CN109334216B - 用于从物体的数字表示产生该物体的增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维半色调化。一种三维半色调化方法，其中包括值的半色调矩阵被提供并被细分为多个子矩阵，每个子矩阵包括半色调矩阵的在相应子范围中的值。针对物体三维表示的当前切片，半色调矩阵的多个子矩阵中的子矩阵被选择并且使用所选择的子矩阵来执行当前切片的半色调化。此外，描述了增材制造方法和系统。

Description

用于从物体的数字表示产生该物体的增材制造方法

本申请是于2014年10月29日提交的申请号为201480083053.2(PCT/US2014/062934)、名称为“三维半色调化”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及三维物体的增材制造方法。

背景技术

增材制造或快速成型是用于生成各种种类的三维(3D)物体的通用过程，多种3D物体包括原型、替换部件和劳动工具。典型地使用诸如电子数据的数字表示来描述的3D物体，使用增材制造系统从一种或多种材料自动构建，增材制造系统诸如3D打印机，其将若干打印平面层合并起来以形成所期望的物体。

层使用各种技术来制造。例如，在熔融沉积建模时，层通过挤压材料滴以形成独立的层而产生。某些其他方法包括将光敏聚合物材料、油墨或粘合剂溅射在层中的构造托盘中，其中每一层例如用UV光固化。对应的基于油墨的系统还可称为油墨标记和固化系统。层对应于正在形成的物体的截面。因此，打印是逐层执行的，每一层表示最终所期望物体的截面。相邻打印层可按预定义模式相互粘合，以构建所期望的3D物体。

发明内容

本发明提供了一种用于从物体的数字表示产生所述物体的增材制造方法，所述方法包括：确定所述物体的数字表示的每个切片上的每个像素的区域覆盖矢量；将包括阈值的二维半色调矩阵细分为多个按序排列的子矩阵，每个子矩阵包括所述半色调矩阵的在相应子范围中的阈值；针对按序制造序列的每层：确定所述物体的数字表示的与所述层对应的第一切片；基于所述第一切片的编号，以所述多个按序排列的子矩阵的总数为模，选择所述多个按序排列的子矩阵中的子矩阵，使用所选择的子矩阵的各个阈值半色调化所述第一切片的所述区域覆盖矢量，以及根据所述第一切片的所述区域覆盖矢量的所述半色调化的结果，在所述层上沉积材料或流体；确定所述第一切片是否有后续的第二切片，如果所述第一切片有所述后续的第二切片，则确定所述物体的数字表示的与所述层对应的所述后续的第二切片；基于所述后续的第二切片的编号，以所述多个按序排列的子矩阵的总数为模，选择所述多个按序排列的子矩阵中的子矩阵，使用所选择的子矩阵的各个阈值半色调化所述后续的第二切片的所述区域覆盖矢量，以及根据所述后续的第二切片的所述区域覆盖矢量的所述半色调化的结果，在所述层上沉积材料或流体。

附图说明

图1示出根据一个示例的三维半色调化方法的流程图；

图2示出根据一个示例的用于从数字表示的物体快速成型的方法的另一流程图；

图3图示根据一个示例的半色调矩阵的值和半色调矩阵的细分；以及

图4a和图4b示出根据又一示例的细分矩阵的值的表示。

具体实施方式

以下将描述各种示例。

本公开涉及用于三维半色调化的方法，包括：提供包括值的半色调矩阵，并且将该半色调矩阵细分为多个子矩阵，每个子矩阵包括半色调矩阵在各自子范围中的值。针对物体三维表示的当前切片，该半色调矩阵的多个子矩阵中的子矩阵被选择并且当前切片使用所选择的子矩阵来半色调化。

