CN109203452A - 立体打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立体打印方法，适用于立体打印装置以打印出立体物件，包括：提供所述立体物件的结构信息与着色信息；以处理器对所述立体物件的结构信息进行切层处理，以取得多个打印层的信息；所述处理器将所述立体物件的着色信息与所述多个打印层的信息相互对应，而取得各打印层所对应的色层的信息；以及在所述各打印层及与其对应的色层上配置黏着层，以使所述黏着层覆盖所述色层的至少局部。

Description

立体打印方法
技术领域
本发明涉及一种立体打印方法。
背景技术
立体打印又称为加法制造、积层制造(Additive Manufacturing，AM)，其工作原理为电脑控制下层叠原材料，以打印出不同形状和几何特征的立体物件。现今发展出多种立体打印技术，其中，以熔融沉积成型(Fused deposition modeling,FDM)为例，此技术是一种将打印材料加热熔化成形，并通过打印头将打印材料挤压成丝状并形成打印层，并将所述打印层逐层的堆叠，所述打印材料冷却凝固后即形成所需的立体物件。
再者，现多有额外设置喷墨模组以对前述打印层或立体物件上色。然，由于所述打印材料与喷墨墨水之间的材料特性差异，导致墨水容易从打印材料上脱落。同时，在逐层进行立体物件的打印动作及上色动作时，因墨水的材料特性，也容易造成不同成形层之间因墨水的存在而导致结合强度不足。
发明内容
本发明提供一种立体打印方法，可提升立体物件于打印成型后的结构强度，且能保护立体物件上的色彩。
本发明的立体打印方法，适用于立体打印装置以打印出立体物件，立体打印方法包括提供立体物件的结构信息与着色信息。以处理器对立体物件的结构信息进行切层处理，以取得多个打印层的信息。处理器将立体物件的着色信息与多个打印层的信息相互对应，而取得各打印层所对应的色层的信息。在各打印层及与其对应的色层上配置黏着层，以使黏着层覆盖色层的至少局部。
本发明的立体打印方法，适用于立体打印装置以打印出立体物件，立体打印方法包括提供立体物件的结构信息与着色信息。以处理器对立体物件的结构信息进行切层处理，以取得多个打印层的信息。处理器将立体物件的着色信息与多个打印层的信息相互对应，而判定各打印层是否存在色层预设区。当打印层存在色层预设区时，在色层预设区配置黏着层。配置色层于色层预设区域，以使色层通过黏着层而附着至打印层。
基于上述，立体打印装置于打印各个打印层时，将在各打印层上配置黏着层，并通过黏着层保护色层。由于色层受到黏着层的隔绝而不会直接碰触下一打印层，可避免下一打印层的温度下降以及性质变化，则下一打印层将通过黏着层而堆叠并附着在具有色层的上一打印层上，以此达到提升结构强度的目的。此外，黏着层覆盖色层上而具有保护的功效，可避免环境中的水气与光照的影响而产生褪色、墨水脱落等现象。
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是依据本发明一实施例的立体打印装置的局部示意图；
图2显示图1的打印组件的局部示意图；
图3是本发明一实施例的立体打印方法的流程图；
图4显示图3的形成示意图；
图5A与图5B分别显示图3不同实施例的形成示意图；
图6显示本发明一实施例的部分打印层的叠置示意图；
图7显示另一实施例的打印层的叠置侧视图；
图8是本发明另一实施例的立体打印方法的流程图；
图9显示图8的形成示意图；
图10显示另一实施例的打印层局部剖视图；
图11显示另一实施例的打印层局部剖视图。
附图标号说明：
100：立体打印装置
110：机架
120：平台
130：打印组件
131：打印喷头
132：着色喷头
1321：墨水匣
1322：黏性材料匣
210、240、310：打印层
212：连接区
312：色层预设区
214：水平表面
216：弧形表面
220、220A、220B、320：色层
230、230A、230B、330、430、530：黏着层
S：缝隙
S10～S24、S30～S44：步骤
X-Y-Z:直角座标
具体实施方式
