TW201912380A - 具有保護層的彩色3d實體模型的切層與列印方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，包括：對彩色3D物件資料執行切層處理來產生多層物件切層資料及多層色彩切層資料；依據多層物件切層資料產生多層本體切層資料及多層保護切層資料；依據多層本體切層資料逐層列印多層本體切層實體模型；依據相同層的色彩切層資料對本體切層實體模型上色；及，依據多層保護切層資料使用透光列印材逐層列印多層保護切層實體模型本發明可有效使所製造的彩色3D實體模型具有透光的保護層，而可避免彩色3D實體模型脫色。

Description

具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法

本發明涉及彩色3D實體模型的切層與列印方法，尤其涉及具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法。

為製造彩色3D實體模型，現有的彩色3D印表機同時配置有一組成型噴頭及一組上色噴頭。

當進行列印時，現有的彩色3D印表機是先控制成型噴頭使用白色列印材來列印一層切層實體模型，再控制噴墨頭對所列印的切層實體模型進行彩色噴印以製造一層彩色切層實體模型。藉由不斷重複上述列印步驟，現有的彩色3D印表機可製造出由多層彩色切層實體模型所堆疊而成的彩色3D實體模型。

然而，由於採用噴墨技術上色，現有的彩色3D印表機所製造出的彩色3D實體模型容易因接觸（如接觸水氣或人手）而脫色或褪色。

為解決上述問題，現有的技術是以人工方式對製造出的彩色3D實體模型噴灑保護漆，來於彩色3D實體模型外部形成一層保護層。

然而，上述噴灑保護漆的方式不僅耗費人力，於噴灑期間更會有保護漆飛濺與空氣品質降低等問題。

本發明提供一種具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，可同時列印彩色3D實體模型及其保護層。

於一實施例中，本發明公開一種具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，運用於彩色3D印表機，彩色3D印表機包括成型噴頭及上色噴頭，方法包括以下步驟：a) 執行切層處理來依據彩色3D物件資料的幾何資訊產生多層物件切層資料；b) 於切層處理中依據彩色3D物件資料的色彩資訊產生多層色彩切層資料；c) 於切層處理中依據該多層物件切層資料產生多層本體切層資料，並依據多層物件切層資料的多個輪廓資訊產生多層保護切層資料；及，d) 依據多層本體切層資料控制成型噴頭逐層列印多層本體切層實體模型以製造彩色3D實體模型的本體部分，於各層本體切層實體模型列印完成且判斷本體切層實體模型需上色時依據相同層的色彩切層資料控制上色噴頭對本體切層實體模型進行上色，並依據多層保護切層資料控制成型噴頭使用透光列印材逐層列印多層保護切層實體模型以製造彩色3D實體模型的保護層部分，其中多層保護切層實體模型分別包圍相同層的多層本體切層實體模型。

本發明可有效使所製造的彩色3D實體模型具有透光的保護層，而可避免彩色3D實體模型脫色。

下面結合附圖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範圍的限制。

首請同時參閱圖1及圖2，圖1為本發明一實施例的彩色3D列印系統的架構圖，圖2為本發明一實施例的彩色3D印表機的外觀示意圖。如圖所示，本發明揭露了一種3D列印系統1，可同時列印彩色3D實體模型及其保護層，使所生成的彩色3D實體模型具有透光的保護層，而不需另外噴灑保護漆。3D列印系統1主要包括用以安裝於電子裝置2（如桌上型電腦、筆記型電腦、雲端伺服器或智慧型手機）的切層軟體210及彩色3D印表機3。

於一實施例中，切層軟體210儲存於電子裝置2的記憶體（圖未標示）。前述記憶體是非暫態電腦可讀記錄媒體，切層軟體210記錄有電腦可執行的程式碼。電子裝置2的處理器（圖未標示）執行切層軟體210後，可載入對應彩色3D物件的彩色3D物件資料，並對彩色3D物件資料執行後述的切層處理的各步驟。

彩色3D印表機3可包括記憶模組31、列印平台32、成型噴頭330、上色噴頭332、連接模組34、人機介面35、及電性連接上述模組的控制模組30。

記憶模組31用以儲存資料，如儲存列印軟體310（列印軟體310可為但不限於彩色3D印表機3的韌體或作業系統）。列印平台32用以承載所列印的彩色3D實體模型。連接模組34（如USB模組、Wi-Fi模組或其他有線/無線連接模組）用以連接外部裝置，如電子裝置2，以接收列印資料（如後述的切層資料）。人機介面35（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30用以控制彩色3D印表機3。