物体典型地使用诸如浮点数的连续值或接近连续值表示，从而定义该物体的结构、轮廓以及其他材料属性。然而，增材制造或打印典型地是二进制或双等级过程：该过程可在给定层沉积材料或油墨以定义离散结构，或不沉积材料或油墨以使该结构空白。针对尖锐的轮廓，这种谨慎的方法可能是理想的，但如果要建立更详细的物体或甚至要生成固体材料结构，则必须应用用于建立中间密度区域的方法，如半色调或抖动。

半色调化是二维(2D)打印中已知的过程，在2D打印中，离散元素或像素的合适片段用材料或油墨覆盖，使得各元素的平均外观对应于这些元素的初始连续定义。半色调化可包括阈值化、随机抖动或图案化，在阈值化中，每个像素值与固定阈值比较；在随机抖动中，每个像素值与随机阈值比较；图案化针对每个输入值在输出中放置固定图案。然而，这些方法是有限的，因为没有考虑所生成物体的空间分布和3D结构而是聚焦于所生成物体的独立的层。

半色调化的进一步方法可包括误差扩散技术，其表示将量化误差扩散至相邻像素的反馈过程。然而，误差扩散技术也仅聚焦于该2D输出，并且进一步需要逐行输出的相当高成本和严格的按序处理。

该方法允许来自2D域的矩阵针对3D半色调化的应用。通过将二维半色调矩阵细分为多个子矩阵(其独立应用于表示的各个切片)，该2D矩阵被有效扩展至三维以更好反映该物体的3D本质。与每个切片的固定半色调矩阵的应用相反，使用完全或部分补充的子矩阵，使得子矩阵的图案在切片之间变化。这导致在最终打印3D物体中更好的材料分布和后续切片的连接。

在增材制造或3D打印时，非常类似于2D打印，必须关于放置的材料或油墨数量和位置作出选择，从而实现所期望的结果。例如，必须要确定粉末材料层上的油墨的量和位置。在2D打印时，这可由半色调完成，由此油墨或纽介堡基色的特定百分比等级组合可被解释为该2D基板上墨滴状态的空间和/或统计分布。在3D打印时，半色调优选地在单材料类型打印和多材料(或多油墨)系统两者中必须考虑材料属性。例如，打印材料可扩展并且完全覆盖可导致过多的材料被沉积。3D半色调可类似于2D半色调，因为针对给定结构/材料质量以及所期望的颜色，材料/墨滴的特定组合必须确定。因此，根据本公开的方法将2D半色调扩展至3D应用。

该方法进一步允许半色调化结果的有效和快速的计算，因为每个独立切片的处理可对应于2D处理，但具有通过考虑3D信息而选择的半色调矩阵。该方法是高度灵活的，因为多种2D半色调矩阵可被应用和扩展以用于处理3D。因此，该方法可通过提供并调整所期望的2D半色调矩阵而完全参数化，并适用于后续增材制造或3D打印过程和硬件的独立约束和需求以及最终物体的材料/油墨属性和所期望的特性。

半色调矩阵可以是如2D半色调化时使用的任何合适的半色调或阈值矩阵，其可以是分散点类型的矩阵(诸如白噪声或空闲和聚类)，或聚类点类型矩阵(诸如绿噪声，类似AM加网的图案或其他)。该半色调矩阵的值可以是阈值。该值可分布在预定义粒度的范围，诸如从0到4095的12比特整数值。然而，还可使用其他任何范围或粒度，诸如8比特、9比特、10比特的整数或浮点数，以及其他。

该半色调矩阵被细分为多个子矩阵，其中每个子矩阵包括该半色调矩阵的各值的范围的子范围的值。因此，第一子矩阵可仅包括该半色调矩阵在第一子范围中的各值，第二子矩阵可仅包括该半色调矩阵在第二子范围中的各值，并且每个后续子矩阵可包括该半色调矩阵在相应后续子范围中的各值。因此，在处理期间，该子矩阵可被打乱，但该子矩阵的直方图可基本保持相同。

