TW202015889A

TW202015889A - 立體列印方法以及立體列印裝置

Info

Publication number: TW202015889A
Application number: TW108107661A
Authority: TW
Inventors: 楊士奇; 郭耀仁; 蔡紹安
Original assignee: 三緯國際立體列印科技股份有限公司; 金寶電子工業股份有限公司
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-05-01
Also published as: TWI674962B

Abstract

一種立體列印方法以及立體列印裝置。立體列印方法包括：對包含立體模型的空間執行體素化操作以獲得對應於空間的多個體素；選擇多個體素中包括支撐點中的第一支撐點的第一體素；根據第一體素決定多個合併節點中的第一合併節點，其中第一合併節點位於多個體素中的第二體素；根據第一支撐點以及第一合併節點列印支撐件中的第一支撐件。

Description

立體列印方法以及立體列印裝置

本發明是有關於一種列印方法，且特別是有關於一種立體列印方法以及立體列印裝置。

在立體列印技術中，當所欲成型的立體模型存在懸空區域（即所述立體模型於該處相對於平台存在空間）時，立體列印裝置需要同步的在懸空區域以及平台之間立體列印出一支撐結構，其中所述支撐結構是由多個支撐件以及支撐點所構成，以避免懸空區域造成立體模型在結構上發生應力集中或變形的情況。

所述立體模型通常會先依照對應於該模型的表面的特定角度從該模型的表面的支撐點來生長支撐頭，接著再透過所述支撐頭來生長多個支撐件。值得注意的，在習知技術中，當立體模型依照該模型的表面來生長支撐頭時，立體列印裝置較無法彈性地選擇支撐頭的角度，進而使所述支撐頭在生長的過程中較容易接觸到所述立體模型。此外，當立體模型依照特定角度來生長支撐頭，並且當此特定角度與所述立體模型的表面法線方向的夾角過大時，由於所述支撐頭與模型表面的接觸面積相對較大，因此將容易造成所述立體模型的表面被破壞。

另一方面，在習知技術中，通常會使所述支撐件透過至少一個支撐尾來連接至模型。當透過單一個支撐尾來連接至模型時，所述支撐尾通常需要較大的直徑。在此情況下，當需將所述支撐結構從模型上移除時，支撐尾對於該模型的表面的破壞性相對較大。此外，當透過多個支撐尾來連接至模型時，由於這些支撐尾通常會在靠近支撐件的末端才會開始生長，因此，這些支撐尾選擇連接至模型的表面的接觸角度將會有所限制，進而無法尋找到最佳的所述接觸角度。

針對決定支撐件的決定方式，通常需花費大量的運算時間，進而影響處理器的運算時間。因此，如何有效地優化合併支撐點以及支撐件的技術並改善所述支撐頭以及支撐尾的缺點，藉以提升立體列印之速度與品質，將是本領域開發人員的主要課題。

本發明提供一種立體列印方法以及立體列印裝置，用以列印具有懸空區域的立體模型。

本發明提出一種立體列印方法，用於立體列印裝置，立體列印裝置用以列印立體模型以及用以支撐立體模型的支撐件以使得立體模型成形於平台，支撐件連接對應於立體模型的支撐點。立體列印方法包括：對包含立體模型的空間執行體素化操作以獲得對應於空間的多個體素；選擇多個體素中包括支撐點中的第一支撐點的第一體素；根據第一體素決定多個合併節點中的第一合併節點，其中第一合併節點位於多個體素中的第二體素；根據第一支撐點以及第一合併節點列印支撐件中的第一支撐件，其中第一支撐件具有第一子支撐件以及第二子支撐件，第一子支撐件的第一端連接第一合併節點，第二子支撐件的第一端連接第一合併節點且第二子支撐件的第二端連接第一支撐點。

本發明提出一種立體列印裝置包括平台、列印頭以及處理器。列印頭用以列印立體模型以及支撐立體模型的支撐件於平台，其中支撐件連接對應於立體模型的支撐點。處理器用以對包含立體模型的空間執行體素化操作以獲得對應於空間的多個體素；選擇多個體素中包括支撐點中的第一支撐點的第一體素；根據第一體素決定多個合併節點中的第一合併節點，其中第一合併節點位於多個體素中的第二體素，並且根據第一支撐點以及第一合併節點列印支撐件中的第一支撐件。其中第一支撐件具有第一子支撐件以及第二子支撐件，第一子支撐件的第一端連接第一合併節點，第二子支撐件的第一端連接第一合併節點且第二子支撐件的第二端連接第一支撐點。

基於上述，本發明中所述立體列印方法以及立體列印裝置可以利用處理器來對包含立體模型的空間進行體素化的動作，以使所述空間中的每個體素皆可記錄該體素是否存在立體模型，以及各個體素中的支撐點是否被連接至立體模型或平台等相關資訊。如此一來，在生長支撐件的過程中，本發明可以依據所述相關資訊來使支撐件能夠有效地避開立體模型，以縮短搜尋生長路徑的時間，進而提升立體列印的品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