成型噴頭330用以列印切層實體模型。於一實施例中，成型噴頭330連接存放透光列印材41的耗材供應裝置（圖未標示），並可使用透光列印材41進行列印。

於一實施例中，彩色3D印表機3具有多材料列印功能。具體而言，彩色3D印表機3更包括電性連接控制模組30的換料裝置331，換料裝置331連接存放透光列印材41的耗材供應裝置及存放有色列印材40的另一耗材供應裝置（圖未標示）。藉此，彩色3D印表機3可經由換料裝置331來控制成型噴頭330使用透光列印材41進行列印，或使用有色列印材40進行列印。

於一實施例中，彩色3D印表機3是熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）3D印表機，前述耗材供應裝置可提供熱塑性耗材（即有色列印材40與透光列印材41，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）或聚乳酸（PLA））至成型噴頭330，成型噴頭330可加熱耗材至半熔融態以進行3D列印。並且，有色列印材40與透光列印材41於半熔融態下是具有可塑性及黏性，而可用來塑形並經由層層堆疊來製造出穩固的3D實體模型。

於一實施例中，有色列印材40與透光列印材41可為相同或相似材質的耗材（如同為PLA耗材），但具有不同顏色或透光度。更進一步地，有色列印材40具有底色（如白色或灰色）並具有較差的透光性，而可明顯呈現所噴印的色彩。有色列印材40為無色或淺色並具有較佳的透光性，而可明顯呈現所覆蓋的色彩。

上色噴頭332連接儲存有墨水的墨匣42。於一實施例中，上色噴頭332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42，並可經由混色來實現全彩列印。

於一實施例中，記憶模組31是非暫態電腦可讀記錄媒體，列印軟體310記錄有電腦可執行的程式碼。控制模組30執行列印軟體310後，可控制成型噴頭330及上色噴頭332執行後述的列印處理的各步驟。

於一實施例中，彩色3D印表機3包括移動機構36。移動機構36用以控制成型噴頭330及上色噴頭332於一或多個軸向（如X-Y-Z三軸）中移動以進行列印。

於一實施例中，移動機構36是設置於列印平台32。具體而言，移動機構36可控制列印平台32來於一或多個軸向（如X-Y-Z三軸）間移動，以供成型噴頭303及上色噴頭304不需移動即可進行列印。

於一實施例中，切層軟體210亦可儲存於彩色3D印表機3的記憶模組31中。具體而言，控制模組30執行切層軟體210及列印軟體310後可執行後述的切層處理及列印處理的各步驟。

續請一併參閱圖3，為本發明第一實施例的切層與列印方法的流程圖。本發明各實施例的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法（下稱切層與列印方法）可由圖1至圖2所示的任一3D列印系統來加以實現。具體而言，本發明各實施例的列印方法包括用以執行切層處理的步驟S10及用以執行列印處理的步驟S12。當電子裝置2執行切層軟體210後可執行本發明各實施例的切層處理的各步驟。當彩色3D印表機3執行列印軟體310後可執行本發明各實施例的列印處理的各步驟。

首先對本發明的切層處理進行說明。本實施例的列印方法的切層處理（步驟S10）包括以下步驟。

步驟S100：電子裝置2自記憶體讀取預存的一組彩色3D物件資料。前述彩色3D物件資料是用來描述一組彩色3D物件，並記錄有彩色3D物件的幾何資訊(如彩色3D物件的各頂點的座標值或彩色3D物件的形狀)及色彩資訊(如彩色3D物件的各部位的色彩值)。更進一步地，電子裝置2於讀取彩色3D物件資料後，可繪製所對應的彩色3D物件，並顯示於電子裝置2的顯示器。

步驟S102：電子裝置2依據彩色3D物件資料的幾何資訊產生多層物件切層資料，各層物件切層資料分別具有依照順序排序的一個層數值。

前述多層物件切層資料是經由對彩色3D物件資料執行切層處理所產生，各層物件切層資料分別對應至切割彩色3D物件後所產生的各層切層物件。於一實施例中，各層物件切層資料（如一段G-code）用以描述各層切層物件的一段列印路徑，當成型噴頭依據各列印路徑進行列印後可製造出對應各層切層物件的一層切層實體模型。

步驟S104：電子裝置2依據彩色3D物件資料的色彩資訊產生多層色彩切層資料，各層色彩切層資料分別具有依照順序排序的一個層數值。

於一實施例中，各色彩切層資料（如一張彩色2D影像）用以描述相同層的切層物件的各位置的色彩，當上色噴頭332依據相同層的色彩切層資料進行調色及噴印後可對相同層的切層實體模型的各位置進行上色。