优选地，该子矩阵具有与该半色调矩阵相同的大小，并包括该半色调矩阵在相应值子范围中的各值。因此，该半色调矩阵和该多个子矩阵可为全部相同的大小，但可具有与用在用于半色调化的给定切片处的各自子范围的其本质属性不同的位置。例如，该半色调矩阵可以是256×256矩阵并且多个子矩阵中的每一个可以是256×256矩阵。因此，可以使用256×256半色调矩阵，就好像是根据独立值子范围的相同大小的多个矩阵。针对每个独立的子矩阵，对应于其他子范围的子矩阵的相应部分可留空。即使该半色调矩阵和该多个子矩阵已经以特定大小描述，但也可包含半色调矩阵的和多个子矩阵的其他大小，诸如512×512、1024×1024以及更大的或更小的矩阵，并且本公开在这方面不加限定。

要进行半色调化的物体的表示可根据后续增材制造或3D打印过程的表示或层的共面切片来处理。如贯穿说明书所使用的术语“切片”可指代该3D物体的三维模型或表示的平面交叉或截面。术语“层”可指代形成于相应增材制造或3D打印过程的3D物体的平面交叉或截面。3D物体模型的切片可对应于3D物体的一层或3D物体的多个层。并且，3D物体的层可对应于3D物体模型的切片或3D物体的模型的多个切片。此外或作为可替代的，基于增材制造或3D打印处理的当前处理层，可确定3D物体模型的对应切片，该确定可包括基于3D物体模型的切片的计算。根据当前处理的切片或层，可选择子矩阵中的一个，从而执行当前切片的半色调化。具体地，相邻的切片可使用不同的和互补的子矩阵处理，由此得到改进的结构属性。

根据一个示例，该半色调矩阵的多个子矩阵的后续的子矩阵被选择用于后续切片，并且后续切片使用后续子矩阵来半色调化。后续和任何进一步切片的子矩阵的选择可根据预定义图案或根据用于选择半色调矩阵的多个子矩阵中的子矩阵的图或公式来执行。

在一个示例中，多个子矩阵根据子范围按序排列。该按序排列的子矩阵可被编号以基于当前切片简化该子矩阵的选择。

在又一示例中，所述选择用于当前切片或后续切片的子矩阵包括，基于当前切片的编号或后续切片的编号，以该子矩阵的总数为模选择该子矩阵。因此，该半色调矩阵可被细分为相同大小的N个子矩阵，并且针对当前切片j，当前所选择子矩阵i的数量可被计算为i＝j mod N。因此，当前子矩阵的选择可被有效地执行。该半色调矩阵可基于任何数量的子范围而细分为多个子矩阵，其可为相等大小或不同大小的不相交的子范围或重叠子范围。

根据一个示例，该半色调矩阵的各值的范围被划分为多个相等而不相交的子范围。因此，独立的子矩阵的子范围对应于所述相等且不相交的子范围。通过定义不相交的子范围，独立子矩阵是互补的，其可改进最终3D物体的结构属性。

在又一示例，该子范围可为相等且重叠子范围，例如，根据重叠值。

图1图示根据一个示例的用于三维半色调化的方法的流程图。

方法100可开始于条目102并进行至条目104，其中可提供包括值(诸如阈值)的半色调矩阵。在条目106，半色调矩阵可细分为与半色调矩阵相同大小的多个子矩阵，然而，每个子矩阵在对应位置处可仅包括半色调矩阵的在相应子范围的值。例如，半色调矩阵可细分为(100/N)-百分比部分。针对N＝10，这将导致半色调矩阵的值的第一子范围0％-10％，用于第一子矩阵，半色调矩阵的值的第二子范围10％-20％，用于第二子矩阵，直到半色调矩阵的值的第十子范围90％-100％，用于第十子矩阵。换言之，如果针对位置(x，y)相应半色调矩阵的值落入第一子范围，则半色调矩阵的值包括在第一子矩阵中的同一位置(x，y)处，如果值落入第二子范围，则值包括在第二子矩阵中的位置(x，y)处，以此类推，并且如果值落入第十子范围，则半色调矩阵在位置(x，y)处的值包括在第十子矩阵中的位置(x，y)处。第一，第二，...，第十子矩阵的剩余部分可留出空白或为空。

