TW201825307A - 有色三維模型的切層列印方法 - Google Patents

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Abstract

一種有色三維模型的切層列印方法，包括下列步驟： 載入對應有色三維模型的模型資料；於有色三維模型旁添加擋汙結構；對擋汙結構及有色三維模型執行切層處理以產生多個擋汙切片及多個模型切片並設定多個模型切片的顏色；及，控制多色三維列印機的成型噴頭逐層列印所有擋汙切片及模型切片，並控制多色三維列印機的上色噴頭對已列印的模型切片進行上色。本發明可有效避免上色噴頭於上色時將墨水噴濺至已列印的其他模型切片而造成混色，而可有效提升列印品質。

Description

有色三維模型的切層列印方法
本發明的技術領域是與有色三維模型有關，特別有關於有色三維模型的切層列印方法。
為了列印多色的三維實體模型，相關技術中已有一種使用熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術的多色三維列印機（multi-colour 3D printer）被提出。前述多色三維列印機同時設置有用以進行三維列印的成型噴頭及用以上色的上色噴頭。
請同時參閱圖1A至圖1D，圖1A為相關技術的多色三維列印機的第一列印示意圖，圖1B為相關技術的多色三維列印機的第二列印示意圖，圖1C為相關技術的多色三維列印機的第三列印示意圖，圖1D為相關技術的多色三維列印機的第四列印示意圖，用以說明相關技術的多色三維列印機如何進行多色三維列印。
於開始列印後，多色三維列印機先控制成型噴頭10列印一層模型切片140（如圖1A所示），並控制上色噴頭12於模型切片140上噴印有色墨水（如黑色）以進行上色（如圖1B所示）。接著，多色三維列印機控制成型噴頭10於已上色的模型切片140上堆疊列印另一層模型切片142（如圖1C所示），並控制上色噴頭12於模型切片142上噴印不同色的有色墨水（如藍色）以進行上色（如圖1D所示）。藉由重複上述列印及上色操作，多色三維列印機可生成多色三維實體模型。
於上述列印方法中，受限於上色噴頭12無法精準地控制噴印範圍，多色三維列印機於對模型切片142進行上色時，常發生墨水噴濺至列印範圍外（如墨水噴濺至其他模型切片140外壁）的狀況，這使得所生成的多色三維實體模型存在混色缺陷，而降低了列印品質。
本發明提供一種有色三維模型的切層列印方法，可自動添加擋汙結構來於上色過程中遮擋朝列印範圍外噴濺的墨水。
本發明公開了一種有色三維模型的切層列印方法，其特徵在於，包括： a) 載入對應一有色三維模型的一模型資料並讀取該模型資料的一形狀資料及一顏色資料； b) 產生對應圍繞該有色三維模型的一上色區域或被該上色區域圍繞的一擋汙結構的一擋汙結構資料，並設定該擋汙結構資料為使所對應的該擋汙結構貼近但未接觸該有色三維模型； c) 執行一切層處理來依據該擋汙結構資料產生分別對應多個擋汙切片的多個擋汙切片資料，依據該形狀資料產生分別對應多個模型切片的多個模型切片資料，並依據該顏色資料產生分別對應該多個模型切片資料的多個上色資料，其中各該擋汙切片資料、各該模型切片資料及各該上色資料分別記錄有一層數標記；及 d) 控制一多色三維列印機的一成型噴頭依據該多個擋汙切片資料及該多個模型切片資料逐層列印該多個外部擋汙切片及該多個模型切片，並於相同層的該外部擋汙切片及該模型切片列印完成時，依據相同層的該上色資料控制該多色三維列印機的一上色噴頭對已列印的該模型切片進行上色，藉以使所列出的該擋汙結構是貼近但未接觸所列出的該有色三維模型。
較佳地，該步驟b是產生對應一外部擋汙結構的該擋汙結構資料並設定該擋汙結構資料為使該外部擋汙結構圍繞該上色區域的外壁並與該上色區域的外壁距離一間距。
較佳地，該步驟b包括： b1) 產生對應該外部擋汙結構的該擋汙結構資料； b2) 經由修改該擋汙結構資料來於該外部擋汙結構上形成一拆除結構或一支撐外緣；及 b3) 經由修改該擋汙結構資料來添加該外部擋汙結構至圍繞該上色區域的外壁的位置。
較佳地，該步驟b2是於該外部擋汙結構上形成一缺口。
較佳地，該步驟b2是於該外部擋汙結構未圍繞該上色區域的部份上形成該缺口。
較佳地，該步驟d包括： d1) 依據相同層的該擋汙切片資料及該模型切片資料控制該成型噴頭先列印一層該外部擋汙切片，再列印相同層的該模型切片； d2) 依據相同層的該上色資料控制該上色噴頭對已列印的該模型切片的上截面進行上色；及 d3) 重複執行該步驟d1至該步驟d2直到所有該外部擋汙切片及所有該模型切片列印完成且所有該模型切片上色完成。
較佳地，該步驟d1是於列印該外部擋汙切片後，控制該成型噴頭執行一殘料回抽操作，再列印相同層的該模型切片。
較佳地，該步驟b包括下列步驟： b4) 產生對應該外部擋汙結構的該擋汙結構資料，其中該外部擋汙結構是空心且該外部擋汙結構的一擋牆部分的厚度符合一外部厚度；及 b5) 修改該擋汙結構資料來添加該外部擋汙結構至圍繞該上色區域的外壁且與該上色區域的外壁距離一外部間距的位置。
較佳地，該步驟b4包括： b41) 依據該外部間距、該外部厚度及該形狀資料的一模型長度與一模型寬度決定一結構長度及一結構寬度； b42) 依據該形狀資料的一模型高度決定一結構高度； b43) 產生對應該有色三維模型的一副本模型的一副本模型資料，並經由修改該副本模型資料來執行一挖空處理，使該副本模型的一擋牆部分的厚度符合該外部厚度；及 b44) 經由修改該副本模型資料來依據該結構長度、該結構寬度及該結構高度放大該副本模型並將修改後的該副本模型資料作為該擋汙結構資料。