图1是依据本发明一实施例的立体打印装置的局部示意图。图2显示图1的打印组件的局部示意图。请同时参考图1至图2，在本实施例中，立体打印装置100包括机架110、平台120以及打印组件130。另提供直角座标以利于描述。在此，立体打印装置100例如是熔融沉积造型(fused deposition modeling,FDM)装置，其通过打印组件130的打印喷头131而能在平台120上逐层打印出打印层，并层层堆叠出立体物件。再者，打印组件130还包括着色喷头132，其例如是喷墨头，用以对打印层或立体物件的表面进行着色。在本实施例中，着色喷头132包括多个墨水匣1321以及黏性材料匣1322。多个墨水匣1321例如包括印刷四原色(青色Cyan、洋红色Magenta、黄色Yellow与黑色Black)，黏性材料匣1322用以在立体物件的打印过程中提供黏性材料，以作为结合相关物件之用并利于强化结构强度。
图3是本发明一实施例的立体打印方法的流程图。图4显示图3的形成示意图。图5A与图5B分别显示图3不同实施例的形成示意图。在此，图4、图5A与图5B均仅以部分打印层作为例示。
请先参阅图3，在本实施中，首先提供所述立体物件的结构信息与着色信息(步骤S10)，其例如是将所需的立体物件的结构信息与着色信息以数码数据型式汇入立体打印装置100，并以处理器对立体物件的结构信息进行切层处理(步骤S12)，以取得多个打印层的信息(步骤S14)，也就是将软件建构的3D模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层。
接着，通过处理器将立体物件的着色信息与多个打印层的信息相互对应(步骤S16)，而取得各打印层所对应的色层的信息(步骤S18)，也能因此得知各个打印层上所需的墨水量以及规划色层在各打印层上的位置与面积。在一实施例中，其例如是将汇入立体打印装置100的立体物件的着色信息，以处理器进行相同于步骤S12的切层处理，并分别对应至前述步骤S14的多个打印层，而取得各打印层所对应的色层的信息。
接着，在各打印层及与其对应的色层上配置黏着层(步骤S20)，以使黏着层覆盖色层的至少局部(步骤S22)。
完成步骤S22之后，即代表已完成前述立体物件关于结构信息与着色信息的解析动作。届此，则开始进行打印动作，即驱动立体打印装置100依据处理器送出的数据打印立体物件(步骤S24)。
在此，步骤S22所述使黏着层覆盖色层包括下述情形：
其一，请参考图4，在本实施例中，立体物件经由步骤S12的切层处理后，在步骤S14取得多个打印层210的信息，图4仅显示打印层210、240为例，其中打印层240是叠置在打印层210上。在本实施例中，通过步骤S16能得知打印层210上配置有色层220，而同时考虑其上的打印层240造成的重叠效应，则此时会进一步地避免在连接区212配置色层。或者，在另一实施例中，打印层210会先行在全区域配置色层，一旦获知打印层240是叠置在打印层210的连接区212时，则会进一步地将连接区212的色层信息予以删除。无论上述何种手段，均能达到避免在连接区212设置色层的情形。故，对应地，此时步骤S20仅在色层220存在的区域进行黏着层230的配置，如图4所示，黏着层230通过步骤S20而配置在色层220上，且黏着层230例如是透明材质，因此除能让色层220无障碍地显现之外，黏着层230还能提供对于色层220的保护效果，以及提高色层220的美观性及通透感。
其二，请参考图5A，本实施例与图4的实施例相近。不同处在于，通过步骤S16将色层220A分布在打印层210的全部表面上，通过步骤S20将黏着层230A覆盖在色层220A与下一打印层240的连接范围上。也就是说，图5A所示实施例并不需要执行打印层210、240的叠置关系判断，而是改以将打印层210上凡存在色层220A处均予以提供黏着层230A，此举让打印层240叠置在打印层210上时，通过黏着层230A的存在，除了避免打印层240与色层220A材质不同而不易结合的情形外，也能避免直接以打印层240接触色层220A而导致容易脱落的情形，色层220A也因黏着层230A而能被固定地夹持在打印层210与黏着层230A之间。同时，对于打印层210而言，即使不与打印层240叠置的区域，也能因黏着层230A的存在，而对色层220A提供以保护及美观的效果。