方法可进行至条目108，在该处，针对3D物体的模型或数字表示的当前切片，可选择半色调矩阵的多个子矩阵中的子矩阵，其可用于条目110中当前切片的半色调化。因此，3D半色调化可变成物体表示的值(诸如用于油墨/材料的区域覆盖矢量)和当前过程所处的切片序列号的组合。只要条目112确定存在更多要处理的切片，方法100就可重复条目108。

在以上示例，在半色调化过程的切片0处，可选择具有子范围0％-10％的第一子矩阵，在切片1处，可选择具有子范围10％-20％的第二子矩阵，直到切片9，其中可选择具有子范围90％-100％的第十子矩阵。在切片10，这可通过选择第一子矩阵而重新开始。这对应于第三维度中半色调矩阵的平铺。然而，方法100仍使用单个2D半色调矩阵来生成对应于(100/N)百分比部分的互补子矩阵。因此，可能不存在重叠放置，导致材料和/或油墨在后续增材制造或3D打印过程中所处位置的均匀性，其有利于所形成的3D物体的热耗散和结构均匀性。

如果不存在要处理的进一步切片，方法100可在条目114结束。

即使方法100已描述为条目的序列，但应当理解，相应条目可以以不同的顺序执行，并且特定条目还可并发执行。此外，并非所有条目在描述的所有示例中都是需要的。

在又一示例，二维半色调矩阵可基于每个值的影响直径来优化。对应优化方法可分析半色调矩阵和/或子矩阵的值和结构并可优化半色调矩阵，从而保证在给定影响直径和等级的优先权时，编码范围(或子范围)上的每个值以相等频率表示并且尽可能统一(但不规则)地分布，其中优先权被给予具有更好的属性的矩阵等级。在空闲和聚类情况下，某些等级可具有理想属性而其他等级可与他们脱离。例如，可应用空闲和聚类算法，如在R.Ulichney的“用于抖动阵列生成的空闲和聚类方法”，SPIE 1913学报，第332-343页，1993年中所述。空闲和聚类方法可开始于给定等级，诸如第0级，并可在表示矩阵的网格上放置点或对应值。其后，可在第二个等级(第1级)进行放置。等级可指代半色调矩阵中的值。因此，8比特矩阵可具有255级。随着等级增加，根据开始等级，更多或更少的自由度是可用的，使得存在更多或更少的可能性来生成均匀(但不规则)的图案或具有所期望特性的图案。典型地，空闲和聚类矩阵可仅在有限等级范围(或子范围)具有所期望的图案。

根据另一示例，可确定当前处理参数并且半色调矩阵可基于当前处理参数优化。处理参数可以是底层增材制造或打印系统的处理参数并可包括关于增材制造或打印系统的配置信息，诸如打印头配置，包括多个喷嘴、打印速度或甚至缺陷，缺陷诸如缺少或堵塞喷嘴。例如，某些油墨或材料的液滴可被聚集以补偿系统中丢失的喷嘴。处理参数还可考虑所处理的材料和/或油墨的属性。例如，热耗散或材料强度可作为空闲和聚类算法的直接输入以优化矩阵。例如，这些参数可反映区域(在其上沉积材料的单个液滴或在该处放置材料/油墨)的大小，该区域的大小在增材制造或3D打印过程期间当干燥/固化时，还获得足够的热量和/或材料强度。因此，2D半色调矩阵可基于特定3D参数优化和/或反映当前处理参数。这导致改进的增材制造或3D打印结果，并且甚至可补偿潜在的系统缺陷。