較佳地，該步驟b4更包括一步驟b45) 於判斷該副本模型資料所對應的該副本模型包括一底座結構或一頂蓋結構時，經由修改該副本模型資料來移除該底座結構或該頂蓋結構。
較佳地，更包括一步驟e) 於判斷該模型資料所對應的該有色三維模型為開放殼件時，產生對應被該上色區域圍繞且貼近但未接觸該上色區域的內壁的一內部擋汙結構的另一該擋汙結構資料，。
較佳地，該步驟b是產生對應一內部擋汙結構的該擋汙結構資料並設定該擋汙結構資料為使該擋汙結構被該上色區域圍繞且與該上色區域的內壁距離一間距。
較佳地，該步驟b包括： b6) 產生對應該內部擋汙結構的該擋汙結構資料； b7) 經由修改該擋汙結構資料來於該內部擋汙結構上形成一拆除結構或一支撐內緣；及 b8) 經由修改該擋汙結構資料來添加該內部擋汙結構至被該上色區域的內壁圍繞的位置。
較佳地，該步驟d包括： d4) 依據相同層的該擋汙切片資料及該模型切片資料控制該成型噴頭先列印一層該內部擋汙切片，接著列印相同層的該模型切片； d5) 依據相同層的該上色資料控制該上色噴頭對已列印的該模型切片的上截面進行上色；及 d6) 重複執行該步驟d4至該步驟d5直到所有該模型切片及所有該內部擋汙切片完成列印且所有該模型切片完成上色。
較佳地，該步驟b包括： b8) 產生對應該內部擋汙結構的該擋汙結構資料；及 b9) 修改該擋汙結構資料來添加該內部擋汙結構至被該上色區域的內壁圍繞並與該上色區域距離一內部間距的位置。
較佳地，該步驟b8包括： b81) 依據該內部間距、一內部厚度及該形狀資料的一模型長度與一模型寬度決定一結構長度及一結構寬度； b82) 依據該形狀資料的一模型高度及一底座高度決定一結構高度； b83) 產生對應該有色三維模型的一副本模型的一副本模型資料，並經由修改該副本模型資料來執行一挖空處理，使該副本模型的一擋牆部分的厚度符合該內部厚度；及 b84) 經由修改該副本模型資料來依據該結構長度、該結構寬度及該結構高度縮小該副本模型，並將修改後的該副本模型資料作為該擋汙結構資料。
較佳地，該步驟b8更包括一步驟b85) 於判斷該副本模型資料所對應的該副本模型包括一底座結構或一頂蓋結構時，經由修改該副本模型資料來移除該底座結構或該頂蓋結構。
本發明可有效避免墨水噴濺至已列印的其他模型切片而造成混色，而可有效提升列印品質。
以下結合圖示和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
下面結合圖示和具體實施例對本發明技術方案進行詳細的描述，以更進一步瞭解本發明的目的、方案及功效，但並非作為本發明所附申請專利範圍的限制。
首請參閱圖2，為本發明第一實施例的多色三維列印機架構圖。本實施例揭露了一種三維列印系統，包括多色三維列印機1及切層軟體20。切層軟體20於被電子裝置2（如桌上型電腦、筆記型電腦、雲端伺服器或智慧型手機）執行後，可載入對應有色三維模型的模型資料，經由修改模型資料對多色三維模型進行處理，並產生三維列印資料（即後述擋汙切片資料、模型切片資料或上色資料，三維列印資料可以G-code表示）。多色三維列印機1可依據三維列印資料進行列印來生成對應多色三維模型的多色三維實體模型。
多色三維列印機1主要包括成型噴頭100、上色噴頭102、記憶模組104、連接模組106、人機介面108及控制模組110。
成型噴頭100連接耗材供應裝置30，並可使用耗材進行三維列印。
於一實施例中，多色三維列印機1是熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）三維列印機，耗材供應裝置30可提供熱塑性耗材（如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）或聚乳酸（PLA））至成型噴頭100，成型噴頭100可加熱耗材至半熔融態以進行三維列印。
於一實施例中，多色三維列印機1是光固化成形（Stereo-lithography，SL）三維列印機，耗材供應裝置30可提供液態的光敏樹脂（UV curable resin）至成型噴頭100，成型噴頭100可噴印光敏樹脂並對所噴印的光敏樹脂施加光照（如紫外光或雷射光）使其固化以進行三維列印。
上色噴頭102連接儲存有墨水的墨匣32。於一實施例中，上色噴頭102可包括多個子噴頭，各子噴頭分別連接不同色（如青色（Cyan）、洋紅色（Magenta）、黃色（Yellow）及黑色（blacK））的多個墨匣32，並可經由混色來實現全彩列印。
記憶模組104用以儲存資料（如前述三維列印資料）。連接模組106（如USB模組、PCI bus模組、Wi-Fi模組或藍牙模組）用以連接電子裝置2，並自電子裝置2接收三維列印資料。人機介面108（如按鍵、顯示器、指示燈、蜂鳴器或上述任意組合）用以接受使用者操作並輸出列印相關資訊。
控制模組110可依據三維列印資料控制成型噴頭100及上色噴頭102進行列印。
續請同時參閱圖3及圖4A至圖4C，圖3為本發明第一實施例的切層列印方法流程圖，圖4A為第一有色三維模型示意圖。圖4B為添加外部擋汙結構示意圖，圖4C為圖4B的切層處理結果剖視示意圖。本發明各實施例的有色三維模型的切層列印方法（下稱切層列印方法）主要是由圖2所示的列印系統1來加以實現。於圖3的實施例中，切層列印方法包括下列步驟。
切層軟體20於被電子裝置2執行後，可控制電子裝置2執行步驟S10-S16。
步驟S10：電子裝置2載入對應有色三維模型（如圖4A所示有色三維模型40）的模型資料。並且，電子裝置2讀取模型資料的形狀資料及顏色資料，前述形狀資料是對應有色三維模型的各部位的形狀，前述顏色資料是對應有色三維模型的各部位的顏色。
步驟S12：電子裝置2產生對應擋汙結構的擋汙結構資料，其中擋汙結構是圍繞有色三維模型，並貼近但未接觸有色三維模型。