舉例來說，若彩色3D物件可被切割成一百層切層物件，則對彩色3D物件資料執行切層處理後會產生一百層物件切層資料及一百層色彩切層資料。一百層物件切層資料分別對應至一百層切層物件(層數值為1至100)，並分別描述所對應的切層物件的形狀。一百層色彩切層資料分別對應至一百層切層物件(層數值為1至100)，並分別描述所對應的切層物件的色彩。

於一實施例中，若任一層的物件切層資料所對應的切層實體模型不須上色，則電子裝置2可不產生此層的色彩切層資料。

步驟S106：電子裝置2依序選擇各層物件切層資料，並依據各層物件切層資料產生相同層的保護切層資料及本體切層資料。具體而言，電子裝置2依據各層物件切層資料的輪廓資訊來產生相同層的保護切層資料（即各層保護切層資料是對應各層切層物件的輪廓），並依據各層物件切層資料的本體尺寸或本體形狀來產生相同層的本體切層資料（即各層本體切層資料是對應各層切層物件的本體）。

於一實施例中，電子裝置2依據多層物件切層資料的多個輪廓資訊產生多層保護切層資料，並對多層物件切層資料執行內縮處理（即水平縮小多層切層物件的尺寸）以產生多層本體切層資料。藉此，當彩色3D印表機3依據保護切層資料及本體切層資料進行列印後可產生與彩色3D物件尺寸相符的彩色3D實體模型。

於一實施例中，電子裝置2產生多層物件切層資料的副本並作為多層本體切層資料，並對多層物件切層資料執行外擴處理（即水平放大多層切層物件的尺寸），並依據外擴處理後的多層物件切層資料的多個輪廓資訊（即水平放大後的切層物件的輪廓）產生多層保護切層資料。藉此，當彩色3D印表機3依據保護切層資料及本體切層資料進行列印後可產生尺寸大於彩色3D物件的彩色3D實體模型。

於一實施例中，各層保護切層資料及本體切層資料（如一段G-code）用以描述一段列印路徑，當成型噴頭依據各列印路徑進行列印後可製造出對應的一層保護切層實體模型及一層本體切層實體模型。

於一實施例中，電子裝置2不會產生所有層的保護切層資料，而僅產生部分層的保護切層資料（如僅產生奇數層的保護切層資料、依據亂數決定產生保護切層資料的層數或每間隔三層產生一層保護切層資料）。即所製造出的彩色3D實體模型的僅有部分本體切層實體模型具有保護層，另一部分本體切層實體模型不具有保護層。由於各切層實體模型的厚度極薄，欠缺少數保護層的情況下並不會大幅影響保護效果。本發明可於不大幅影響保護效果的情況下節省透光列印材41的用量。

值得一提的是，成型噴頭330使用透光列印材41所列出的透光的各保護切層實體模型可作為透光的保護層，即成型噴頭330所印出的透光的切層實體模型不僅可透映出所覆蓋的本體切層實體模型及彩色塗層的顏色，還可隔絕所覆蓋的本體切層實體模型及彩色塗層與外部環境接觸，而可避免所覆蓋的本體切層實體模型及彩色塗層脫落、褪色或掉色。

於執行完切層處理後，電子裝置2可將所產生的多層保護切層資料、多層本體切層資料及多層色彩切層資料傳送至彩色3D印表機 3。

藉此，本發明可有效對彩色3D物件資料執行切層處理，來產生用於列印模型保護層的多層保護切層資料、用於列印模型本體的多層保護切層資料及用於上色的多層色彩切層資料，而可供彩色3D印表機3使用成型噴頭330及上色噴頭332列印具有保護層的彩色3D實體模型。

接著對本發明的列印處理進行說明。本實施例的列印方法的列印處理包括以下步驟。

步驟S120：彩色3D印表機3 的控制模組30依序選擇多層的保護切層資料的其中之一，並選擇相同層的本體切層資料及色彩切層資料（如選擇第一層的保護切層資料、本體切層資料及色彩切層資料）。

步驟S122：控制模組30依據所選擇的本體切層資料控制成型噴頭330來列印一層本體切層實體模型。

於一實施例中，控制模組30控制成型噴頭330使用透光列印材41沿本體切層資料所對應的列印路徑移動並同時進行吐料以列印一層透光的本體切層實體模型。

於一實施例中，控制模組30先經由換料裝置331切換至供應有色列印材40，再控制成型噴頭330使用有色列印材40沿本體切層資料所對應的列印路徑移動並同時進行吐料以列印一層有色的本體切層實體模型。