其三，参考图5B，本实施例与图4的实施例相近。不同处在于，通过步骤S16将色层220B分布在打印层210的全部表面上，通过步骤S20将黏着层230B覆盖在色层220B的局部范围上，且所述局部范围即是打印层240会叠置在打印层210上的区域(也相当于图4实施例的连接区212)。在此，同样执行图4实施例所需的打印层210、240的叠置关系的判断。判断之后，仅在打印层210、240的叠置区域配置黏着层230B，以利于打印层210、240通过黏着层230B而相互贴附。正由于黏着层230B的存在，而能避免打印层240接触色层220B。
图6显示本发明一实施例的部分打印层的叠置示意图。请参考图6并对照图3，在本实施例中，通过前述步骤S10至步骤S24的执行，而得以对立体物件的每层打印层进行解析，以判断色层与黏着层的配置方式。在此以多个打印层210、多个色层220以及多个黏着层230逐一堆叠为例。多个色层220分别分布在打印层210的全部表面上，且多个黏着层230分别覆盖在色层220上，也就是说，各黏着层230在各打印层210上的正投影面积等于各色层220在各打印层210上的正投影面积。此举让黏着层230覆盖色层220而达到保护的效果。还需注意的是，相邻的两层打印层210之间在边缘处存在缝隙S，若如前述仅存在打印层与色层，则除了结合强度不足或色层容易脱落等情形之外，也容易使色层220延伸至缝隙S的部分存在分布不均，甚或影响到其他打印层的情形。据此，通过本实施例在色层220上再行配置黏着层230，通过黏着层230的特性而能有效地达到填补缝隙的效果，也因此能对缝隙S处的色层220提供固定(定色，color setting)的效果。在此，所述黏着层230的流动性大于所述色层220的流动性，所述黏着层230的表面张力小于所述色层220的表面张力，且所述色层220相对于所述打印层210的黏着力(adhesion)小于所述黏着层230相对于所述打印层210的黏着力，因此，本实施例除通过黏着层230作为固定色层220的用外，还能因此让黏着层230达到填补缝隙S的效果。
图7显示另一实施例的打印层的叠置侧视图。请参考图7，与上述不同的是，各色层220B仅分布在打印层210的水平表面214上，而未分布在打印层210的弧形表面216(如前所述，在FDM的成型过程中，由于是将打印材料挤压成丝状并形成打印层，故而在打印层的边缘处仍会呈现局部类似丝状打印材的轮廓，即弧形表面216)。但各黏着层230B除了完全覆盖各色层220B的范围之外，也分布在各打印层210的弧形表面216上，亦即，各黏着层230B在各打印层210上的正投影面积大于各色层220B在各打印层210上的正投影面积，以使色层220B被完全包覆在黏着层230B之内。
另需提及的是，请再参考图6，当配置另一打印层于黏着层230上时，由于打印层仍处于温度较高的熔融态，因此可通过高温以激活黏着层230的黏性，且打印层也能通过打印头的挤压过程而对黏着层230提供挤压效果，进而使黏着层230填补缝隙S并分布在打印层之间的水平表面与弧形表面。图7也如图6所示特征，在此不再赘述。
基于上述实施例，当黏着层覆盖于色层上时，除通过散射和/或反射等光学上的作用而可用于提升色层的明亮度而让立体物件具有通透感外，色层受到黏着层的隔绝而不会直接碰触下一打印层，当再次打印另一打印层以叠置在前一次的打印层或色层上时，通过黏着层的存在而可避免所述另一打印层因温度下降而降低原本的黏着力以及性质变化。再者，下一打印层是通过黏着层而堆叠并附着在色层或打印层上，因此能藉此达到提升结构强度的目的。此外，黏着层覆盖色层上而提供的保护功效，也可避免环境中的水气与光照的影响或物理性磨损等而产生褪色、墨水脱落等现象。另外，由于打印层具有疏水性，因此当色层的墨水分布在打印层上时，并不易在打印层上流动，反观本实施例的黏着层的流动性是大于色层(墨水)的流动性，因此还能提供上述填补打印层缝隙S的效果，并据以固定色层延伸至缝隙S的部分。
图8是本发明另一实施例的立体打印方法的流程图。图9显示图8的形成示意图。