於一實施例中，電子裝置2是產生對應外部擋汙結構的擋汙結構資料來添加圍繞或部分圍繞所載入的有色三維模型的有色區域（容後詳述）的外壁的外部擋汙結構，並且，電子裝置2是設定擋汙結構資料來使外部擋汙結構是貼近但未接觸有色區域的外壁，即外部擋汙結構是距離有色區域的外壁預設的距離（如0.1公分）。
舉例來說，如圖4B所示，電子裝置2可生成外部擋汙結構42，使外部擋汙結構42圍繞有色三維模型40，並使外部擋汙結構42與有色三維模型40間隔預設的外部間距（如0.1毫米），其中外部擋汙結構42的擋牆部分的厚度符合預設的外部厚度（如0.3毫米）。
於另一實施例中，電子裝置2是產生對應內部擋汙結構的擋汙結構資料來添加被所載入的有色三維模型的有色區域的內壁圍繞或部分圍繞的內部擋汙結構（如圖13B所示的內部擋汙結構1302），並且，電子裝置2是設定擋汙結構資料來使內部擋汙結構是貼近但未接觸上色區域的內壁，即內部擋汙結構是距離有色區域的內壁預設的距離（如0.1公分），但不以此為限。
步驟S14：電子裝置2執行切層處理來依據擋汙結構資料產生分別對應多個擋汙切片的多個擋汙切片資料，依據形狀資料產生分別對應多個模型切片的多個模型切片資料，並依據顏色資料產生分別對應多個模型切片資料的多個上色資料。
經由切層處理，電子裝置2可切割外部擋汙結為多個外部擋汙切片（如圖4C所示外部擋汙切片46），切割有色三維模型為多個模型切片（如圖4C所示模型切片44），並設定各模型切片的顏色。
於一實施例中，各擋汙切片資料、各模型切片資料及各上色資料分別記錄有一層數標記，前述層數標記是用以標示各擋汙切片資料、各模型切片資料或各上色資料所對應的一層數。
步驟S16：電子裝置2傳送所產生的三維列印資料(即所有擋汙切片資料、模型切片資料及上色資料)至多色三維列印機1。
接著，多色三維列印機1的控制模組110經由連接模組106接收三維列印資料後，可執行步驟S18：控制模組110依據所有擋汙切片資料及其層數標記控制成型噴頭100逐層列印所有外部擋汙切片以生成外部擋汙實體模型，依據所有模型切片資料及其層數標記控制成型噴頭100逐層列印所有模型切片並依據所有上色資料及其層數標記控制上色噴頭102進行上色以生成有色三維實體模型。
具體而言，於列印過程中，控制模組110是於相同層的外部擋汙切片及模型切片列印完成後，依據相同層的上色資料控制上色噴頭102對已列印的模型切片進行上色。
值得一提的是，由於已列印的擋汙切片（即外部擋汙切片及/或內部擋汙切片）是圍繞並貼近已列印的模型切片，於上色過程中，噴濺至列印範圍外（即噴濺至已列印的模型切片的上截面外）的墨水會被已列印的擋汙切片阻擋，而不會噴濺至其他已列印的模型切片的外壁或內壁。
藉由本發明的各個實施例來進行列印，可有效避免墨水噴濺至已列印的其他模型切片而造成混色，而可有效提升列印品質。
續請同時參閱圖5及圖6A至圖6D，圖5為本發明第二實施例的切層列印方法部分流程圖，圖6A為不須上色的三維模型示意圖，圖6B為中心有色三維模型示意圖，圖6C為單區域有色的三維模型示意圖，圖6D為多區域有色的三維模型示意圖。圖5的實施例是以產生對應外部擋汙結構的擋汙結構資料為例來進行說明。相較於圖3所示的實施例，於圖5的實施例中，切層列印方法的步驟S12包括以下步驟。
步驟S20：電子裝置2判斷有色三維模型是否包括任一上色區域。
若電子裝置2於有色三維模型中識別任一上色區域，則執行步驟S22以產生擋汙結構資料來添加外部擋汙結構。否則，電子裝置2執行步驟S14。
舉例來說，若有色三維模型不包括任何上色區域（如圖6A所示，有色三維模型600不包括任何上色區域，即列印此有色三維模型時不須上色），或有色三維模型雖包括上色區域，但上色區域並非位於邊緣（如圖6B所示，上色區域604位於有色三維模型602中心，即列印有色三維模型602時墨水不會噴濺至外壁）時，電子裝置2可判定不須添加外部擋汙結構(即不執行步驟S22)，並執行步驟S14。
步驟S22：電子裝置2產生對應外部擋汙結構的擋汙結構資料來添加外部擋汙結構，並使外部擋汙結構圍繞所識別的上色區域的外壁，以於進行上色時可遮擋朝外壁噴濺的墨水而避免非預期混色或染色。
舉例來說，如圖6C所示，若有色三維模型606僅包括單一上色區域608時，電子裝置2可僅添加一組外部擋汙結構610，且外部擋汙結構610僅圍繞上色區域608，而不完全圍繞有色三維模型606的外壁。
於另一例子中，如圖6D所示，若有色三維模型612包括多個上色區域614、616時，電子裝置2可分別針對各上色區域614、616添加外部擋汙結構618、620。
本發明經由針對上色區域添加外部擋汙結構，可有效減少所添加的外部擋汙結構的總體積，進而減少列印外部擋汙結構所使用的耗材量。
於一實施例中，外部擋汙結構所圍繞的範圍可略大於上色區域的範圍。藉此，可進一步提升擋汙效果。
續請同時參閱圖7及圖8A至圖8C，圖7為本發明第三實施例的切層列印方法部分流程圖，圖8A為第二有色三維模型及放大的副本模型示意圖，圖8B為移除底座結構及頂蓋結構的外部擋汙結構示意圖，圖8C為添加輔助結構後的外部擋汙結構示意圖。圖7的實施例是以產生對應外部擋汙結構的擋汙結構資料為例來進行說明。於圖7的實施例中，外部擋汙結構是經由修改有色三維模型的副本模型所產生。
相較於圖3所示的實施例，圖7的實施例中，切層列印方法的步驟S12包括以下步驟。
步驟S300：電子裝置2取得預設的外部間距及外部厚度。接著，電子裝置2依據外部間距、外部厚度及形狀資料的模型長度、模型寬度及模型高度分別決定欲生成的外部擋汙結構的結構長度、結構寬度及結構高度。前述形狀資料的模型長度、模型寬度及模型寬度是對應有色三維模型（如圖8A所示有色三維模型80）的模型長度（即於X軸長度）、模型寬度（即於Y軸長度）及模型高度（即於Z軸長度）。