步驟S124：控制模組30依據相同層的色彩切層資料判斷列印完成的切層實體模型（如本體切層實體模型或保護切層實體模型）是否需進行上色。

於一實施例中，控制模組30於相同層的色彩切層資料不存在時，判斷列印完成的切層實體模型不需進行上色。

於一實施例中，控制模組30於相同層的色彩切層資料無色彩（如色彩切層資料為透明的2D影像）或僅包括特定色彩（如色彩切層資料為白色的2D影像）時，判斷列印完成的切層實體模型不需進行上色。

若控制模組30判斷列印完成的切層實體模型需進行上色，則執行步驟S126。否則，控制模組30執行步驟S128。

步驟S126：控制模組30依據相同層的色彩切層資料控制上色噴頭332對列印完成的切層實體模型（如步驟S122所列印的本體切層實體模型）的各位置噴印墨匣42的墨水。

於一實施例中，控制模組30依據相同層的色彩切層資料（如彩色2D影像）的色彩分佈控制上色噴頭332調色並於對應的位置進行噴印以進行上色。

於一實施例中，控制模組30於依據色彩切層資料判斷已列印的切層實體模型屬於次頂層（即倒數第二層）或底層（即第一層）時，控制上色噴頭332對已列印的切層實體模型的全部表面進行上色，並於判斷已列印的切層實體模型是中間層時控制上色噴頭332對已列印的切層實體模型的部分表面（如外側的部分表面）進行上色。

步驟S128：控制模組30控制模組30依據所選擇的保護切層資料控制成型噴頭330使用透光列印材41來於本體切層實體模型的外圍列印一層保護切層實體模型，即所列印的保護切層實體模型包圍相同層的本體切層實體模型而可隔絕相同層的本體切層實體模型與外界接觸。

步驟S130：控制模組30判斷彩色3D實體模型是否列印完成，即判斷是否已依據所有層本體切層資料列印出彩色3D實體模型的本體部分，已依據所有層色彩切層資料對彩色3D實體模型進行上色，並已依據所有層的保護切層資料列印出彩色3D實體模型的保護層部分。

若控制模組30判斷彩色3D實體模型尚未列印完成，則再次執行步驟S120-S128以選擇另一層的切層資料（如選擇第二層的本體切層資料、保護切層資料及色彩切層資料）並列印另一層的切層實體模型及其保護層（如列印第二層本體切層實體模型，進行上色，並列印第二層的保護切層實體模型）。

本發明可有效使所製造的彩色3D實體模型具有透光的保護層，而可避免彩色3D實體模型脫色。

續請同時參閱圖3及圖4，為本發明第二實施例的切層與列印方法的部分流程圖。本實施例的切層與列印方法更提供挖空功能、支撐添加功能即底座添加功能。挖空功能可使彩色3D印表機3製造出空心的彩色3D實體模型，而可節省列印材的用量。支撐添加功能可使彩色3D印表機3於列印過程中適當地添加支撐結構至彩色3D實體模型以避免彩色3D實體模型倒塌而造成列印失敗。底座添加可使彩色3D印表機3於列印過程中添加底座結構至列印彩色3D實體模型以避免彩色3D實體模型翻覆而造成列印失敗。相較於圖3所示的列印方法，本實施例的列印方法的步驟S102包括以下步驟。

步驟S20：電子裝置2的電子裝置2對彩色3D物件資料執行挖空處理以使處理後的彩色3D物件資料所對應的彩色3D物件被挖空（即彩色3D物件成為空心物件）。

本實施例經由挖空處理可有效減少後續產生的多層本體切層實體模型的總面積，進而有效減少列印材的用量。

步驟S22：電子裝置2對彩色3D物件資料執行支撐處理以產生對應支撐物件的多層支撐切層資料。藉此，當彩色3D印表機3依據多層支撐切層資料進行列印時可製造出對應的支撐結構。於一實施例中，各層支撐切層資料分別具有層數值。

本實施例經由支撐處理來添加支撐結構可有效避免彩色3D實體模型於列印過程因缺乏足夠支撐力而倒塌，進而有效提升列印成功率。

步驟S24：電子裝置2對彩色3D物件資料執行底座處理以產生對應底座物件的多層底座切層資料。藉此，當彩色3D印表機3依據多層底座切層資料進行列印時可製造出對應的底座結構。於一實施例中，各層底座切層資料分別具有層數值。

本實施例經由底座處理來添加底座結構來增加與列印平台32的接觸面積可有效避免彩色3D實體模型於列印過程因重心偏移而翻覆，進而有效提升列印成功率。

步驟S26：電子裝置2依據處理後的彩色3D物件資料的幾何資訊及預設層厚值（如10畫素或0.2毫米）執行切割處理來將彩色3D物件資料分割為多個物件切層資料以分割所對應的彩色3D物件為多個切層物件。接著，電子裝置2執行步驟S104。