在又一示例中，涉及当前处理结果的反馈被接收并且当前或后续切片的物体的所述表示根据反馈来调整。反馈可表示使用半色调化的结果的沉积过程或打印过程的结果，并可用于确定实际结果和所期望的结果之间的偏差，并且响应于该确定，当前或后续切片的物体的当前表示可被调整从而改进结果。例如，可针对后续切片调节表示的值以反映打印期间冷却过程的变型。因此，更多或更少的油墨和/或材料可在特定位置添加，以改进材料属性和生成物体的改进表示。

在进一步示例中，优选地在3D打印过程中，材料根据切片的所述半色调化而被沉积在层上。3D打印机可铺设流体、液体，或材料(诸如油墨或聚合物)的连续层，以从一系列截面构造物体。层可对应于来自所期望的物体的数字表示或模型的切片或虚拟截面，并可连接或自动熔融以建立3D物体的最终形状。然而应当理解，根据本公开的3D半色调化方法可与任何其他双等级处理技术一起使用，任何其他双等级处理技术使基于物体表示的半色调化的切片能够以层构造3D物体。

根据一个示例，物体的所述表示包括在每个切片上的物体元素的多个值，并且所述半色调化包括使用相应子矩阵的对应值来阈值化切片。元素可以是相应切片或体素上的像素，其可定义油墨/材料在元素位置处的属性。为了实现阈值化，元素的值与各个子矩阵的阈值相比较，各个子矩阵的阈值针对特定切片选择，从而确定是否在层上将材料沉积在元素位置处。

在又一示例中，用于物体元素的表示的每个值指示在元素位置处要沉积至层上的相应材料的量。优选地，所述多个值对应于针对物体的相应元素定义的多个区域覆盖矢量。区域覆盖矢量可用于描述油墨和/或材料在切片内或打印序列的对应层上的每个独立的元素或像素位置处的所期望的区域覆盖。在2D打印时，纽介堡基色可用于将颜色定义为区域覆盖矢量。所需要的材料属性(其可以是切片内以及切片间的常量或变量)可表示为相应的区域覆盖矢量。无论使用油墨标记加固化技术还是直接材料沉积技术作为增材制造或3D打印过程，所需要的材料可表达为指示每种材料/油墨有多少要沉积在3D打印的给定层处的区域覆盖矢量。一旦材料/油墨的量以这种方式表达，其分布就是材料/油墨的空间排列问题，其考虑属于3D的附加的自由和约束。例如，针对油墨标记加固化打印方法，区域覆盖可被确定为一滴特定油墨(例如黑色)的10％，而区域覆盖矢量可写成[K1：0.10，W：0.90]，其可被解释为10％的元素以黑色墨滴覆盖，而90％的区域被留出为空白。根据另一示例，使用3D打印的CMY颜色油墨，区域覆盖矢量可被定义为[10％青色，5％青色和洋红色套印，10％洋红色，75％空白]。由于在双等级打印中，无论材料和/或油墨被沉积与否，区域覆盖都为常量，并且因此在每个位置处沉积的材料和/或油墨的量始终相同，故区域覆盖矢量可还被解释为元素被打印与否的概率或不同的材料/油墨及其组合要被打印与否的概率分布。在上述前一示例，元素将以0.1的概率被材料和/或油墨覆盖，并且元素将以0.9的概率不被覆盖。

根据一个示例，物体表示的切片上的每个元素对应于要打印在对应层上的子元素区域。例如，切片上物体表示的像素可被打印在k×k子像素，如4×4子像素。然而应当理解，子像素的其他任何其他大小和数量可用于表示输入的单个像素。其可得到输出层上连续值的更好的表示，然而是以增加的分辨率为代价。

在进一步示例中，子范围根据重叠值的重叠子范围。这可导致对子矩阵的互补需求的放宽，因为半色调矩阵的值可包括于两个或多个相邻的子矩阵中。例如，如果针对每个子范围的统一10％的覆盖和2％的重叠被定义，则子范围可被定义为0％-10％、8-18％、16-26％等。