於一實施例中，電子裝置2是依據下述式（一）至式（三）來計算結構長度、結構寬度及結構高度： 結構長度 = (模型長度 + 外部間距 × 2) …式(一) 結構寬度 = (模型寬度 + 外部間距 × 2) …式(二) 結構高度 = 模型高度 ………………………式(三)
於一實施例中，使用者可依據上色噴頭102的噴墨孔徑來調整外部間距及外部厚度，以最佳化擋汙效果。
步驟S302：電子裝置2產生對應有色三維模型的副本模型的副本模型資料。於一實施例中，副本模型資料所對應的副本模型的形狀及大小皆與模型資料所對應的有色三維模型相同且是不須上色的。
於一實施例中，電子裝置2還經由修改副本模型資料來對副本模型執行挖空處理，以使副本模型內部成為空心的且擋牆部分的厚度符合外部厚度。
步驟S304：電子裝置2經由修改副本模型資料來放大所生成的副本模型，以使副本模型的長度、寬度及高度符合所決定的結構長度、結構寬度及結構高度（如圖8A所示放大的副本模型82），並將放大的副本模型作為外部擋汙結構，即將修改後的副本模型資料作為前述擋汙結構資料。
步驟S306：電子裝置2判斷外部擋汙結構是否包括底座結構或頂蓋結構。
若電子裝置2判斷外部擋汙結構包括底座結構或頂蓋結構則執行步驟S308。否則，電子裝置2執行步驟S310。
步驟S308：電子裝置2經由修改副本模型資料來移除外部擋汙結構的底座結構或頂蓋結構，以使外部擋汙結構成為開放殼件（如圖8B所示，外部擋汙結構82’的內部空間與外部空間相連通）。
步驟S310：電子裝置2對外部擋汙結構進行修改，以於外部擋汙結構上形成輔助結構。於一實施例中，前述輔助結構可為拆除結構（如缺口）或支撐外緣（如圖8C所示的外部擋汙結構82’’，其包括了支撐外緣及兩個連續缺口）。
本發明經由於外部擋汙結構上設置支撐外緣，可提供外部擋汙結構額外的支撐力，避免外部擋汙結構於列印過程中因倒塌或傾斜而無法發揮擋汙功能，甚至沾黏列印中的有色三維模型，而導致列印失敗。
電子裝置2接著執行步驟S312：電子裝置2經由修改擋汙結構資料來將外部擋汙結構添加至有色三維模型的特定位置。於一實施例中，電子裝置2是將外部擋汙結構添加至圍繞有色三維模型且與有色三維模型距離前述外部間距的位置。接著，執行步驟S14。
續請同時參閱圖9A至9C，圖9A為第一缺口示意圖，圖9B為第二缺口示意圖，圖9C為第三缺口示意圖。
於一實施例中，拆除結構可形成不連續缺口（如圖9A所示的外部擋汙結構84的缺口）或厚度較薄的凹陷處（如圖9B所示的外部擋汙結構86的凹陷處）。藉此，可使外部擋汙結構84、86的各部分於列印過程中具有足夠的連結力而不會分離，並於列印完成後方便拆卸。
值得一提的是，如圖9C所示，於列印的有色三維模型為不對稱模型（如錐體模型）時，由於所生成的有色三維實體模型88的上半部的寬度與下半部的寬度不同，使用者無法以推動的方式來分離有色三維實體模型88與外部擋汙實體模型90。本發明經由於外部擋汙結構上設置拆除結構，可供使用者方便且快速地拆除外部擋汙實體模型（如沿著缺口拆卸外部擋汙實體模型90），而不會對有色三維實體模型造成破壞。
續請同時參閱圖10及圖11A至圖11E，圖10為本發明第四實施例的切層列印方法部分流程圖，圖11A為本發明第四實施例的第一列印示意圖，圖11B為本發明第四實施例的第二列印示意圖，圖11C為本發明第四實施例的第三列印示意圖，圖11D為本發明第四實施例的第四列印示意圖。相較於圖3所示的實施例，圖11E為本發明第四實施例的第五列印示意圖。圖10的實施例是以產生對應外部擋汙結構的擋汙結構資料為例來進行說明。相較於圖3所示的實施例，於圖10的實施例中，切層列印方法的步驟S18包括以下步驟。
步驟S400：多色三維列印機1的控制模組110依據一層的擋汙切片資料控制成型噴頭100列印一層外部擋汙切片1100（如圖11A所示）。
步驟S402：於列印完成一層外部擋汙切片1100後，控制模組110控制成型噴頭100執行殘料回抽操作，以將列印外部擋汙切片1100的殘料回抽至噴頭內部，來避免半熔融態的殘料溢出，而使得成型噴頭100於下次進行列印（即於步驟S404中列印模型切片1102）時會發生過度吐料的情況，而於所列印的列印模型切片1102上形成列印瑕疵並使列印品質不佳。
步驟S404：控制模組110依據相同層（即相同層數標記）的模型切片資料控制成型噴頭100移動並列印相同層（即具有相同層高）的模型切片1102（如圖11B所示）。
於一實施例中，於列印完成模型切片1102後，控制模組110可控制成型噴頭100再次執行殘料回抽操作。
步驟S406：控制模組110判斷已列印的模型切片1102是否需進行上色。
於一實施例中，控制模組110依據相同層的上色資料判斷已列印的模型切片1102是否需進行上色。
若控制模組110判斷需上色，則執行步驟S408。否則，控制模組執行步驟S410。
步驟S408：控制模組110依據相同層的上色資料控制上色噴頭102對已列印的模型切片1102的上截面噴印墨水（如圖11C所示）。
值得一提的是，於上色過程中，噴濺至上截面外的墨水會被已列印的外部擋汙切片1100阻擋，而不會噴濺至其他已列印的模型切片的外壁。
以圖11D為例，於上色過程中，上色噴頭102是被限制於列印邊界1200（列印邊界1200一般不會超出模型切片1102的側壁1206上方）內移動，而無法於模型切片1102的上截面外進行噴印，即上色噴頭102的噴印範圍1202的中心必須位於模型切片1102的上截面上方。