現將詳細參考本示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。

圖1是依照本發明的一實施例所繪示的立體列印裝置的示意圖。請參照圖1，立體列印裝置100包括平台110、列印頭120以及處理器130。列印頭120耦接至處理器130。列印頭120用以於平台110上列印出立體模型OBJ以及支撐所述立體模型OBJ的支撐件SIA。支撐件SIA位於立體模型OBJ的一空間（亦即懸空區域）中。其中，支撐件SIA透過支撐點SPA以連接至對應的立體模型OBJ，並且支撐件SIA透過第一類支撐尾GT1以及第二類支撐尾GT2以分別連接至立體模型OBJ以及平台110。

在本實施例中，處理器130可以被一個具有運算功能的電子裝置（例如是筆記型電腦、平板電腦或桌上型電腦等計算機裝置）控制。使用者可以透過所述電子裝置來編輯與處理一立體物件的立體模型OBJ，並藉由處理器130將立體模型OBJ的相關參數及資訊傳送至列印頭120，以指示列印頭120依據所述參數及資訊於平台110上列印出立體模型OBJ以及支撐件SIA。

本實施例的處理器130可以例如是中央處理單元（central processing unit, CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可載入並執行電腦程式，本發明未對此有所限制。

請同時參照圖1、圖2A與圖3，圖2A是依照本發明的一實施例所繪示的立體列印方法的情境示意圖。另外，圖3是依照本發明的一實施例所繪示的立體列印方法的流程圖。本實施例的立體列印方法適用於圖1的立體例印裝置100，以下即搭配立體列印裝置100中的各構件說明本實施例立體列印方法的詳細步驟。需注意到的是，在本發明圖2A的實施例中，是在三維空間下以側視的角度來進行描述，並且每一個體素是以立體的結構來形成。

首先，於步驟S310中，處理器130可以使用一邊界框(Bounding Box)來框選立體模型OBJ，以使立體模型OBJ位於所述邊界框BB內部所形成的空間中。其中，圖2A中的邊界框BB所框選的空間僅表示為立體模型OBJ的支撐件SIA部份，並以此部份作為本發明實施例的情境說明。

於步驟S320中，處理器130可以對邊界框BB內部所形成的空間的立體模型OBJ執行體素化（Voxelization）的操作，以使處理器130獲得對應於所述空間中的支撐件SIA的多個體素VX1～VXN。進一步來說，圖2A中的每一個方格分別可以表示為所述空間中的多個體素VX1～VXN。為了方便說明，本發明的圖2A是以體素VX1～VX5來作為一實施例的情境說明，但本發明並不限於此。值得一提的，在本實施例中，每個體素VX1～VXN分別可以記錄該體素是否包含立體模型OBJ的一部分，以及各個體素VX1～VX5分別可以記錄該體素中所對應的支撐點或合併節點是否被連接至立體模型OBJ或平台110等相關資訊。藉此，本發明可以透過對邊界框BB內部所形成的空間的立體模型OBJ執行體素化的方式，以使在生長支撐件SIA的過程中，支撐件SIA能夠有效地避開立體模型OBJ，並且縮短搜尋生長路徑的時間。

於步驟S330中，處理器130可應用本領域具有通常知識者所熟知的生長支撐點的相關技術，以使立體模型OBJ的表面產生多個原始支撐點OSP1～OSP3。接著，處理器130可以依據這些原始支撐點OSP1～OSP3以產生多個支撐點SP1～SP3（亦稱為第一支撐點）。其中，這些支撐點SP1～SP3位在立體模型OBJ的表面的法線方向上，並且這些支撐點SP1～SP3與這些原始支撐點OSP1～OSP3分別距離一個預設距離（例如是一個體素的距離，但本發明並不限於此）。

於步驟S340中，由於邊界框BB所框選的部份具有多個支撐點，並且圖2A僅以3個支撐點SP1～SP3作為說明範例。因此，在本實施中，處理器130可以從所述多個支撐點中，選擇具有支撐點SP1～SP3的體素VX1～VX3來作為第一體素。藉此，處理器130可藉由選擇這些體素VX1～VX3以獲得各體素VX1～VX3中所記錄的相關資訊，並且處理器130可依據所述相關資訊來規劃生長所述支撐件SIA的路徑。

於步驟S350中，處理器130可以依據所選擇的體素VX1～VX3（亦稱為第一體素）中所分別記錄的相關資訊，來決定合併節點MP1、MP2是位於體素VX1～VXN中的哪一個體素。

進一步來說，在步驟S350中，假設處理器130會先依據原始支撐點OSP2來產生支撐點SP2，接著，處理器130可依據支撐點SP2(亦稱為，第二支撐點)所位於的體素VX2（亦稱為第三體素），來判斷邊界框BB內部所形成的空間中，是否有合併節點位於體素VX2的第一方向（例如是體素VX2的下方）上。舉例來說，在本發明的一實施例中，當處理器130判斷體素VX2的第一方向上不存在合併節點時，處理器130會向所述空間中對應於體素VX2的第二方向（例如是體素VX2向下方向45度）搜尋多個體素。並且，當處理器130判斷所述體素VX4的上方存在一個具有支撐點SP1的體素VX1時，處理器130將會決定合併節點MP1生長於所述體素VX4中。換言之，所述體素VX4（亦稱為第二體素）是位於包括支撐點SP1的體素VX1（亦稱為第四體素）的第一方向上。