本公开进一步涉及一种用于从物体的数字表示生成物体的增材制造方法，所述方法包括确定物体的数字表示的每个切片上的每个像素的区域覆盖矢量，并将包括阈值的二维半色调矩阵细分为多个按序排列的子矩阵，每个子矩阵包括相应子范围中的半色调矩阵的阈值。针对按序制造序列的每一层，执行如下步骤：确定对应于层的物体的数字表示的切片，基于切片的编号以按序排列的子矩阵总数为模选择多个按序排列的子矩阵中的子矩阵，使用所选择的子矩阵的相应阈值半色调化切片的区域覆盖矢量，并根据切片的区域覆盖矢量的所述半色调化的结果，在层上沉积材料。

增材制造可使用3D打印机执行。优选地，所述沉积材料包括沉积构造材料和/或打印流体。所述沉积还可包括沉积多种材料和/或多种流体，诸如多种油墨。

根据一个示例，所述二维半色调矩阵是空闲和聚类矩阵。原型可基于任何2D半色调矩阵执行，其被细分为与半色调矩阵相同大小的子矩阵，然而，仅具有相应值子范围中的半色调矩阵阈值。因此，2D半色调矩阵被平铺以反映增材制造过程的3D本质。

在又一示例中，增材制造序列的当前参数被确定并且物体的二维半色调矩阵和区域覆盖矢量的至少一个基于当前处理参数被优化以用于后续切片。

图2示出根据一个示例用于从物体的数字表示生成物体的方法的流程图。

方法200可开始于条目202并可确定条目204中物体的数字表示或模型的每个切片上的每个像素的区域覆盖矢量。区域覆盖矢量可以是仅有一个元素的矢量，其可标识单个油墨/材料沉积在特定位置处的量或概率。例如，材料矢量[X]可表示X％的油墨/材料被沉积或油墨/材料以概率X沉积。然而，区域覆盖矢量还可包括多个分量，用于油墨/材料A1，A2，...和/或其套印组合，如相应纽介堡基色，而材料矢量[X1，X2，...，Xm]可被解释为X1％的材料/油墨A1，X2％的材料/油墨A2等，或相应概率。因此，单个油墨/材料方法可容易地升级至多个材料，其中Xi的总和为X。累积概率，即多材料区域覆盖矢量的独立组件Xi的总和可作为选择器，以确定材料和/或油墨是否被打印。其可通过使用半色调矩阵的子矩阵实现，而与多个材料和/或油墨无关。因此，所有材料/油墨在单个操作中被半色调化。

多个材料/油墨可例如用于以不同的颜色提供3D打印，其中“3D位置+颜色到材料/油墨区域覆盖”的映射可用于映射至合适的有色油墨混合。例如，某些C/M/Y油墨组合的复合油墨区域覆盖可逐渐增加以接近物体的边缘，以实现给定物体位置的所期望的颜色。

方法200可进行至条目206，其中包括阈值的二维半色调矩阵可细分为多个按序排列的与半色调矩阵相同大小的子矩阵，每个子矩阵包括半色调矩阵在相应值子范围的阈值。子矩阵可根据值子范围的顺序排列来排列，值子范围可以是例如相等大小或变化大小的不相交或重叠子范围。

方法可进行至条目208，其中对于按序制造序列的每个层，以及表示的对应切片，条目210、212、214可被执行。

在条目210，多个按序排列的子矩阵中的子矩阵可基于多个切片以按序排列的子矩阵的总数为模而选择。然后，在条目212，切片的区域覆盖矢量可使用选择的子矩阵的各个阈值进行半色调化并且油墨/材料可根据条目214中区域覆盖矢量的所述半色调化的结果而沉积在层上。

在条目216，方法200可确定当前切片是否有后续切片，并可在这种情况下重新循环条目210、212、214。如果当前切片为最后的物体切片，方法200可在条目218结束。