由於上述限制，所噴印的墨水僅會由列印邊界1200內向外噴濺，而不會由列印邊界1200外向內噴濺。因此，本發明所添加的外部擋汙切片的側壁1204可吸附噴濺至列印邊界1200外的墨水，而可有效避免所噴濺的墨水滴落至模型切片1102的側壁1206，而造成色彩汙染。
步驟S410：控制模組110判斷是否所有模型切片及外部擋汙切片皆列印完成，且所有已列印的模型切片皆上色完成。
若控制模組110判斷列印完成，則結束切層列印方法。否則，再次執行步驟S400至步驟S408以繼續堆疊列印下一層的模型切片及外部擋汙切片。
值得一提的是，於上色過程中，由於成型噴頭100長時間處於待機狀態，這使得半溶融的殘料會逐漸自成型噴頭100溢出。上述情況使得成型噴頭100於再次進行列印時會發生過度吐料的情況，而形成列印瑕疵並降低列印品質。
為解決上述問題，本發明的一實施例於上色完成後先列印外部擋汙切片，再列印模型切片，可有效使瑕疵僅會發生於嗣後會被丟棄的已列印的外部擋汙切片（如圖11E所示，線段狀的瑕疵發生於已列印的外部擋汙切片1104），而不會發生於已列印的模型切片，而可有效提升列印品質。
續請同時參閱圖12及圖13A至圖13C，圖12為本發明第五實施例的切層列印方法流程圖，圖13A為第三有色三維模型示意圖，圖13B為添加內部擋汙結構示意圖，圖13C為圖13B的切層處理結果剖視示意圖。
本實施例的切層列印方法可於判斷有色三維模型為開放殼件時，進一步添加內部擋汙結構。本實施例的步驟S500、S502是與圖3所示的步驟S10、S12相同或相似，於此不再贅述。
切層軟體20於被電子裝置2執行後，可控制電子裝置2執行步驟S500及S502，並執行步驟S504：電子裝置2判斷所載入的模型資料所對應的有色三維模型（如圖13A所示有色三維模型1300）是否為開放殼件（即此有色三維模型的內部空間與外部空間是相連通，而可直視其內壁的顏色、形狀或構造）。
若電子裝置2判斷有色三維模型為開放殼件，則執行步驟S506。否則，電子裝置2結束本實施例的切層列印方法，並執行如圖3所示的實施例的步驟S14-S18來對非為開放殼件的有色三維模型進行切層處理及列印處理。
步驟S506：電子裝置2產生對應內部擋汙結構的另一筆擋汙結構資料來添加被所載入的有色三維模型的內壁圍繞或部分圍繞的內部擋汙結構。於一實施例中，內部擋汙結構是貼近但未接觸有色三維模型的內壁。
舉例來說，如圖13B所示，擋汙結構資料所對應的內部擋汙結構1302是被有色三維模型1300的內壁圍繞，並使內部擋汙結構1302與有色三維模型1300間隔預設的內部間距（如0.1毫米），其中內部擋汙結構1302的擋牆部分的厚度符合預設的內部厚度（如0.3毫米）。
步驟S508：電子裝置2執行切層處理來依據擋汙結構資料產生分別對應多個擋汙切片的多個擋汙切片資料，依據形狀資料產生分別對應多個模型切片的多個模型切片資料，並依據顏色資料產生分別對應多個模型切片資料的多個上色資料。
經由切層處理，電子裝置2對有色三維模型、外部擋汙結構及內部擋汙結構(若內部擋汙結構存在)執行切層處理，來切割外部擋汙結為多個外部擋汙切片，切割有色三維模型為多個模型切片（如圖13C所示模型切片1304），並切割內部擋汙結為多個內部擋汙切片（如圖13C所示內部擋汙切片1306）。並且，電子裝置2依據有色三維模型的不同部位的顏色設定各模型切片的顏色。
於一實施例中，各擋汙切片資料、各模型切片資料及各上色資料分別記錄有一層數標記，前述層數標記是用以標示各擋汙切片資料、各模型切片資料或各上色資料所對應的一層數。
步驟S510：電子裝置2傳送所產生的三維列印資料(即所有擋汙切片資料、模型切片資料及上色資料)至多色三維列印機1。
接著，多色三維列印機1的控制模組110經由連接模組106接收三維列印資料並執行步驟S512：控制模組110依據所有擋汙切片資料及其層數標記控制成型噴頭100逐層列印所有外部擋汙切片及內部擋汙切片以分別生成外部擋汙實體模型及內部擋汙實體模型，依據所有模型切片資料及其層數標記控制成型噴頭100逐層列印所有模型切片並依據上色資料及其層數標記控制上色噴頭102進行上色以生成有色三維實體模型。
具體而言，於列印過程中，控制模組110是於相同層的外部擋汙切片、模型切片及內部擋汙切片列印完成後，依據相同層的上色資料控制上色噴頭102對已列印的模型切片進行上色。
值得一提的是，由於已列印的外部擋汙切片是圍繞並貼近已列印的模型切片的外壁且已列印的內部擋汙切片是圍繞並貼近已列印的模型切片的內壁，於上色過程中，噴濺至列印範圍（即已列印的模型切片的上截面）外的墨水會被已列印的外部擋汙切片及已列印的內部擋汙切片阻擋，而不會噴濺至其他已列印的模型切片的外壁或內壁。
藉此，本發明經由添加內部擋汙結構，可有效避免墨水噴濺至已列印的其他模型切片的內壁而造成混色，而可有效提升列印品質。
續請同時參閱圖14及圖15，圖14為本發明第六實施例的切層列印方法部分流程圖，圖15為單區域添加內部擋汙結構示意圖。相較於圖12所示的實施例，本實施例的切層列印方法的步驟S506包括以下步驟。
步驟S60：電子裝置2判斷有色三維模型是否包括任一上色區域。
若電子裝置2於有色三維模型中識別任一上色區域，則執行步驟S62以產生擋汙結構資料來添加內部擋汙結構。否則，電子裝置2不產生擋汙結構資料而不添加內部擋汙結構並接著執行步驟S508。
更進一步地，若電子裝置2判斷有色三維模型雖包括上色區域，但上色區域是位於有色三維模型外圍（即列印此有色三維模型時墨水不會噴濺至內壁），電子裝置2可判定不須產生擋汙結構資料來添加內部擋汙結構並接著執行步驟S508。
步驟S62：電子裝置2產生擋汙結構資料來添加內部擋汙結構，並使內部擋汙結構被所識別的上色區域的內壁所圍繞，以藉由內部擋汙結構於進行上色時遮擋朝內壁噴濺的墨水而避免非預期混色或染色。
