CN110197034B - 一种3d打印介质表面着色效率的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，选用平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架及特定属性指标来构建预测3D打印介质表面着色效率的参数量化模型，通过测量打印的3D标准测试件的底层介质表面属性值与着色表面密度或色度值进一步求解出完整的通用评价模型。具体实现步骤为：3D标准测试件的结构设计方法、3D打印介质表面着色效率量化评价的建模方法以及通用评价模型的修正方法等。本发明的3D打印介质表面着色效率的评价方法既可以用于主流打印材质的彩色3D打印过程中着色质量监控，又可以用于改进国产彩色3D打印机配套的底层介质成型材料与着色材料的着色性能优化。

Description

一种3D打印介质表面着色效率的评价方法

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及全彩3D打印质量评价，特别涉及一种3D打印介质表面着色效率的评价方法。

背景技术

3D打印作为一种功能强大的数字化制造技术而备受传统制造领域管理者喜爱与推广，特别是彩色3D打印技术的成功开发更加促进了个性化定制能力。彩色3D打印技术在颜色再现精度方面的控制主要通过喷印精度以及呈色材料特性两大类思路间接实现，并且取得很好的改进效果。此外，国际上对不同3D打印设备在打印过程的质量控制也变得越来越重视。

当前，在金属器件3D打印制造过程的质量监控较为成熟，主要是针对SLS或SLM等金属粉成型层的图像捕捉对比出可能产生缺陷的层或扫描层中缺陷特征进行提前预判反馈，并开发出高效的打印过程监控软件。金属粉基成型过程的监控主要是通过金属分层表面的反射率成像的，并没有对其表面属性进行更多细致检测，这主要因为当前反馈系统的目标就是确保整个打印过程的准确性来保障高物理强度特性的器件生产。然而彩色3D打印技术并不需要过度强调物理强度特性监控，反而是其颜色特性再现控制，所有彩色3D打印系统目前还没有成功的监控系统或装置，主要因为缺乏色彩再现流通机制的研究，特别是每彩色切片层打印过程的表面属性获取与评价方法缺失造成的。

此外，平面印刷精度达到高保真复制的层次，这主要依赖于不同印刷工艺下的平面印刷过程中纸面着色效率评价建模以及基于纸面印刷显色特性优化方案。对于彩色3D打印技术，未着色表面的着色效率评价方法一直处于空白，最主要的原因是当前普遍认为只要控制好打印的彩色油墨层特性就好，而且理想化地理解着色层下同种材质的底层介质每层表面都一样，这也是造成当今彩色3D打印精度难于突破新尺度瓶颈。彩色3D打印设备国产化进程中最大的问题就是打印过程中颜色精确再现的一致性控制，本质的解决方法就是提供每彩色切片层打印过程中底层介质表面和着色表面的属性指标监控，这也就需要科学的3D打印介质表面着色效率评价方法与客观的量化模型。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，该评价方法基于平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架以及3D打印介质表面关键的属性指标，既能够解决彩色3D打印介质表面各属性指标对着色效率评价的权重界定问题，又能解决当前3D打印介质表面着色效率量化评价问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，包括以下步骤：

1)、根据3D打印机的尺寸和最小打印精度，设计3D标准测试件，并转换成彩色3D打印机能识别的打印文件，所述3D标准测试件包括底层介质表面与相对应的着色表面；

2)、采用不同类材质打印底层介质表面，采用固定对应的彩色油墨打印其对应着色表面；

3)、针对步骤2)打印后的3D标准测试件，测量各底层介质表面的特定属性指标，以及对应着色表面的密度或色度值；

4)、将步骤3)得到的特定属性指标，结合平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架，构建3D打印介质表面着色效率评价的PSE_3D量化参数模型；

5)、步骤2)中所述的不同类材质中，选择其中一类材质测量得到的特定属性指标，分别代入所述PSE_3D量化参数模型，求解出对应的量化参数值；并对其他类材质做相同运算处理，得到对应的量化参数值；

6)、使用着色表面的密度值或色度值，修正满足不同类材质打印样品的量化参数权重，重构3D打印介质表面着色效率评价的通用模型，所述通用模型输出值的大小表征着色效率的高低。