请参阅图8，本实施的立体打印方法与图3的实施例相近，且步骤S30～S34与前述步骤S10～S14相同，以下不再赘述。
不同的是，本实施例的步骤S36，通过处理器将立体物件的着色信息与多个打印层的信息相互对应，以于步骤S38判定各打印层是否存在色层预设区(步骤S38)，且同时也能推算出各个打印层上的色层预设区的面积大小。
接着，步骤S40在各打印层的色层预设区上配置黏着层，再于步骤S42配置色层于色层预设区上，使色层通过黏着层而附着至打印层。在此，色层预设区可存在于打印层的特定范围或是打印层的全部范围上，而黏着层将完全分布在色层预设区上，色层的分布面积不大于黏着层的分布面积。
在步骤S42之后，则可通过立体打印装置100依据处理器送出的数据在步骤S44进行立体物件的打印动作。
请参考图9并对照图8，当步骤S38判定打印层310存在色层预设区312后，即在色层预设区312上配置黏着层330，而后才在黏着层330上配置色层320。换句话说，在本实施例中，打印层310与色层320之间必然通过黏着层330将两者贴附在一起。
图10显示另一实施例的打印层局部剖视图。
请参考图10，所述实施例是结合前述图9及图6所示的实施例，如图9所示，在得知打印层310上的色层预设区后，便在所述色层预设区上配置黏着层330，而后再将色层320配置于色层预设区而通过黏着层330贴附至打印层310。接着，如图6所例示，再于色层320上配置另一黏着层430，以使黏着层430覆盖在色层320上而形成保护。同时，下一打印层也能通过黏着层430而与色层320结合，达到提高结合强度及保护的效果。在本实施例中，各黏着层430及黏着层330在各打印层310上的正投影面积等于各色层320在各打印层310上的正投影面积。
图11显示另一实施例的打印层局部剖视图。请参阅图11，与图10所示类似(即相当于图7所示与图9所示予以结合)，在任意相邻的打印层310与色层330之间皆配置有黏着层530。在本实施例中，黏着层530在各打印层310上的正投影面积大于色层320在打印层310上的正投影面积，亦即色层320是被完全包覆在黏着层530中。此外，图10与图11所示实施例，其同样与前述实施例相同，能通过黏着层330、430或530将打印层310之间的缝隙S予以填补，以达到保护色层320或是避免色层墨水影响其他打印层。
另需说明的是，在另一未显示的实施例中，上述图3、图8所示步骤也可在立体打印装置100以外的电子装置上进行，待完成相关解析动作并产生对应指令后，再汇入立体打印装置100而进行实体打印动作。
综上所述，在本发明的上述实施例中，通过在打印层与色层之间配置黏着层以将两者贴附在一起，或是以黏着层配置在已经上色的打印层上，其皆能达到提升结合强度与增加结构性的效果。同时，黏着层覆盖色层上而具有保护的功效，可避免环境中的水气与光照的影响或物理性磨损等而产生褪色、墨水脱落等现象。此外，在部分实施例中由于黏着层的流动性较色层(墨水)为佳，因此除能固定色层之外，还能用以填补打印层之间的缝隙，除能提高色层均匀度以及避免影响其他打印层之外，也因黏着层是透明材质所构成，因此能进一步地增加立体物件的通透感及美观性。
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，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (20)

1.一种立体打印方法，适用于立体打印装置以打印出立体物件，其特征在于，所述立体打印方法包括：
提供所述立体物件的结构信息与着色信息；
以处理器对所述立体物件的结构信息进行切层处理，以取得多个打印层的信息；
所述处理器将所述立体物件的着色信息与所述多个打印层的信息相互对应，而取得各打印层所对应的色层的信息；以及
在所述各打印层及与其对应的色层上配置黏着层，以使所述黏着层覆盖所述色层的至少局部。
2.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述黏着层在所述打印层上的正投影面积大于或等于所述色层在所述打印层上的正投影面积。