舉例來說，如圖15所示，若有色三維模型1500包括上色區域1502時，電子裝置2可添加一組內部擋汙結構1504，且內部擋汙結構1504僅圍繞上色區域1502，而不完全圍繞有色三維模型1500的內壁。藉此，多色三維列印機1在列印上色區域1502並進行上色時，朝內噴濺的墨水將會被圍繞上色區域1502的內壁的內部擋汙結構1504所遮擋。
續請同時參閱圖16及圖17A至圖17B，圖16為本發明第七實施例的切層列印方法部分流程圖，圖17A為第四有色三維模型及縮小的內部擋汙結構示意圖，圖17B為移除底座結構及頂蓋結構並添加輔助結構的內部擋汙結構示意圖。本實施例中，內部擋汙結構是經由修改有色三維模型的副本模型所產生。
相較於圖12所示的第五實施例，本實施例的切層列印方法的步驟S506包括以下步驟。
步驟S700：電子裝置2取得預設的內部間距及內部厚度。接著，電子裝置2依據內部間距、內部厚度及形狀資料的模型長度、模型寬度、模型高度及底座高度分別決定欲生成的內部擋汙結構的結構長度、結構寬度及結構高度。前述形狀資料的模型長度、模型寬度、模型高度及底座高度是對應有色三維模型（如圖17A所示有色三維模型1700）的模型長度、模型寬度、模型高度及底座高度（若底座存在）。
於一實施例中，電子裝置2是依據下述式（四）至式（六）來計算內部擋汙結構的結構長度、結構寬度及結構高度： 結構長度 = (模型長度 - 內部間距 × 2) …式(四) 結構寬度 = (模型寬度 - 內部間距 × 2) …式(五) 結構高度 = 模型高度 - 底座高度 ………式(六)
步驟S702：電子裝置2產生對應有色三維模型的副本模型的副本模型資料。於一實施例中，副本模型資料所對應的副本模型的形狀及大小皆與模型資料所對應的有色三維模型相同且是不須上色的。
更進一步地，電子裝置2可經由修改副本模型資料來對副本模型執行挖空處理，以使副本模型內部成為空心的且擋牆部分的厚度符合內部厚度，以節省內部擋汙結構的列印成本。於其他實施例中，電子裝置2亦可不執行挖空處理。
步驟S704：電子裝置2經由修改副本模型資料來縮小所生成的副本模型，以使副本模型的長度、寬度及高度符合所決定的結構長度、結構寬度及結構高度（如圖17A所示縮小的副本模型1702），並將縮小的副本模型作為內部擋汙結構即將修改後的副本模型資料作為前述擋汙結構資料。
步驟S706：電子裝置2判斷內部擋汙結構是否包括底座結構或頂蓋結構。
若電子裝置2判斷內部擋汙結構包括底座結構或頂蓋結構則執行步驟S708。否則，電子裝置2執行步驟S710。
步驟S708：電子裝置2經由修改擋汙結構資料來移除內部擋汙結構的底座結構或頂蓋結構，以使內部擋汙結構成為開放殼件。
步驟S710：電子裝置2經由修改擋汙結構資料來對內部擋汙結構進行修改，以於內部擋汙結構上形成輔助結構（如前述拆除結構或支撐內緣），即如圖17B所示的包括支撐內緣及兩個連續缺口的內部擋汙結構1702’。
本發明經由於內部擋汙結構上設置支撐內緣，可提供內部擋汙結構額外的支撐力，避免內部擋汙結構於列印過程中因倒塌或傾斜而無法發揮擋汙功能，甚至沾黏列印中的有色三維模型，而導致列印失敗。
本發明經由於內部擋汙結構上設置拆除結構，可供使用者方便且快速地拆除內部擋汙實體模型，而不會對有色三維實體模型造成破壞。
復請參閱圖16，電子裝置2接著執行步驟S712：電子裝置2經由修改擋汙結構資料來將內部擋汙結構添加至有色三維模型的特定位置（如被有色三維模型的內壁圍繞且距離內壁前述內部間距的位置）。接著，執行步驟S508。
續請同時參閱圖18及圖19A至圖19D，圖18為本發明第八實施例的切層列印方法部分流程圖，圖19A為本發明第八實施例的第一列印示意圖，圖19B為本發明第八實施例的第二列印示意圖，圖19C為本發明第八實施例的第三列印示意圖，圖19D為本發明第八實施例的第四列印示意圖。相較於圖12所示的第五實施例，本實施例的切層列印方法的步驟S512包括以下步驟。
步驟S800：多色三維列印機1的控制模組110依據一層的擋汙切片資料控制成型噴頭100列印一層外部擋汙切片或一層內部擋汙貼片（於圖11A中是以先列印外部擋汙切片1900為例）。
步驟S802：於完成上述列印後，控制模組110控制成型噴頭100執行殘料回抽操作。
步驟S804：控制模組110控制成型噴頭100移動並依據相同層（即相同層數標記）的模型切片資料列印相同層（即具有相同層高）的模型切片1902（如圖19B所示）。
步驟S806：於完成上述列印後，控制模組110控制成型噴頭100執行殘料回抽操作。
步驟S808：控制模組110控制成型噴頭100列印相同層且未列印的外部擋汙切片或內部擋汙貼片（於圖11C中是以列印內部擋汙切片1904為例）。
舉例來說，若於步驟S800中是先列印內部擋汙切片，則於步驟S808中是列印外部擋汙切片，反之亦然。
步驟S810：控制模組110依據相同層的上色資料判斷已列印的模型切片1902是否需進行上色。
若控制模組110判斷需上色，則執行步驟S812。否則，控制模組執行步驟S814。
步驟S812：控制模組110依據相同層的上色資料控制上色噴頭102對已列印的模型切片1902的上截面噴印墨水（如圖19D所示）。
值得一提的是，於上色過程中，噴濺至上截面外的墨水會被已列印的外部擋汙切片1900及已列印的內部擋汙切片1904阻擋，而不會噴濺至已列印的模型切片的外壁或內壁。
步驟S814：控制模組110判斷是否所有模型切片、內部擋汙切片及外部擋汙切片皆列印完成，且所有已列印的模型切片皆上色完成。
若控制模組110判斷列印完成，則結束切層列印方法。否則，再次執行步驟S800至步驟S812以繼續堆疊列印下一層。
當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的申請專利範圍。