所述特定属性指标包括油墨吸收性A、光泽度G、白度W与平滑度S。

所述不同类材质的底层介质表面为纸基材质、粉基材质与光固化树脂基材质中的一种；所述纸基材质对应的固定彩色油墨为专用CMY喷印油墨、在粉基材质对应的固定彩色油墨为CMY彩色胶黏剂、在光固化树脂基材质对应的固定彩色油墨为彩色CMY光固化树脂。

所述平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架PSE_2D为：

式中，A表示油墨吸收性、G表示光泽度、W表示白度。

所述特定属性指标对应的量化参数分别为l、m、n、k；所述PSE_3D量化参数模型为：

式中，A表示油墨吸收性、G表示光泽度、W表示白度，S表示平滑度，l表示吸墨性权重参数、m表示光泽度权重参数、n表示白度权重参数、k表示平滑度权重参数。

所述3D标准测试件是一种X层的同心圆柱体，所述X值选择1～10的正整数，所述同心X层圆柱体中每层圆柱块高度为所用3D打印机的最小打印精度的y倍；所述y值选择1～6的正整数。

所述X层的同心圆柱体从下至上半径以5～10mm逐渐减小；所述同心X层圆柱体最下层圆柱块半径为50～60mm。

所述每层圆柱块以115～185°中心角对应环块为底层介质表面，剩下245～175°中心角对应环块中，以每25～35°中心角所涵盖的环块依次打印CMY油墨实地组合着色面；所述每层圆柱块上的对应角度环块着色方式相同，且每个环块着色面的打印层数L选择1～3的正整数。

所述CMY油墨实地组合共有7种，奇数层中按顺序分别为：C₀M₀Y₁₀₀、C₀M₁₀₀Y₀、C₁₀₀M₀Y₀、C₀M₁₀₀Y₁₀₀、C₁₀₀M₀Y₁₀₀、C₁₀₀M₁₀₀Y₀、C₁₀₀M₁₀₀Y₁₀₀，偶数层中分布顺序与奇数层恰好相反。

所述着色表面色度值测量通过I1Pro2设备测量各环块着色面5个取样点的CIELa*b*平均值得到。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

本发明提供了一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，选用平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架及特定属性指标来构建预测3D打印介质表面着色效率的参数量化模型，通过测量打印的3D标准测试件的底层介质表面属性值与着色表面密度或色度值进一步求解出完整的通用评价模型。本发明评价方法提出了3D打印介质表面着色效率评价流程步骤与参数设置，本评价方法能够以高效且低成本方式实现彩色3D打印底层介质表面着色效率的快速评价，并为彩色3D打印机印前校正与打印监控提供客观参考方法。

本发明的3D打印介质表面着色效率的评价方法既可以用于主流打印材质的彩色3D打印过程中着色质量监控，又可以用于改进国产彩色3D打印机配套的底层介质成型材料与着色材料的着色性能优化。

(1)本发明提出的3D标准测试件的结构设计方法，此方法相对于现有技术的具体有益效果：采取错位多层圆柱块堆叠结构且每层按中心角度对应环块进行单独着色，既能够对比不同层厚构成的底层介质表面特性，又能够保证同层环块上打印条件的一致性；同时每层圆柱块以30°中心角对应环块，提供足够采样区域与测试精准性，也满足国产彩色3D打印设备自行快速校准测试需求。

(2)本发明提出的3D打印介质表面着色效率量化评价的建模方法，此方法相对于现有技术的具体有益效果：采用油墨吸收性(A)、光泽度(G)、白度(W)与平滑度(S)四个可测量的属性指标基于平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架；既能够全面表征3D打印底层介质的表面特性，又可以快速集成到当前3D打印数字化流程；同时给定的属性指标权重量化关系也简洁并通俗易懂。

(3)本发明提出的3D打印介质表面着色效率通用评价模型的修正方法，此方法的具体有益效果：基于对应着色表面的密度值或色度值修正不同类材质打印样品的量化参数权重，增加了所述评价方法在不同打印材质3D打印工艺的适用性，也为彩色3D打印设备提供了新的颜色再现校准方法，解决国产化彩色3D打印机颜色一致性控制难题。