3.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，任意相邻的两层打印层之间存在缝隙，所述黏着层填补所述缝隙。
4.根据权利要求3所述的立体打印方法，其特征在于，所述多个打印层包括第一打印层与第二打印层，所述黏着层配置在所述第一打印层与所述第二打印层之间，所述色层配置于所述第一打印层与所述黏着层之间，且所述第一打印层与所述第二打印层之间存在所述缝隙，所述立体打印方法还包括：
当配置所述第二打印层于所述黏着层上时，同时挤压所述黏着层以填补所述缝隙。
5.根据权利要求4所述的立体打印方法，其特征在于，所述第二打印层激活所述黏着层的黏性。
6.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：
在所述各打印层及与其对应的色层之间配置另一黏着层，以使所述色层通过所述另一黏着层附着于所述打印层。
7.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述黏着层为透明。
8.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述打印层具有疏水性。
9.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述黏着层的流动性大于所述色层的流动性，所述黏着层的表面张力小于所述色层的表面张力。
10.一种立体打印方法，适用于立体打印装置以打印出立体物件，其特征在于，所述立体打印方法包括：
提供所述立体物件的结构信息与着色信息；
以处理器对所述立体物件的结构信息进行切层处理，以取得多个打印层的信息；
所述处理器将所述立体物件的着色信息与所述多个打印层的信息相互对应，而判定各打印层是否存在色层预设区；
当所述打印层存在所述色层预设区时，在所述色层预设区配置黏着层；以及
配置色层于所述色层预设区域，以使所述色层通过所述黏着层而附着至所述打印层。
11.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：
配置另一黏着层于所述色层上，以使所述另一黏着层覆盖所述色层。
12.根据权利要求11所述的立体打印方法，其特征在于，所述另一黏着层在所述打印层上的正投影面积大于或等于所述色层在所述打印层上的正投影面积。
13.根据权利要求11所述的立体打印方法，其特征在于，所述多个打印层包括第一打印层与第二打印层，所述色层通过所述黏着层附着至所述第一打印层，所述立体打印方法还包括：
配置所述第二打印层以通过所述另一黏着层而附着于所述色层上。
14.根据权利要求13所述的立体打印方法，其特征在于，所述第一打印层与所述第二打印层之间存在缝隙，所述立体打印方法还包括：
配置所述第二打印层于所述另一黏着层上时，同时挤压所述另一黏着层以填补所述缝隙。
15.根据权利要求13所述的立体打印方法，其特征在于，所述第二打印层激活所述黏着层的黏性。
16.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，所述黏着层为透明。
17.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，所述打印层具有疏水性。
18.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，所述黏着层的流动性大于所述色层的流动性，所述黏着层的表面张力小于所述色层的表面张力。
19.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，任意相邻的两层打印层之间存在缝隙，所述黏着层填补所述缝隙。
20.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，所述色层相对于所述打印层的黏着力小于所述黏着层相对于所述打印层的黏着力。
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