10‧‧‧成型噴頭
12‧‧‧上色噴頭
140、142‧‧‧模型切片
1‧‧‧多色三維列印機
100‧‧‧成型噴頭
102‧‧‧上色噴頭
104‧‧‧記憶模組104
106‧‧‧連接模組106
108‧‧‧人機介面108
110‧‧‧控制模組
2‧‧‧電子裝置
20‧‧‧切層軟體
30‧‧‧耗材供應裝置
32‧‧‧墨匣
40‧‧‧有色三維模型
42‧‧‧外部擋汙結構
44‧‧‧模型切片
46‧‧‧外部擋汙切片
600、602、606、612‧‧‧有色三維模型
604、608、614、616‧‧‧上色區域
610、618、620‧‧‧外部擋汙結構
80、88‧‧‧有色三維模型
82、82'、82''、84、86、90‧‧‧外部擋汙結構
1100、1104‧‧‧外部擋汙切片
1102‧‧‧模型切片
1200‧‧‧列印邊界
1202‧‧‧噴印範圍
1204、1206‧‧‧側壁
1300‧‧‧有色三維模型
1302‧‧‧內部擋汙結構
1304‧‧‧模型切片
1306‧‧‧內部擋汙切片
1500‧‧‧有色三維模型
1502‧‧‧上色區域
1504‧‧‧內部擋汙結構
1700‧‧‧有色三維模型
1702、1702'‧‧‧內部擋汙結構
1900‧‧‧外部擋汙切片
1902‧‧‧模型切片
1904‧‧‧內部擋汙切片
S10-S18‧‧‧第一切層列印步驟
S20-S22‧‧‧第一外部擋汙結構添加步驟
S300-S312‧‧‧第二外部擋汙結構添加步驟
S400-S410‧‧‧第一列印步驟
S500-S512‧‧‧第二切層列印步驟
S60-S62‧‧‧第三外部擋汙結構添加步驟
S700-S712‧‧‧第四外部擋汙結構添加步驟
S800-S814‧‧‧第二列印步驟
圖1A為相關技術的多色三維列印機的第一列印示意圖。
圖1B為相關技術的多色三維列印機的第二列印示意圖。
圖1C為相關技術的多色三維列印機的第三列印示意圖。
圖1D為相關技術的多色三維列印機的第四列印示意圖。
圖2為本發明第一實施例的多色三維列印機架構圖。
圖3為本發明第一實施例的切層列印方法流程圖。
圖4A為第一有色三維模型示意圖。
圖4B為添加外部擋汙結構示意圖。
圖4C為圖4B的切層處理結果剖視示意圖。
圖5為本發明第二實施例的切層列印方法部分流程圖。
圖6A為不須上色的三維模型示意圖。
圖6B為中心有色三維模型示意圖。
圖6C為單區域有色的三維模型示意圖。
圖6D為多區域有色的三維模型示意圖。
圖7為本發明第三實施例的切層列印方法部分流程圖。
圖8A為第二有色三維模型及放大的副本模型示意圖。
圖8B為移除底座結構及頂蓋結構的外部擋汙結構示意圖。
圖8C為添加輔助結構後的外部擋汙結構示意圖。
圖9A為第一缺口示意圖。
圖9B為第二缺口示意圖。
圖9C為第三缺口示意圖。
圖10為本發明第四實施例的切層列印方法部分流程圖。
圖11A為本發明第四實施例的第一列印示意圖。
圖11B為本發明第四實施例的第二列印示意圖。
圖11C為本發明第四實施例的第三列印示意圖。
圖11D為本發明第四實施例的第四列印示意圖。
圖11E為本發明第四實施例的第五列印示意圖。
圖12為本發明第五實施例的切層列印方法流程圖。
圖13A為第三有色三維模型示意圖。
圖13B為添加內部擋汙結構示意圖。
圖13C為圖13B的切層處理結果剖視示意圖。
圖14為本發明第六實施例的切層列印方法部分流程圖。
圖15為單區域添加內部擋汙結構示意圖。
圖16為本發明第七實施例的切層列印方法部分流程圖。
圖17A為第四有色三維模型及縮小的內部擋汙結構示意圖。
圖17B為移除底座結構及頂蓋結構並添加輔助結構的內部擋汙結構示意圖。
圖18為本發明第八實施例的切層列印方法部分流程圖。
圖19A為本發明第八實施例的第一列印示意圖。
圖19B為本發明第八實施例的第二列印示意圖。
圖19C為本發明第八實施例的第三列印示意圖。
圖19D為本發明第八實施例的第四列印示意圖。

Claims (17)

  1. 一種有色三維模型的切層列印方法，包括： a) 載入對應一有色三維模型的一模型資料並讀取該模型資料的一形狀資料及一顏色資料； b) 產生對應圍繞該有色三維模型的一上色區域或被該上色區域圍繞的一擋汙結構的一擋汙結構資料，並設定該擋汙結構資料為使所對應的該擋汙結構貼近但未接觸該有色三維模型； c) 執行一切層處理來依據該擋汙結構資料產生分別對應多個擋汙切片的多個擋汙切片資料，依據該形狀資料產生分別對應多個模型切片的多個模型切片資料，並依據該顏色資料產生多個上色資料，其中各該擋汙切片資料、各該模型切片資料及各該上色資料分別記錄有一層數標記；及 d) 控制一多色三維列印機的一成型噴頭依據該多個擋汙切片資料及該多個模型切片資料逐層列印該多個外部擋汙切片及該多個模型切片，並於相同層的該外部擋汙切片及該模型切片列印完成時，依據相同層的該上色資料控制該多色三維列印機的一上色噴頭對已列印的該模型切片進行上色，藉以使所列出的該擋汙結構是貼近但未接觸所列出的該有色三維模型。
  2. 如請求項1所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b是產生對應一外部擋汙結構的該擋汙結構資料並設定該擋汙結構資料為使該外部擋汙結構圍繞該上色區域的外壁並與該上色區域的外壁距離一間距。
  3. 如請求項2所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b包括： b1) 產生對應該外部擋汙結構的該擋汙結構資料； b2) 經由修改該擋汙結構資料來於該外部擋汙結構上形成一拆除結構或一支撐外緣；及 b3) 經由修改該擋汙結構資料來添加該外部擋汙結構至圍繞該上色區域的外壁的位置。