另一方面，當處理器130判斷體素VX2的第一方向上存在著合併節點時，處理器130會指示體素VX2向第一方向進行搜尋以決定合併節點所對應的體素的位置。

此外，當處理器130判斷體素VX2的第一方向上不存在合併節點，並且處理器130無法依據體素VX2的位置向所述空間中的第二方向搜尋到這些體素VX1～VXN中具有合併節點的體素時，處理器130會接著執行步驟S360的動作。

需注意的是，在另一實施例中，假設處理器130會先依據原始支撐點OSP2來產生支撐點SP2且支撐點SP2是位於鄰近於邊界框BB的邊緣時，可以以下述圖2B以及圖2C的範例來根據支撐點SP2的位置搜尋存在合併節點的體素。具體來說，圖2B是依照本發明的另一實施例所繪示的立體列印方法的情境示意圖。需注意的是，圖2C是依照圖2B實施例所繪示的搜尋存在合併節點的體素的過程的示意圖。其中，圖2B是以側視的角度來繪示三維空間。圖2C是以三維空間中，位於層L1A的支撐點SP2往下一層（例如層L2A）俯視的角度所繪製的俯視圖。

在本發明圖2B的實施例中，假設處理器130會先依據原始支撐點OSP2來產生支撐點SP2，並且此時的體素VX2（亦稱為第三體素）是位於鄰近於邊界框BB的邊緣時，處理器130可依據體素VX2來判斷邊界框BB內部所形成的空間中，是否有合併節點位於體素VX2的第一方向（例如是體素VX2的下方）上。當處理器130判斷體素VX2的第一方向上不存在合併節點時，處理器130會依據體素VX2所位於的層L1A，向下逐層（例如是層L2A～L3A，以此類推）搜尋是否具有存在合併節點的體素。

詳細來說，本實施例的多個體素分別位於多個層（例如是層L1A～L3A，其中所述層的數量並不限於3層）中。在圖2B以及圖2C中，位於層L2A中的體素VX20是位在體素VX2的正下方。進一步來說，當支撐點SP2所位於的體素VX2是位於層L1A，並且此時的體素VX2是位於鄰近於邊界框BB的邊緣時，處理器130可依據體素VX2所位於的層L1A，向下逐層（例如是層L2A～L3A）搜尋存在合併節點MP3（亦稱為第二合併節點）以及合併節點MP4（亦稱為第三合併節點）（未繪示）的多個體素。以搜尋存在合併節點MP3的體素來作為範例說明，在層L2A中，處理器130可以從體素VX2往體素VX21～VX25的延伸方向逐層向下搜尋具有存在合併節點的體素。舉例來說，處理器130可以從體素VX2往體素VX21的延伸方向（例如方向D1）逐層向下搜尋具有存在合併節點的體素；處理器130可以從體素VX2往體素VX22的延伸方向（例如方向D2）逐層向下搜尋具有存在合併節點的體素；處理器130可以從體素VX2往體素VX23的延伸方向（例如方向D3）逐層向下搜尋具有存在合併節點的體素；處理器130可以從體素VX2往體素VX24的延伸方向（例如方向D4）逐層向下搜尋具有存在合併節點的體素；處理器130可以從體素VX2往體素VX25的延伸方向（例如方向D5）逐層向下搜尋具有存在合併節點的體素。其中，由於體素VX26～VX28是位於邊界框BB的邊緣，因此，處理器130無法從體素VX2往體素VX26～VX28的延伸方向上搜尋到存在合併節點的體素。

在此情況下，以測視的角度來說，在圖2B以及圖2C中，假設處理器130可以在方向D3上的體素VXB中，判斷出所述體素VXB的上方存在支撐點SPB(亦稱為，第四支撐點)時，處理器130可以在體素VXB上產生合併節點MP3。

相對的，在圖2B以及圖2C的實施例中，處理器130同樣可以利用相同的搜尋方式來搜尋到存在合併節點MP4（未繪示）的另一體素。換言之，處理器130亦可從方向D1～D5中的至少其中之一，逐層向下搜尋具有存在合併節點MP4的體素。舉例來說，以測視的角度來說，在圖2B以及圖2C中，假設處理器130可以在方向D4上的某一體素VXC（未繪示）中，判斷出所述體素VXC的上方存在支撐點SPC（未繪示，亦稱為第五支撐點）時，處理器130可以在體素VXC產生合併節點MP4。

換言之，在處理器130可以從體素VX2的方向D3以及方向D4上搜尋到存在合併節點MP3以及合併節點MP4的體素（例如是體素VXB以及體素VXC）的情況下，在後續列印的過程中，處理器130可依據支撐點SP2以及合併節點MP3來指示列印頭120從體素VX2往體素VX23的延伸方向列印第一支撐件。並且，處理器130可依據支撐點SP2以及合併節點MP4來指示列印頭120從體素VX2往體素VX24的延伸方向列印另一個第一支撐件。