附图说明

图1为本发明实施例中3D打印介质表面着色效率的评价方法的流程图。

图2为本发明实施例中3D标准测试件的7层结构俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，采用平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架及特定属性指标，来构建预测3D打印介质表面着色效率的参数量化模型，通过测量打印的3D标准测试件的底层介质表面属性值与着色表面密度或色度值，进一步求解出完整的通用评价模型。

包括以下步骤：

1)、根据3D打印机的尺寸和最小打印精度，设计3D标准测试件并转换成彩色3D打印机能识别的打印文件，所述3D标准测试件包括底层介质表面与相对应的着色表面；

图2为3D标准测试件的7层结构俯视图，

所述3D标准测试件是一种X层的同心圆柱体，所述X值选择1～10的正整数，所述同心X层圆柱体中每层圆柱块高度为所用3D打印机的最小打印精度的y倍；所述y值选择1～6的正整数。

所述X层的同心圆柱体从下至上半径以5～10mm逐渐减小；所述同心X层圆柱体最下层圆柱块半径为50～60mm。

所述每层圆柱块以115～185°中心角对应环块为底层介质表面，剩下245～175°中心角对应环块中，以每25～35°中心角所涵盖的环块依次打印CMY油墨实地组合着色面；所述每层圆柱块上的对应角度环块着色方式相同，且每个环块着色面的打印层数L选择1～3的正整数。

2)、采用不同类材质打印底层介质表面，采用固定对应的彩色油墨打印其对应着色表面；

所述不同类材质的底层介质表面包括但不限于纸基材质、粉基材质与光固化树脂基材质中；所述纸基材质对应的固定彩色油墨为专用CMY喷印油墨、在粉基材质对应的固定彩色油墨为CMY彩色胶黏剂、在光固化树脂基材质对应的固定彩色油墨为彩色CMY光固化树脂。

3)、针对步骤2)打印后的3D标准测试件，测量各底层介质表面的特定属性指标，以及对应着色表面的密度或色度值；

所述特定属性指标包括油墨吸收性A、光泽度G、白度W与平滑度S。

4)、将步骤3)得到的特定属性指标，结合平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架，构建3D打印介质表面着色效率评价的PSE_3D量化参数模型；

所述平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架PSE_2D为：

式中，A表示油墨吸收性、G表示光泽度、W表示白度。

所述特定属性指标对应的量化参数分别为l、m、n、k；所述PSE_3D量化参数模型为：

式中，A表示油墨吸收性、G表示光泽度、W表示白度，S表示平滑度，l表示吸墨性权重参数、m表示光泽度权重参数、n表示白度权重参数、k表示平滑度权重参数。

5)、步骤2)中所述的不同类材质中，选择其中一类材质测量得到的特定属性指标，分别代入所述PSE_3D量化参数模型，求解出对应的量化参数值；并对其他类材质做相同运算处理，得到对应的量化参数值；

6)、使用着色表面的密度值或色度值，修正满足不同类材质打印样品的量化参数权重，重构3D打印介质表面着色效率评价的通用模型，所述通用模型输出值的大小表征着色效率的高低。

所述CMY油墨实地组合共有7种，奇数层中按照正序方向分别为：C₀M₀Y₁₀₀、C₀M₁₀₀Y₀、C₁₀₀M₀Y₀、C₀M₁₀₀Y₁₀₀、C₁₀₀M₀Y₁₀₀、C₁₀₀M₁₀₀Y₀、C₁₀₀M₁₀₀Y₁₀₀，偶数层中分布顺序与奇数层恰好相反。

所述着色表面色度值测量通过I1Pro2设备测量各环块着色面5个取样点的CIELa*b*平均值得到。

实施例一

纸基材质彩色3D打印时：

所述3D标准测试件是一种从下至上半径优选6mm逐渐减小的同心X层圆柱体；所述同心X层圆柱体最下层圆柱块半径优选60mm；所述X值优选10，所述y值优选5；所述每层圆柱块上的对应角度环块着色方式相同，且每个环块着色面的打印层数L优选2。