  4. 如請求項3所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b2是於該外部擋汙結構上形成一缺口。
  5. 如請求項4所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b2是於該外部擋汙結構未圍繞該上色區域的部份上形成該缺口。
  6. 如請求項2所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟d包括： d1) 依據相同層的該擋汙切片資料及該模型切片資料控制該成型噴頭先列印一層該外部擋汙切片，再列印相同層的該模型切片； d2) 依據相同層的該上色資料控制該上色噴頭對已列印的該模型切片的上截面進行上色；及 d3) 重複執行該步驟d1至該步驟d2直到所有該外部擋汙切片及所有該模型切片列印完成且所有該模型切片上色完成。
  7. 如請求項6所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟d1是於列印該外部擋汙切片後，控制該成型噴頭執行一殘料回抽操作，再列印相同層的該模型切片。
  8. 如請求項2所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b包括下列步驟： b4) 產生對應該外部擋汙結構的該擋汙結構資料，其中該外部擋汙結構是空心的且該外部擋汙結構的一擋牆部分的厚度符合一外部厚度；及 b5) 修改該擋汙結構資料來添加該外部擋汙結構至圍繞該上色區域的外壁且與該上色區域的外壁距離一外部間距的位置。
  9. 如請求項8所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b4包括： b41) 依據該外部間距、該外部厚度及該形狀資料的一模型長度與一模型寬度決定一結構長度及一結構寬度； b42) 依據該形狀資料的一模型高度決定一結構高度； b43) 產生對應該有色三維模型的一副本模型的一副本模型資料，並經由修改該副本模型資料來執行一挖空處理，使該副本模型的一擋牆部分的厚度符合該外部厚度；及 b44) 經由修改該副本模型資料來依據該結構長度、該結構寬度及該結構高度放大該副本模型並將修改後的該副本模型資料作為該擋汙結構資料。
  10. 如請求項8所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b4更包括一步驟b45) 於判斷該副本模型資料所對應的該副本模型包括一底座結構或一頂蓋結構時，經由修改該副本模型資料來移除該底座結構或該頂蓋結構。
  11. 如請求項2所述的有色三維模型切層列印方法，其中更包括一步驟e) 於判斷該模型資料所對應的該有色三維模型為開放殼件時，產生對應被該上色區域圍繞且貼近但未接觸該上色區域的內壁的一內部擋汙結構的另一該擋汙結構資料。
  12. 如請求項1所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b是產生對應一內部擋汙結構的該擋汙結構資料並設定該擋汙結構資料為使所對應的該擋汙結構被該上色區域圍繞且與該上色區域的內壁距離一間距。
  13. 如請求項12所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b包括： b6) 產生對應該內部擋汙結構的該擋汙結構資料； b7) 經由修改該擋汙結構資料來於該內部擋汙結構上形成一拆除結構或一支撐內緣；及 b8) 經由修改該擋汙結構資料來添加該內部擋汙結構至被該上色區域的內壁圍繞的位置。
  14. 如請求項12所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟d包括： d4) 依據相同層的該擋汙切片資料及該模型切片資料控制該成型噴頭先列印一層該內部擋汙切片，接著列印相同層的該模型切片； d5) 依據相同層的該上色資料控制該上色噴頭對已列印的該模型切片的上截面進行上色；及 d6) 重複執行該步驟d4至該步驟d5直到所有該模型切片及所有該內部擋汙切片完成列印且所有該模型切片完成上色。
  15. 如請求項12所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b包括： b8) 產生對應該內部擋汙結構的該擋汙結構資料；及 b9) 修改該擋汙結構資料來添加該內部擋汙結構至被該上色區域的內壁圍繞並與該上色區域距離一內部間距的位置。
  16. 如請求項15所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b8包括： b81) 依據該內部間距、一內部厚度及該形狀資料的一模型長度與一模型寬度決定一結構長度及一結構寬度； b82) 依據該形狀資料的一模型高度及一底座高度決定一結構高度； b83) 產生對應該有色三維模型的一副本模型的一副本模型資料，並經由修改該副本模型資料來執行一挖空處理，使該副本模型的一擋牆部分的厚度符合該內部厚度；及 b84) 經由修改該副本模型資料來依據該結構長度、該結構寬度及該結構高度縮小該副本模型，並將修改後的該副本模型資料作為該擋汙結構資料。
  17. 如請求項16所述的有色三維模型切層列印方法，其中該步驟b8更包括一步驟b85) 於判斷該副本模型資料所對應的該副本模型包括一底座結構或一頂蓋結構時，經由修改該副本模型資料來移除該底座結構或該頂蓋結構。
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