另一方面，當處理器130在體素VX2的方向D1～D5上無法搜尋到存在合併節點MP3以及合併節點MP4（未繪示）的多個體素時，由於此時處理器130無法在方向D1～D5中的至少2個方向上搜尋到存在合併節點MP3以及合併節點MP4的體素，若之後在後續的列印過程中處理器130從體素VX2的方向D3以及方向D4上列印第一支撐件，則此些第一支撐件的支撐力會不足。在此情況下，處理器130在後續列印的過程中會依據支撐點SP2來指示列印頭120向體素VX2的位置的第一方向（例如是體素VX2的下方）列印第一支撐件。其中所述第一支撐件不包括所述合併節點MP3以及合併節點MP4。

需注意到的是，請再次參照圖2A，在圖2A的實施例中，處理器130依據各個支撐點SP1～SP3決定合併節點的先後順序可以是隨機的。舉例來說，在本發明的一些實施例中，處理器130可以先依據支撐點SP2來搜尋合併節點，接著再依據支撐點SP1來搜尋合併節點，最後再依據支撐點SP3來搜尋合併節點。另外，在本發明的另一些實施例中，處理器130亦可以先依據支撐點SP1來搜尋合併節點，接著再依據支撐點SP2來搜尋合併節點，最後再依據支撐點SP3來搜尋合併節點。換言之，在本發明的多個實施例中，根據支撐點以決定合併節點的先後順序並不限於上述的方式。

延續圖2A的範例，於步驟S360中，處理器130可依據支撐點SP1～SP2以及合併節點MP1，來指示列印頭120列印出支撐件SIA中的第一支撐件。其中，所述第一支撐件是由第一子支撐件SI1、第二子支撐件SI2以及第三子支撐件SI3所構成。具體來說，第一子支撐件SI1的第一端連接至合併節點MP1。第二子支撐件SI2的第一端連接至合併節點MP1，第二子支撐件SI2的第二端連接至支撐點SP1。

針對本發明的第三子支撐件SI3，請同時參照圖1至圖4A，圖4A是依照本發明的一實施例所繪示的第三子支撐件的示意圖。第三子支撐件SI3的第一端連接至第二子支撐件SI2的第二端，第三子支撐件SI3的第二端連接至原始支撐點OSP1。換言之，在步驟S360中，處理器130可以使原始支撐點OSP1依據立體模型OBJ的表面的法線方向，並藉由列印頭120來列印出第三子支撐件SI3，以使原始支撐點OSP1可以透過第三子支撐件SI3來連接至支撐點SP1。藉此，本實施例的第三子支撐件SI3可以有效地降低與立體模型OBJ接觸的表面面積。並且，當處理器130需將第三子支撐件SI3從立體模型OBJ的表面中移除時，亦能夠減少立體模型OBJ的表面被破壞的可能性。

值得一提的，關於第三子支撐件SI3連接至第二子支撐件SI2的生長過程，請同時參照圖4A至圖4C，圖4B是依照本發明的一實施例所繪示的第三子支撐件的體素分佈的示意圖。另外，圖4C是依照本發明的一實施例所繪示的第三子支撐件的體素的搜尋過程的示意圖。首先，在圖4B的實施例中，多個體素可以形成多個層。此些層例如包括層L1～L3，其中層L1～L3之間彼此相鄰。假設原始支撐點OSP1所位於的體素VXA是位於層L1（亦稱為，第一層)。處理器130可以在層L2(亦稱為，第二層)的多個體素（例如是圖4C中層L2的9個體素）的其中之一決定支撐點SP1。例如，處理器130可以決定支撐點SP1位於層L2的體素VX1。接著，體素VXA中的原始支撐點OSP1可依據立體模型OBJ的表面的法線方向來從層L1往層L2生長第三子支撐件SI3，並使所述第三子支撐件SI3連接至體素VX1中的支撐點SP1。藉此方式，可以讓第三子支撐件SI3連接至第二子支撐件SI2。

針對步驟S360的操作細節，請同時參照圖2A以及圖5，圖5是依照本發明的另一實施例所繪示的立體列印方法的流程圖。於步驟S510中，處理器130會先判斷支撐件SIA的第一子支撐件SI1的第一端連接至立體模型OBJ或平台110。舉例來說，於步驟S520中，當處理器130判斷第一子支撐件SI1的第一端連接至立體模型OBJ時，處理器130可以指示列印頭120在第一子支撐件SI1的第一端列印第一類支撐尾GT1，以使支撐件SIA的第一子支撐件SI1可以透過第一類支撐尾GT1來連接至立體模型OBJ。