即使方法200已描述为条目的序列，应当理解，相应条目可以以不同的顺序、循环地，和/或并行执行。此外，并非方法200的所有条目在本公开的示例的每个描述都是需要的。

图1方法100和图2方法200的独立的条目可根据如下示例实现，其可接受物体表示作为输入，包括物体在切片z、z₁、z₂、…的多个光栅切片以及半色调矩阵T，其可为具有[0-100]编码的空闲和聚类矩阵。假设区域覆盖矢量可被定义用于每个切片zi的每个像素，例如用于像素的[25％的材料，75％留空]。应当理解，具有不同的每像素值和参数的其他半色调矩阵以及其他变化的区域覆盖矢量可被使用。半色调矩阵T可具有与独立的切片zi相同的大小，使得针对切片zi中的每个位置[x，y]可存在半色调矩阵T(x，y)的对应位置。

3D半色调化和后续增材制造可根据如下伪码实现：

define N sub-ranges and sub-divide the halftone matrix

//slice z will use z*lOO/N％range of values modulo N

//e.g.for N＝＝4,25％of the range of values will be used by eachslice z

//for z＝＝0the range is[0-25](or(z modul0 4)＝＝0)

//for z＝＝1the range is[26-50](or(z modul0 4)＝＝1)

//for z＝＝2the range is[51-75](or(z modul0 4)＝＝2)

//for z＝＝3the range is[76-100](or(z modul0 4)＝＝3)

//for z＝＝4,(z modul0 4)＝＝0so the sub-range starts over

//hence for z＝＝4the range is[0-25]

for every slice z

for every loafdion[x,y]on slice z

compare the value of T(x,y)to the area coverage vector at[x,y]:

//for a sub-division of N＝＝4sub-ranges:

if[T(x,y)>25*(z modul0 4)]&[T(x,y)<＝25*((z modul0 4)+1)]

//e.g.if T(x,y)at slice z＝＝1is anywhere between[26to 50]

place maternal into halftone pixel H(x,y)at slice z

else

//e.g.if T(x,y)at slice z＝＝1is anywhere outside of[26to 50]

leave halftone pixel H(x,y)blank

end

end

output halftone(H)

方法100和/或200可以以软件或专用硬件实现于3D打印设备的处理器或处理部件上。

此外，方法100和/或200以及本公开的示例可提供为具有存储其上的指令的计算机可读介质，其中所述指令响应于由处理器执行，使所述处理器执行根据本公开的示例之一的相应方法。

图3示出了根据一个示例的半色调矩阵和某些子矩阵。半色调矩阵302可以是空闲和聚类矩阵的表示，其可使用最小低频分量对噪声调整并且没有集中的能量尖峰，如蓝噪声，而子矩阵304a，…，304e可表示半色调矩阵302细分成五个子范围的结果，每个占据20％的半色调矩阵302的范围。例如，矩阵302和子矩阵304a，…，304d可为12位的1024×1024矩阵。因此，半色调矩阵302可包括从1至4095范围的值，矩阵304a可包括从1至819的值，矩阵304b值从820至1638，矩阵304c的值从1639至2457，矩阵304d的值从2458至3276，并且矩阵304e的值从3277至4095。在图3中，子矩阵304a，…，304e以二进制形式示出，其中如果相应矩阵包括来自矩阵202的值，像素为黑色，否则为白色。正如所见，在切片之间存在图案差别，其允许改进得到的制造或打印的3D物体的结构属性。半色调矩阵302可应用于本公开的示例，如图1的方法100中以及图2的方法200中，并且子矩阵304a，...，304e可以是对应处理结果，诸如图1和2的相应条目106和206。

