其中所述第一切层控制数据纪录多个打印定位点与多个喷墨定位点;
依据所述多个打印定位点控制打印头的移动并控制所述打印头挤压出成型材,以建构所述多个切层物件中的第一切层物件;
读取所述多个喷墨图档中的第一喷墨图档;以及
依据所述多个喷墨定位点控制喷墨头于平面上的移动,并依据所述第一喷墨图档控制所述喷墨头喷涂墨水于所述第一切层物件上。
10.根据权利要求9所述的立体打印设备,其中所述多个喷墨定位点包括喷墨范围起点与喷墨范围终点,所述喷墨范围起点与所述喷墨范围终点作为喷墨范围的对角线顶点,
其中所述控制器关联所述多个喷墨定位点中的喷墨范围起点与所述第一喷墨图档的起点像素,并关联所述多个喷墨定位点中的喷墨范围终点与所述第一喷墨图档的终点像素,致使所述第一喷墨图档的各个像素所对应的喷墨顺序被决定。
11.根据权利要求10所述的立体打印设备,其中所述多个喷墨定位点包括多个喷墨起点与多个喷墨终点,所述多个喷墨起点一对一对应至所述多个喷墨终点,所述喷墨范围起点为所述多个喷墨起点其中之一,而所述喷墨范围终点为所述多个喷墨终点其中之一。
12.根据权利要求11所述的立体打印设备,其中所述控制器控制所述喷墨头沿着所述多个喷墨起点中第一喷墨起点与所述多个喷墨终点中的第一喷墨终点之间的第一喷墨路径移动,与此同时,控制所述喷墨头依据所述第一喷墨图档上所述第一喷墨路径所对应的像素喷涂墨水于所述第一切层物件上,
其中所述控制器控制所述喷墨头从所述第一喷墨终点移动至所述多个喷墨起点中的第二喷墨起点,
其中所述控制器控制所述喷墨头沿着所述第二喷墨起点与所述多个喷墨终点中的第二喷墨终点之间的第二喷墨路径移动,与此同时,控制所述喷墨头依据所述第一喷墨图档上所述第二喷墨路径所对应的像素喷涂墨水于所述第一切层物件上。
13.根据权利要求9所述的立体打印设备,
其中若所述多个多边形网格单元中的第一多边形网格单元属于水平面,所述处理器判断所述第一多边形网格单元的法向量朝向正轴向方向或负轴向方向,
其中若所述第一多边形网格单元的法向量朝向所述负轴向方向,所述处理器将所述第一多边形网格单元所对应的喷墨区块从第二喷墨图档中删除,并于所述第一喷墨图档增加所述喷墨区块。
14.根据权利要求13所述的立体打印设备,其中所述处理器利用多个切层平面切割所述立体模型,所述多个切层平面包括相互相邻的第一切层平面与第二切层平面,且所述多个切层平面垂直于所述正轴向方向与所述负轴向方向,
其中所述处理器判断所述第一多边形网格单元的多个顶点是否位于所述第一切层平面与所述第二切层平面之间的空间,若所述第一多边形网格单元的每一所述多个顶点位于所述第一切层平面与所述第二切层平面之间的所述空间,所述处理器判定所述第一多边形网格单元属于水平面。
15.根据权利要求13所述的立体打印设备,其中若所述第一多边形网格单元的法向量朝向所述正轴向方向,所述处理器将所述第一多边形网格单元所对应的喷墨区块保留于第二喷墨图档中。
16.根据权利要求13所述的立体打印设备,其中所述控制器还包括控制所述打印头依据第二切层控制数据打印所述多个切层物件中的第二切层物件,读取所述多个喷墨图档中的第二喷墨图档,以及依据所述第二喷墨图档控制所述喷墨头喷涂墨水于所述第二切层物件上,其中所述第一切层物件堆叠于所述第二切层物件的上方。
17.一种彩色立体打印方法,适于使用于立体打印设备,所述立体打印设备具有打印头及喷墨头,并可通过而立体模型制造立体物件,其中所述立体物件包括多个切层物件,其特征在于,所述方法包括:
对所述立体模型进行切层处理,以获取打印路径档案与多个喷墨图档;
依据所述打印路径档案控制所述打印头移动并控制所述打印头挤压出成型材,以建构所述多个切层物件中的第一切层物件;以及
依据所述打印路径档案控制所述喷墨头移动,并依据所述多个喷墨图档中的一第一喷墨图档控制所述喷墨头以喷涂墨水于所述第一切层物件上,
其中所述立体模型包括用以定义所述立体物件的多个多边形网格单元,且其中对所述立体模型进行所述切层处理,以获取所述打印路径档案与所述多个喷墨图档的步骤包括:
判断所述多个多边形网格单元是否属于水平面。
18.根据权利要求17所述的彩色立体打印方法,其中所述打印路径档案包括分别对应至所述多个切层物件的多笔切层控制数据,且每一所述切层控制数据包含用以控制所述打印头的多个打印定位点及用以控制所述喷墨头的多个喷墨定位点。
19.根据权利要求17所述的彩色立体打印方法,还包括:若所述多个多边形网格单元中之一第一多边形网格单元属于所述水平面,则判断所述第一多边形网格单元是否属于封底面。
20.根据权利要求19所述的彩色立体打印方法,其中判断所述第一多边形网格单元是否属于所述封底面的步骤包括:依据所述第一多边形网格单元的法向量进行判断。
21.根据权利要求19所述的彩色立体打印方法,还包括:若所述第一多边形网格单元属于所述封底面,则将所述第一多边形网格单元所对应的喷墨区块从所述第一多边形网格单元于所述进行所述切层处理后所对应至的第二喷墨图档中删除,并于所述第一喷墨图档增加所述喷墨区块,其中所述喷墨头依据所述第二喷墨图档以喷涂墨水于第二切层物件上,且所述第二切层物件堆叠于所述第一切层物件下方。
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