進一步來說，針對所述第一類支撐尾GT1的結構，請參照圖6A，圖6A是依照本發明的一實施例所繪示的第一類支撐尾的示意圖。在本實施例中，第一類支撐尾600包括第一子支撐尾SST1以及第二子支撐尾SST2。其中，第二子支撐尾SST2包括第一部份P1以及第二部份P2。並且，本實施例的第一類支撐尾600的第一子支撐尾SST1以及第二子支撐尾SST2的總數量可以是3，但本發明並不限於此。在其他實施例中，第一類支撐尾600可以具有更多的第二子支撐尾SST2。另一方面，在本實施例中，第一子支撐尾SST1的第一端是位於一體素中，並且第二子支撐尾SST2的第二部份的第二端是位於另一體素中。特別的是，第一子支撐尾SST1的第一端所位於的體素以及第二子支撐尾SST2的第二部份的第二端所位於的另一體素是位於同一直線上。

在圖6A中，第一部分P1的第一端連接至位於第一子支撐尾SST1上的連接點Q1，以使第一部分P1與第一子支撐尾SST1的夾角呈第一角度A1。第一部分P1的第二端連接至第二部分P2的第一端，第二部分P2的第二端連接立體模型OBJ的表面。換言之，第一子支撐件SI1的第二端可以透過第一子支撐尾SST1來連接至所述立體模型OBJ的表面。值得一提的，在本實施例中，第一子支撐尾SST1的方向相同於立體模型OBJ的表面的法向量，並且第二部分P2的方向相同於立體模型OBJ的表面的法向量。藉此，所述第一子支撐件SI1可以利用第一類支撐尾GT1來提升支撐件SIA整體對於立體模型OBJ的拉力。

另一方面，於步驟S530中，當處理器130判斷第一子支撐件SI1的第一端連接至平台110時，處理器130可以指示列印頭120在第一子支撐件SI1的第一端列印第二類支撐尾GT2，以使支撐件SIA的第一子支撐件SI1可以透過第二類支撐尾GT2來連接至平台110。其中，本實施例的第二類支撐尾GT2可以例如是一圓盤模型。亦即，當處理器130判斷第一子支撐件SI1的第二端連接至平台110時，第一子支撐件SI1的第二端可以透過所述圓盤模型以連接至平台110上。

圖6B是依照本發明的另一實施例所繪示的第一類支撐尾的示意圖。在本發明的另一實施例中，處理器130還可以判斷支撐件SIA中的第二支撐件SPX2的第一端是以第一類支撐尾600來連接至立體模型OBJ。進一步來說，在圖6B中，當處理器130判斷第一支撐件SPX1中的第二子支撐尾SST2的第一部分是否與第二支撐件SP2中的所述第二子支撐尾SST2的第一部分相連接於一連接點Q2。

接著，當處理器130判斷第一支撐件SP1中的第二子支撐尾SST2的第一部分P1與第二支撐件SP2中的第二子支撐尾SST2的第一部分P1相連接於連接點Q2時，則處理器130會指示列印頭120列印出第一支撐件SP1中的第二子支撐尾SST2的第二部分P2。

在圖6B中，第一支撐件SPX1中的第二子支撐尾SST2的第二部分P2的第一端連接至第一支撐件SPX1中的第二子支撐尾SST2的第一部分P1以及第二支撐件SPX2中的第二子支撐尾SST2的第一部分P1，且第一支撐件SPX1中的第二子支撐尾SST2的第二部分P2的第二端連接至立體模型OBJ的表面。換言之，在本實施例中，支撐件SIA可以透過多個第一類支撐尾，並使各個第一類支撐尾中的第二子支撐尾的第二部分相互共用及連接，藉以在支撐點密度較高的情況下，避免支撐件SIA破壞立體模型OBJ的表面，並且提升支撐件SIA整體的拉力。

圖7是依照本發明的一實施例所繪示的列體列印的模擬結果圖。在本實施例中，邊界框BB內部所形成的空間中包括立體模型OBJ、支撐件SIA、第一類支撐尾GT1以及第二類支撐尾GT2。其中，圖7中的各個構件的說明以及其立體列印的方法皆以詳細的說明於圖1至圖6B的實施細節中，在此則不多贅述。

綜上所述，本發明所述立體列印方法以及立體列印裝置可以利用處理器來對包含立體模型的空間進行體素化的動作，以使所述空間中的每個體素皆可記錄該體素是否存在立體模型，以及各個體素中的支撐點是否被連接至立體模型或平台等相關資訊。如此一來，在生長支撐件的過程中，本發明可以依據所述相關資訊來使支撐件能夠有效地避開立體模型，以縮短搜尋生長路徑的時間，進而提升立體列印的品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:立體例印裝置 110:平台 120:列印頭 130:處理器 600、GT1:第一類支撐尾 A1:第一角度 BB:邊界框 D1～D5:方向 GT2:第二類支撐尾 L1～L3、L1A～L3A:層 MP1～MP4、MP3:合併節點 OBJ:立體模型 OSP1～OSP3:原始支撐點 P1:第一部分 P2:第二部分 Q1、Q2:連接點 SPA～SPC、SP1～SP3:支撐點 SIA:支撐件 SI1～SI3:子支撐件 S310～S360、S510～S530:步驟 SST1:第一子支撐尾 SST2:第二子支撐尾 SPX1:第一支撐件 SPX2:第二支撐件 VX1～VXN、VXA、VXB、VX20～VX28:體素