图4a和图4b示出了根据一个示例的半色调矩阵以及各个子范围不同的视图。表示的值可对应于图3半色调矩阵的值302。

图4a示出了半色调矩阵400的3D表示，其中值相对于z轴绘制，同时示出了3D半色调矩阵的扩展以及导致独立的子矩阵的独立子范围选择的可视化，其可以是如图3中所示的相同的子范围和子矩阵。

z轴可对应于打印层z轴，然而，以子矩阵的数量为模以使图4a的表示用于五个层的3D打印。因此，z轴的值不表示打印的层，但表示半色调矩阵的值，其被细分为各个子范围，由此导致独立的子矩阵。例如，如果以12比特的粒度，N＝5子范围的细分被使用，则针对第一切片的1至819的值范围，针对第二切片的820至1638的值范围等将被使用，以将3D物体的表示进行半色调化。

图4b对应于图4a投影于xy平面的视图，以说明子范围和各个子矩阵的补充性。

对应于半色调矩阵的粒度和范围的半色调矩阵的大小，可直接涉及等级在后续切片的补充性。例如，如果少量切片具有补充性是有用的，则半色调矩阵足以具有覆盖后续切片的数量的大小和粒度，然后以半色调矩阵重复处理。并且，应当理解，更大的半色调矩阵可被构造。在这种情况下，半色调矩阵的大小可直接关联于矩阵位-深度，如8位、10位、12位等。

根据本公开的示例的3D半色调化方法和打印系统定义了总体框架，其允许任何2D半色调矩阵设计用于三维。该方法可高速运行，因为不需要误差扩散但以元素或像素为基础操作。方法自然地参与单个切片和逐个切片所使用的可变材料/油墨比例，其可表达为例如基于纽介堡基色的材料区域覆盖矢量。该方法还可使用能在切片中和切片间变化的油墨或区域覆盖矢量而用于多油墨3D彩色打印。

尽管示例已使用半色调矩阵的变化的大小和粒度以及特定数量的子矩阵的细分来描述，应当理解，本公开不限于这种情况，而其他值和参数可被使用。尽管某些示例已被详细描述，应当理解，本公开的方面可采用多种形式。特别地，示例可用不同方式实施或实现并且所描述的特征和特性可以以任何组合实施或实现。

Claims (10)

1.一种用于从物体的数字表示产生所述物体的增材制造方法，所述方法包括：

确定所述物体的数字表示的每个切片上的每个像素的区域覆盖矢量；

将包括阈值的二维半色调矩阵细分为多个按序排列的子矩阵，每个子矩阵包括所述半色调矩阵的在相应子范围中的阈值；

针对按序制造序列的每层：

确定所述物体的数字表示的与所述层对应的第一切片；

基于所述第一切片的编号，以所述多个按序排列的子矩阵的总数为模，选择所述多个按序排列的子矩阵中的子矩阵，

使用所选择的子矩阵的各个阈值半色调化所述第一切片的所述区域覆盖矢量，以及

根据所述第一切片的所述区域覆盖矢量的所述半色调化的结果，在所述层上沉积材料或流体；

确定所述第一切片是否有后续的第二切片，如果所述第一切片有所述后续的第二切片，则

确定所述物体的数字表示的与所述层对应的所述后续的第二切片；

基于所述后续的第二切片的编号，以所述多个按序排列的子矩阵的总数为模，选择所述多个按序排列的子矩阵中的子矩阵，

使用所选择的子矩阵的各个阈值半色调化所述后续的第二切片的所述区域覆盖矢量，以及

根据所述后续的第二切片的所述区域覆盖矢量的所述半色调化的结果，在所述层上沉积材料或流体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积材料包括沉积构造材料或打印流体。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述二维半色调矩阵是空闲和聚类矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述区域覆盖矢量是仅有1个元素的矢量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述区域覆盖矢量包括多个分量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述区域覆盖矢量标识材料或流体沉积在特定位置处的量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述区域覆盖矢量标识材料或流体沉积在特定位置处的概率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述子矩阵根据值子范围的顺序排列来排列。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述值子范围是相等大小或变化大小的不相交子范围。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述值子范围是相等大小或变化大小的重叠子范围。

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