前述挖空處理、支撐處理、底座處理及切割處理為本技術領域的常見技術，其技術細節於此不再贅述。

續請同時參閱圖3至圖5，圖5為本發明第三實施例的切層與列印方法的部分流程圖。於本實施例中，彩色3D印表機3是經由換料裝置331切換使用有色列印材40來列印本體切層實體模型，並經由換料裝置331切換使用透光列印材41來列印保護切層實體模型。相較於圖4所示的切層與列印方法，本實施例的切層與列印方法的步驟S12包括以下步驟。

步驟S300：控制模組30依序選擇多層切層資料的其中之一（如選擇第一層的保護切層資料、本體切層資料、底座切層資料、支撐切層資料及色彩切層資料）。

步驟S302：控制模組30判斷底座結構是否列印完成，及判斷是否已依據所有層底座切層資料列印所有層底座切層實體模型。

若控制模組30判斷底座結構列印完成，則執行步驟S304。否則，控制模組30執行步驟S318。

步驟S304：控制模組30執行換料操作並於換料完成後執行殘料清除操作。具體而言，控制模組30先控制換料裝置331切換至供應有色列印材40，接著控制成型噴頭330進行吐料（如於列印平台的其他位置（如吐料桶所在位置）進行吐料，或使用殘料列印支撐結構）以消耗供應管路內的透光列印材41的殘料。

步驟S306：控制模組30依據所選擇的本體切層資料控制成型噴頭330使用有色列印材40列印一層本體實體模型。

步驟S308：控制模組30依據相同層的色彩切層資料判斷列印完成的本體切層實體模型是否需進行上色。

若控制模組30判斷本體切層實體模型需上色，則執行步驟S310。否則，控制模組30執行步驟S312。

步驟S310：控制模組30依據相同層的色彩切層資料控制上色噴頭332對列印完成的本體切層實體模型上色。

步驟S312：控制模組30執行換料操作並於換料完成後執行殘料清除操作。具體而言，控制模組30先控制換料裝置331切換至供應透光列印材41，接著控制成型噴頭330進行吐料（如於列印平台的其他位置（如吐料桶所在位置）進行吐料，或使用殘料列印支撐結構）以消耗供應管路內的有色列印材40的殘料。

步驟S314：控制模組30依據所選擇的支撐切層資料控制成型噴頭330使用透光列印材41列印一層支撐實體模型。

於一實施例中，控制模組30可先執行步驟S314再執行步驟S312，即控制模組30可先控制成型噴頭330使用有色列印材40列印支撐實體模型，再進行換料操作以使用透光列印材41列印保護實體模型。藉此，本實施例可使所印出的彩色3D實體模型的保護層與支撐結構具有不同顏色，而方便使用者於列印完成後識別並卸除支撐結構

步驟S316：控制模組30依據所選擇的保護切層資料控制成型噴頭330使用透光列印材41於相同層的本體實體模型的外圍列印一層保護實體模型。接著控制模組30執行步驟S320。

若於步驟S302中控制模組30判斷底座結構未列印完成，則執行步驟S318：控制模組30依據所選擇的底座切層資料控制成型噴頭330列印一層底座實體模型。接著控制模組30執行步驟S320。

步驟S320：控制模組30判斷彩色3D實體模型是否列印完成。

若控制模組30判斷彩色3D實體模型尚未列印完成，則再次執行步驟S300-S318以選擇另一層的切層資料（如選擇第二層的本體切層資料、保護切層資料、底座切層資料、支撐切層資料及色彩切層資料）並列印另一層的切層實體模型及其保護層（如列印第二層本體切層實體模型、第二層底座切層實體模型及/或第二層支撐切層實體模型，對第二層本體切層實體模型進行上色，並列印第二層保護切層實體模型）。

由於使用具有較佳顯色效果的有色列印材40來列印彩色3D實體模型的本體，本發明所製造出的彩色3D實體模型的顏色可更為鮮亮。

續請同時參閱圖3及圖6，圖6為本發明第四實施例的切層與列印方法的部分流程圖。本實施例的切層與列印方法可依據各切層資料的對應位置來設定各層保護切層資料及本體切層實體的範圍，並可依據各切層資料的對應位置來設定各層的上色範圍。相較於圖3所示的實施例，本實施例的切層與列印方法的步驟S106包括以下步驟。