实施例二

粉基材质彩色3D打印时：

所述3D标准测试件是一种从下至上半径优选8mm逐渐减小的同心X层圆柱体；所述同心X层圆柱体最下层圆柱块半径优选56mm；所述X值优选8，所述y值优选2；所述每层圆柱块上的对应角度环块着色方式相同，且每个环块着色面的打印层数L优选3。

实施例三

光固化树脂基材质彩色3D打印时：

所述3D标准测试件是一种从下至上半径优选10mm逐渐减小的同心X层圆柱体；所述同心X层圆柱体最下层圆柱块半径优选50mm；所述X值优选6，所述y值优选3；所述每层圆柱块上的对应角度环块着色方式相同，且每个环块着色面的打印层数L优选3。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、根据3D打印机的尺寸和最小打印精度，设计3D标准测试件，并转换成使用彩色3D打印机识别的打印文件，所述3D标准测试件包括底层介质表面与相对应的着色表面；

2）、采用不同类材质打印底层介质表面，采用固定对应的彩色油墨打印其对应着色表面；

3）、针对步骤2）打印后的3D标准测试件，测量各底层介质表面的特定属性指标，以及对应着色表面的密度或色度值；

4）、将步骤3）得到的特定属性指标，结合平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架，构建3D打印介质表面着色效率评价的PSE_3D量化参数模型；

所述平面印刷中纸面着色效率评价的建模框架PSE_2D为：

式中，A表示油墨吸收性、G表示光泽度、W表示白度；

5）、步骤2）中所述的不同类材质中，选择其中一类材质测量得到的特定属性指标，分别代入所述PSE_3D量化参数模型，求解出对应的量化参数值；并对其他类材质做相同运算处理，得到对应的量化参数值；

所述特定属性指标对应的量化参数分别为l、m、n、k；所述PSE_3D量化参数模型为：

式中，A表示油墨吸收性、G表示光泽度、W表示白度，S表示平滑度，l表示吸墨性权重参数、m表示光泽度权重参数、n表示白度权重参数、k表示平滑度权重参数；

6）、使用着色表面的密度值或色度值，修正满足不同类材质打印样品的量化参数权重，重构3D打印介质表面着色效率评价的通用模型，所述通用模型输出值的大小表征着色效率的高低。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述特定属性指标包括油墨吸收性A、光泽度G、白度W与平滑度S。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述不同类材质的底层介质表面为纸基材质、粉基材质与光固化树脂基材质中的一种；所述纸基材质对应的固定彩色油墨为专用CMY喷印油墨、在粉基材质对应的固定彩色油墨为CMY彩色胶黏剂、在光固化树脂基材质对应的固定彩色油墨为彩色CMY光固化树脂。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述3D标准测试件是一种X层的同心圆柱体，所述X值选择1~10的正整数，所述同心X层圆柱体中每层圆柱块高度为所用3D打印机的最小打印精度的y倍；所述y值选择1~6的正整数。

5.根据权利要求4所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述X层的同心圆柱体从下至上半径以5~10mm逐渐减小；所述同心X层圆柱体最下层圆柱块半径为50~60mm。

6.根据权利要求4所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述每层圆柱块以115~185°中心角对应环块为底层介质表面，剩下245~175°中心角对应环块中，以每25~35°中心角所涵盖的环块依次打印CMY油墨实地组合着色面；所述每层圆柱块上的对应角度环块着色方式相同，且每个环块着色面的打印层数L选择1~3的正整数。

7.根据权利要求6所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述CMY油墨实地组合共有7种，奇数层中按顺序分别为：C₀M₀Y₁₀₀、C₀M₁₀₀Y₀、C₁₀₀M₀Y₀、C₀M₁₀₀Y₁₀₀、C₁₀₀M₀Y₁₀₀、C₁₀₀M₁₀₀Y₀、C₁₀₀M₁₀₀Y₁₀₀，偶数层中分布顺序与奇数层恰好相反。

8.根据权利要求1所述的一种3D打印介质表面着色效率的评价方法，其特征在于：所述着色表面色度值测量通过I1Pro2设备测量各环块着色面5个取样点的CIELa*b*平均值得到。

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