圖1是依照本發明的一實施例所繪示的立體列印裝置的示意圖。圖2A是依照本發明的一實施例所繪示的立體列印方法的情境示意圖。圖2B是依照本發明的另一實施例所繪示的立體列印方法的情境示意圖。圖2C是依照圖2B實施例所繪示的搜尋存在合併節點的體素的過程的示意圖。圖3是依照本發明的一實施例所繪示的立體列印方法的流程圖。圖4A是依照本發明的一實施例所繪示的第三子支撐件的示意圖。圖4B是依照本發明的一實施例所繪示的第三子支撐件的體素分佈的示意圖。圖4C是依照本發明的一實施例所繪示的第三子支撐件的體素的搜尋過程的示意圖。圖5是依照本發明的另一實施例所繪示的立體列印方法的流程圖。圖6A是依照本發明的一實施例所繪示的第一類支撐尾的示意圖。圖6B是依照本發明的另一實施例所繪示的第一類支撐尾的示意圖。圖7是依照本發明的一實施例所繪示的列體列印的模擬結果圖。

S310~S360:步驟

Claims

一種立體列印方法，用於一立體列印裝置，所述立體列印裝置用以列印一立體模型以及用以支撐所述立體模型的一支撐件以使得所述立體模型成形於一平台，所述支撐件連接對應於所述立體模型的一支撐點，所述立體列印方法包括：對包含所述立體模型的一空間執行一體素化操作以獲得對應於所述空間的多個體素(voxel)；選擇所述多個體素中包括所述支撐點中的一第一支撐點的一第一體素；根據所述第一體素決定多個合併節點中的一第一合併節點，其中所述第一合併節點位於所述多個體素中的一第二體素；以及根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點列印所述支撐件中的一第一支撐件，其中所述第一支撐件具有一第一子支撐件以及一第二子支撐件，所述第一子支撐件的第一端連接所述第一合併節點，所述第二子支撐件的第一端連接所述第一合併節點且所述第二子支撐件的第二端連接所述第一支撐點。
如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中所述第一支撐點包括一第二支撐點，其中根據所述第一體素決定所述多個合併節點中的所述第一合併節點的步驟包括：根據所述第二支撐點所位於的一第三體素，判斷所述空間中位於所述第三體素的一第一方向上是否存在所述多個合併節點的其中之一；當所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上不存在所述多個合併節點的其中之一時，根據所述第三體素的位置向所述空間中的一第二方向搜尋所述第二體素並決定位於所述第二體素中的所述第一合併節點，其中所述第二體素位在一第四體素的所述第一方向上，所述第四體素包括所述第一支撐點中的一第三支撐點；以及當所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上存在所述多個合併節點的其中之一時，根據所述第三體素的位置向所述第一方向搜尋所述第二體素並決定位於所述第二體素中的所述第一合併節點。
如申請專利範圍第2項所述的立體列印方法，其中判斷所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上是否存在所述多個合併節點的其中之一的步驟包括：當所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上不存在所述多個合併節點的其中之一且無法根據所述第三體素的位置向所述空間中的所述第二方向搜尋到所述多個體素中具有所述多個合併節點的其中之一的一第五體素時，執行根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點列印所述支撐件中的所述第一支撐件的步驟。
如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點列印所述支撐件中的所述第一支撐件的步驟包括：判斷所述第一子支撐件的第二端連接至所述立體模型或所述平台；當所述第一子支撐件的第二端連接至所述立體模型時，在所述第一子支撐件的第二端列印一第一類支撐尾以使得所述第一子支撐件透過所述第一類支撐尾連接至所述立體模型；以及當所述第一子支撐件的第二端連接至所述平台時，在所述第一子支撐件的第二端列印一第二類支撐尾以使得所述第一子支撐件透過所述第二類支撐尾連接至所述平台。
如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中對包含所述立體模型的所述空間執行所述體素化操作以獲得對應於所述空間的所述多個體素的步驟之前，所述方法還包括：使用一邊界框(bounding box)框選所述立體模型以使得所述立體模型位於所述邊界框內部所形成的所述空間中。
如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中選擇所述多個體素中包括所述支撐點中的所述第一支撐點的所述第一體素的步驟之前，所述方法還包括：根據位於所述立體模型的表面的一原始支撐點產生所述支撐點，其中所述支撐點位在所述表面的法線方向上且所述支撐點與所述原始支撐點距離一預設距離。
如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中所述第一支撐件具有一第三子支撐件，所述第三子支撐件的第一端連接所述第二子支撐件的第二端且所述第三子支撐件的第二端連接所述原始支撐點中的一第一原始支撐點。
如申請專利範圍第7項所述的立體列印方法，其中所述多個體素形成多個層，所述多個層中的第一層包括所述第一原始支撐點所位於的體素，所述第一體素位於所述多個層中的一第二層，所述第一層相鄰於所述第二層。