步驟S400：電子裝置2依序選擇多層切層資料的其中之一（如選擇第一層物件切層資料及第一層色彩切層資料）。

步驟S402：電子裝置2判斷所選擇的物件切層資料於多層物件切層資料中的對應位置。

若電子裝置2判斷所選擇的物件切層資料是最底層（即第一層），則執行步驟S404。若電子裝置2判斷所選擇的物件切層資料是中間層，則執行步驟S406。若電子裝置2判斷所選擇的物件切層資料是最頂層（即最後一層），則執行步驟S408。

步驟S404：電子裝置2將底層的物件切層資料直接作為最底層的保護切層資料，並且不產生相同層的本體切層資料。藉此，於進行列印後，位於底層的保護實體模型可完整包覆彩色3D實體模型的本體部分的底部。

步驟S406：電子裝置2依據所選擇的物件切層資料產生相同層的本體切層資料，並依據所選擇的物件切層資料的輪廓部分產生保護切層資料。藉此，於進行列印後，位於中間層的保護實體模型可完整包覆彩色3D實體模型的側邊。

步驟S408：電子裝置2將頂層的物件切層資料直接作為最頂層的保護切層資料，並且不產生相同層的本體切層資料。藉此，於進行列印後，位於頂層的保護實體模型可完整包覆彩色3D實體模型的本體部分的頂部。

步驟S410：電子裝置2依據所選擇的色彩切層資料於多層色彩切層資料中的對應位置來設定所選擇的色彩切層資料的上色範圍。

於一實施例中，電子裝置2於判斷所選擇的色彩切層資料為底層時依據下一層(即第二層)的本體切層實體模型的尺寸（可經由分析下一層的本體切層資料來獲得）設定所選擇的色彩切層資料的上色範圍。更進一步地，設定後的色彩切層資料的上色範圍可與下一層的本體切層實體模型的尺寸相同。

於一實施例中，電子裝置2於判斷選擇的色彩切層資料為次頂層（即倒數第二層）時依據上一層（即倒數第三層）的本體切層實體模型的尺寸（可經由分析上一層的本體切層資料來獲得）設定所選擇的色彩切層資料的上色範圍。更進一步地，設定後的色彩切層資料的上色範圍可與上一層的本體切層實體模型的尺寸相同。

於一實施例中，於判斷所選擇的色彩切層資料為頂層時設定色彩切層資料為不上色。具體而言，彩色3D實體模型的最頂層為保護實體模型，而不需上色。

於一實施例中，電子裝置2於判斷選擇的色彩切層資料為次底層（即第二層）時設定該色彩切層資料為不上色。具體而言，由於彩色3D實體模型的第一層的全部表面已上色，第二層是否上色並不會明顯影響視覺感受，故本實施例不對第二層進行上色以減少墨水用量。

於一實施例中，電子裝置2於判斷選擇的色彩切層資料為中間層時設定色彩切層資料的上色範圍為相同層的本體切層實體模型的側面或外側表面。更進一步地，於列印過程中，上色噴頭332可移動至本體切層實體模型的邊緣，並使用噴濺方式來對本體切層實體模型的側面進行上色。

續請同時參閱圖7及圖8，圖7為本發明的彩色3D物件資料的示意圖，圖8為本發明的物件切層資料的示意圖。

如圖所示，電子裝置2可載入對應彩色3D物件5的彩色3D物件資料，並執行切層處理來將彩色3D物件5切割為多層切層物件60-62（即產生多層切層物件資料）。並且，對應切層物件60、62及切層物件61的輪廓部分610的各層切層物件資料是直接被設定為保護切層資料，對應切層物件61的本體部分611的切層物件資料是直接被設定為本體切層資料。

續請參閱圖9為本發明的一實施例的列印示意圖，用以說明本發明如何列印具有保護層的彩色3D實體模型。

如圖所示，彩色3D印表機3先控制成型噴頭330使用透光列印材41列印一層透光的保護切層實體模型701，再控制上色噴頭332對保護切層實體模型701的完整上表面噴印一層彩色塗層711。藉此，完成第一層實體模型的列印。

接著，彩色3D印表機3控制成型噴頭330使用有色列印材40於保護切層實體模型701上堆疊列印一層有色的本體切層實體模型722，並控制成型噴頭330使用透光列印材41於本體切層實體模型722的外圍列印一層保護切層實體模型702。藉此，完成第二層實體模型的列印。