如申請專利範圍第2項所述的立體列印方法，其中根據所述第三體素的位置向所述空間中的所述第二方向搜尋所述第二體素並決定位於所述第二體素中的所述第一合併節點的步驟包括：判斷所述第三體素的位置的多個延伸方向中的至少其中之二上是否存在所述多個合併節點中的一第二合併節點以及一第三合併節點，其中所述第二合併節點以及所述第三合併節點分別位於所述支撐點中的一第四支撐點與一第五支撐點的所述第一方向上；當所述第三體素的位置的所述多個延伸方向中的至少其中之二上存在所述多個合併節點中的所述第二合併節點以及所述第三合併節點時，根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點列印所述支撐件中的所述第一支撐件的步驟包括：根據所述第二支撐點、所述第二合併節點以及所述第三合併節點，向所述第三體素的位置的所述多個延伸方向中的至少其中之二列印所述第一支撐件，其中所述第一支撐件包括所述第二合併節點以及所述第三合併節點；以及當所述第三體素的位置的所述多個延伸方向中的至少其中之二上未存在所述多個合併節點中的所述第二合併節點以及所述第三合併節點時，根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點列印所述支撐件中的所述第一支撐件的步驟包括：根據所述第二支撐點，向所述第三體素的位置的所述第一方向列印所述第一支撐件，其中所述第一支撐件不包括所述第二合併節點以及所述第三合併節點。
一種立體列印裝置，包括：一平台；一列印頭，用以列印一立體模型以及支撐所述立體模型的一支撐件於所述平台，其中所述支撐件連接對應於所述立體模型的一支撐點；以及一處理器，用以：對包含所述立體模型的一空間執行一體素化操作以獲得對應於所述空間的多個體素(voxel)，選擇所述多個體素中包括所述支撐點中的一第一支撐點的一第一體素，根據所述第一體素決定多個合併節點中的一第一合併節點，其中所述第一合併節點位於所述多個體素中的一第二體素，並且根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點控制所述列印頭列印所述支撐件中的一第一支撐件，其中所述第一支撐件具有一第一子支撐件以及一第二子支撐件，所述第一子支撐件的第一端連接所述第一合併節點，所述第二子支撐件的第一端連接所述第一合併節點且所述第二子支撐件的第二端連接所述第一支撐點。
如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中所述第一支撐點包括一第二支撐點，所述處理器還用以：根據所述第二支撐點所位於的一第三體素，判斷所述空間中位於所述第三體素的一第一方向上是否存在所述多個合併節點的其中之一，並且當所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上不存在所述多個合併節點的其中之一時，根據所述第三體素的位置向所述空間中的一第二方向搜尋所述第二體素並決定位於所述第二體素中的所述第一合併節點，其中所述第二體素位在一第四體素的所述第一方向上，所述第四體素包括所述第一支撐點中的一第三支撐點，當所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上存在所述多個合併節點的其中之一時，根據所述第三體素的位置向所述第一方向搜尋所述第二體素並決定位於所述第二體素中的所述第一合併節點。
如申請專利範圍第11項所述的立體列印裝置，其中所述處理器還用以：當所述空間中位於所述第三體素的所述第一方向上不存在所述多個合併節點的其中之一且無法根據所述第三體素的位置向所述空間中的所述第二方向搜尋到所述多個體素中具有所述多個合併節點的其中之一的一第五體素時，執行根據所述第一支撐點以及所述第一合併節點列印所述支撐件中的所述第一支撐件的步驟。
如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中所述處理器還用以：判斷所述第一子支撐件的第二端連接至所述立體模型或所述平台，並且當所述第一子支撐件的第二端連接至所述立體模型時，在所述第一子支撐件的第二端列印一第一類支撐尾以使得所述第一子支撐件透過所述第一類支撐尾連接至所述立體模型，並且當所述第一子支撐件的第二端連接至所述平台時，在所述第一子支撐件的第二端列印一第二類支撐尾以使得所述第一子支撐件透過所述第二類支撐尾連接至所述平台。
如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中所述處理器還用以：使用一邊界框(bounding box)框選所述立體模型以使得所述立體模型位於所述邊界框內部所形成的所述空間中。
如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中所述處理器還用以：根據位於所述立體模型的表面的一原始支撐點產生所述支撐點，其中所述支撐點位在所述表面的法線方向上且所述支撐點與所述原始支撐點距離一預設距離。
如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中所述第一支撐件具有一第三子支撐件，所述第三子支撐件的第一端連接所述第二子支撐件的第二端且所述第三子支撐件的第二端連接所述原始支撐點中的一第一原始支撐點。
如申請專利範圍第16項所述的立體列印裝置，其中所述多個體素形成多個層，所述多個層中的第一層包括所述第一原始支撐點所位於的體素，所述第一體素位於所述多個層中的一第二層，所述第一層相鄰於所述第二層。
如申請專利範圍第11項所述的立體列印裝置，其中所述處理器還用以：判斷所述第三體素的位置的多個延伸方向中的至少其中之二上是否存在所述多個合併節點中的一第二合併節點以及一第三合併節點，其中所述第二合併節點以及所述第三合併節點分別位於所述支撐點中的一第四支撐點與一第五支撐點的所述第一方向上；當所述第三體素的位置的所述多個延伸方向中的至少其中之二上存在所述多個合併節點中的所述第二合併節點以及所述第三合併節點時，所述列印頭根據所述第二支撐點、所述第二合併節點以及所述第三合併節點，向所述第三體素的位置的所述多個延伸方向中的至少其中之二列印所述第一支撐件，其中所述第一支撐件包括所述第二合併節點以及所述第三合併節點；以及當所述處理器判斷所述第三體素的位置的所述多個延伸方向中的至少其中之二上未存在所述多個合併節點中的所述第二合併節點以及所述第三合併節點時，所述列印頭根據所述第二支撐點，向所述第三體素的位置的所述第一方向列印所述第一支撐件，其中所述第一支撐件不包括所述第二合併節點以及所述第三合併節點。
一種立體列印方法，用於一立體列印裝置，所述立體列印裝置用以列印一立體模型以及用以支撐所述立體模型的一支撐件以使得所述立體模型成形於一平台，所述支撐件連接對應於所述立體模型的一支撐點，所述立體列印方法包括：判斷所述支撐件中的一第一支撐件的第一端連接至所述立體模型或所述平台；當所述支撐件中的所述第一支撐件的第一端連接至所述立體模型時，判斷所述第一支撐件的第一端是以一第一類支撐尾連接至所述立體模型；以及在所述第一支撐件的第一端列印所述第一類支撐尾，其中所述第一類支撐尾包括一第一子支撐尾以及一第二子支撐尾，所述第二子支撐尾包括一第一部分以及一第二部分，所述第一子支撐尾連接所述立體模型的表面且所述第一子支撐尾的方向相同於所述立體模型的表面的法向量，所述第一部分的第一端連接位於所述第一子支撐尾上的一連接點使得所述第一部分與所述第一子支撐尾的夾腳呈一第一角度，所述第一部分的第二端連接所述第二部分的第一端，所述第二部分的第二端連接所述立體模型的表面且所述第二部分的方向相同於所述立體模型的表面的法向量。
如申請專利範圍第19項所述的立體列印方法，所述方法還包括，判斷所述支撐件中的一第二支撐件的第一端是以所述第一類支撐尾連接至所述立體模型，其中在所述第一支撐件的第一端列印所述第一類支撐尾的步驟包括：判斷所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分是否與所述第二支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分相連接於一連接點；以及當所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分與所述第二支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分相連接於所述連接點時，列印所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第二部分，其中所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第二部分的第一端連接所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分以及所述第二支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分，且所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第二部分的第二端連接所述立體模型的表面。
如申請專利範圍第19項所述的立體列印方法，其中所述第一子支撐尾的第一端所位於的體素與所述第二子支撐尾的第二部份的第二端所位於的體素位於同一直線上。
一種立體列印裝置，包括：一平台；一列印頭，用以列印一立體模型以及支撐所述立體模型的一支撐件於所述平台，其中所述支撐件連接對應於所述立體模型的一支撐點；以及一處理器，用以：判斷所述支撐件中的一第一支撐件的第一端連接至所述立體模型或所述平台，並且當所述支撐件中的所述第一支撐件的第一端連接至所述立體模型時，判斷所述第一支撐件的第一端是以一第一類支撐尾連接至所述立體模型，在所述第一支撐件的第一端控制所述列印頭列印所述第一類支撐尾，其中所述第一類支撐尾包括一第一子支撐尾以及一第二子支撐尾，所述第二子支撐尾包括一第一部分以及一第二部分，所述第一子支撐尾連接所述立體模型的表面且所述第一子支撐尾的方向相同於所述立體模型的表面的法向量，所述第一部分的第一端連接位於所述第一子支撐尾上的一連接點使得所述第一部分與所述第一子支撐尾的夾腳呈一第一角度，所述第一部分的第二端連接所述第二部分的第一端，所述第二部分的第二端連接所述立體模型的表面且所述第二部分的方向相同於所述立體模型的表面的法向量。
如申請專利範圍第22項所述的立體列印裝置，其中所述處理器還用以：判斷所述支撐件中的一第二支撐件的第一端是以所述第一類支撐尾連接至所述立體模型，並且判斷所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分是否與所述第二支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分相連接於一連接點，並且當所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分與所述第二支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分相連接於所述連接點時，控制所述列印頭列印所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第二部分，其中所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第二部分的第一端連接所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分以及所述第二支撐件中的所述第二子支撐尾的第一部分，且所述第一支撐件中的所述第二子支撐尾的第二部分的第二端連接所述立體模型的表面。
如申請專利範圍第22項所述的立體列印裝置，其中所述第一子支撐尾的第一端所位於的體素與所述第二子支撐尾的第二部份的第二端所位於的體素位於同一直線上。