接著，彩色3D印表機3控制成型噴頭330使用有色列印材40堆疊列印一層有色的本體切層實體模型723，並控制上色噴頭332對本體切層實體模型723的外側表面及側面噴印一層彩色塗層713，並控制成型噴頭330使用透光列印材41於本體切層實體模型723的外圍列印一層保護切層實體模型703。藉此，完成第三層實體模型的列印。接著，重複上述步驟來列印第四層保護實體模型704、本體實體模型724及彩色塗層714，並列印第五層保護實體模型705、本體實體模型725及彩色塗層715。

接著，彩色3D印表機3控制成型噴頭330使用有色列印材40堆疊列印一層有色的本體切層實體模型726，並控制上色噴頭332對本體切層實體模型726的完整上表面噴印一層彩色塗層716，並控制成型噴頭330使用透光列印材41於本體切層實體模型726的外圍列印一層保護切層實體模型706。藉此，完成第六層實體模型的列印。

最後，彩色3D印表機3控制成型噴頭330使用透光列印材41堆疊列印一層透光的保護切層實體模型707。藉此，完成所有層實體模型的列印。

續請參閱圖10，為本發明的另一實施例的列印示意圖，用以說明本發明如何列印具有保護層的彩色3D實體模型並同時列印支撐結構83、84。

如圖所示，本實施例與圖9所示的實施例差異在於，本實施例是於列印各層保護實體模型801-807、本體實體模型822-826及彩色塗層811-816時同時列印相同層的支撐實體模型831-835及支撐實體模型841-845。

由於支撐結構83、84於列印過程中是與保護實體模型801-807及本體實體模型822-826具有相同高度，可有效於列印過程中適時地提供支撐力而可避免列印中的彩色3D實體模型倒塌。

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，熟悉本領域的技術人員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。

1‧‧‧3D列印系統

2‧‧‧電子裝置

210‧‧‧切層軟體

3‧‧‧彩色3D印表機

30‧‧‧控制模組

31‧‧‧記憶模組

310‧‧‧列印軟體

32‧‧‧列印平台

330‧‧‧成型噴頭

331‧‧‧換料裝置

332‧‧‧上色噴頭

34‧‧‧連接模組

35‧‧‧人機介面

36‧‧‧移動裝置

40‧‧‧有色列印材

41‧‧‧透光列印材

42‧‧‧墨匣

5‧‧‧彩色3D物件

60-62‧‧‧切層物件

610‧‧‧輪廓部分

611‧‧‧本體部分

701-707、801-807‧‧‧保護切層實體模型

711-716、811-816‧‧‧彩色塗層

722-726、822-826‧‧‧本體切層實體模型

83、84‧‧‧支撐

831-835、841-845‧‧‧支撐切層實體模型

S120-S130‧‧‧第一列印步驟

S20-S26‧‧‧切割步驟

S300-S320‧‧‧第二列印步驟

S400-S412‧‧‧切層資料產生步驟

圖1為本發明一實施例的彩色3D列印系統的架構圖。

圖2為本發明一實施例的彩色3D印表機的外觀示意圖。

圖3為本發明第一實施例的切層與列印方法的流程圖。

圖4為本發明第二實施例的切層與列印方法的部分流程圖。

圖5為本發明第三實施例的切層與列印方法的部分流程圖。

圖6為本發明第四實施例的切層與列印方法的部分流程圖。

圖7為本發明的彩色3D物件資料的示意圖。

圖8為本發明的物件切層資料的示意圖。

圖9為本發明的一實施例的列印示意圖。

圖10為本發明的另一實施例的列印示意圖。

Claims (12)

1. 一種具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，運用於一彩色3D印表機，該彩色3D印表機包括一成型噴頭及一上色噴頭，該具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法包括以下步驟： a) 執行一切層處理來依據一彩色3D物件資料的幾何資訊產生多層物件切層資料； b) 於該切層處理中依據該彩色3D物件資料的色彩資訊產生多層色彩切層資料； c) 於該切層處理中依據該多層物件切層資料產生多層本體切層資料，並依據該多層物件切層資料的多個輪廓資訊產生多層保護切層資料；及 d) 依據該多層本體切層資料控制該成型噴頭逐層列印多層本體切層實體模型以製造一彩色3D實體模型的一本體部分，於各層該本體切層實體模型列印完成且判斷該本體切層實體模型需上色時依據相同層的該色彩切層資料控制該上色噴頭對該本體切層實體模型進行上色，並依據該多層保護切層資料控制該成型噴頭使用一透光列印材逐層列印多層保護切層實體模型以製造該彩色3D實體模型的一保護層部分，其中該多層保護切層實體模型分別包圍相同層的該多層本體切層實體模型。
2. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中各層該本體切層資料與各層該保護切層資料是對應各層的一列印路徑，各層該色彩切層資料是一彩色2D影像；該步驟d)是控制該成型噴頭沿各層該列印路徑逐層列印各層該本體切層實體模型及各層該保護切層實體模型，並控制該上色噴頭依據相同層的該彩色2D影像的色彩分佈進行上色。
3. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該彩色3D印表機是熔融沉積成型3D印表機，該透光列印材是熱塑性材料，該步驟d)是控制該成型噴頭加熱該透光列印材至熔融態來逐層列印該多層本體切層實體模型及該多層本體切層實體模型。
4. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該彩色3D印表機是熔融沉積成型3D印表機，該步驟d)是控制該成型噴頭加熱一有色列印材至熔融態來逐層列印該多層本體切層實體模型，並控制該成型噴頭加熱該透光列印材至熔融態來逐層列印該多層本體切層實體模型。
5. 如請求項4所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該彩色3D印表機包括用以切換供應該透光列印材及該有色列印材的一換料裝置，該步驟d)包括以下步驟： d1) 控制該換料裝置切換至供應該有色列印材，並執行一殘料清除操作以消耗該透光列印材的殘料； d2) 控制該成型噴頭使用該有色列印材列印該本體切層實體模型； d3) 控制該上色噴頭對已列印的該本體切層實體模型進行上色； d4) 控制該換料裝置切換至供應該透光列印材，並執行該殘料清除操作以消耗該有色列印材的殘料； d5) 控制該成型噴頭使用該透光列印材圍繞相同層的該本體切層實體模型列印該保護切層實體模型；及 d6) 重複執行該步驟d1)至該步驟d5)直到該彩色3D實體模型列印完成。
6. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該步驟a)包括： a1) 對對應一彩色3D物件的該彩色3D物件資料執行一挖空處理以使處理後的該彩色3D物件資料對應空心的該彩色3D物件； a2) 依據處理後的該彩色3D物件資料的幾何資訊及一預設層厚值產生該多層物件切層資料，其中各層該物件切層資料分別具有一層數值； a3) 執行一支撐處理以產生對應一支撐物件的多層支撐切層資料，其中各層該支撐切層資料分別具有該層數值；及 a4) 對該彩色3D物件資料執行一底座處理以產生對應一底座物件的多層底座切層資料，其中各該底座切層資料分別具有該層數值。
7. 如請求項6所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，該彩色3D印表機更包括一列印平台，其中更包括以下步驟： e1) 於該步驟d)之前，依據該多層底座切層資料控制該成型噴頭使用該透光列印材於該列印平台上逐層列印多層底座切層實體模型；及 e2) 於列印該多層保護切層實體模型及該多層本體切層實體模型期間，依據該多層支撐切層資料控制該成型噴頭使用該透光列印材逐層列印多層支撐切層實體模型； 其中，該步驟d)是於該多層底座切層實體模型上列印該多層保護切層實體模型及該多層本體切層實體模型。
8. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該步驟c)包括以下步驟： c11) 依據該多層物件切層資料的該多個輪廓資訊產生該多層保護切層資料；及 c12) 對該多層物件切層資料執行一內縮處理以產生該多層本體切層資料。
9. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該步驟c)包括以下步驟： c21) 將該多層物件切層資料的副本作為該多層本體切層資料；及 c22) 對該多層物件切層資料執行一外擴處理，並依據外擴處理後的該多層物件切層資料的該多個輪廓資訊產生該多層保護切層資料。
10. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該步驟c)包括以下步驟： c31) 於判斷任一層該物件切層資料為底層或頂層時將該物件切層資料作為相同層的該保護切層資料；及 c32) 於判斷任一層該物件切層資料為中間層時依據該物件切層資料產生相同層的該本體切層資料，並依據該物件切層資料的該輪廓資訊產生相同層的該保護切層資料。
11. 如請求項1所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該步驟b)包括以下步驟： b1) 於判斷任一層該色彩切層資料為底層時依據下一層的該本體切層實體模型的尺寸設定該色彩切層資料的一上色範圍； b2) 於判斷任一層該色彩切層資料為次頂層時依據上一層的該本體切層實體模型的尺寸設定該色彩切層資料的該上色範圍；及 b3) 於判斷任一層該色彩切層資料為頂層時設定該色彩切層資料為不上色。
12. 如請求項11所述的具有保護層的彩色3D實體模型的切層與列印方法，其中該步驟b)更包括以下步驟： b4) 於判斷任一層該色彩切層資料為次底層時設定該色彩切層資料為不上色；及 b5) 於判斷任一層該色彩切層資料為中間層時設定該色彩切層資料的該上色範圍為相同層的該本體切層實體模型的側面或外側表面。