TWI716703B - 噴墨位置調整方法以及立體列印設備 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種噴墨位置調整方法以及立體列印設備。所述噴墨位置調整方法包括：獲取立體數位模型，對立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的切層物件；自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的法線方向；當法線方向指向第一軸向的負方向時，獲取切層物件所對應的物件表面的表面傾斜程度，並依據表面傾斜程度計算切層物件之噴墨位置的內縮量；依據內縮量與截面輪廓獲取切層物件的噴墨範圍；以及在控制列印模組列印切層物件之後，依據噴墨範圍而控制噴墨模組朝切層物件。

Description

噴墨位置調整方法以及立體列印設備

本發明是有關於一種立體列印的噴墨技術，且特別是有關於一種噴墨位置調整方法以及立體列印設備。

隨著電腦輔助製造（Computer-Aided Manufacturing，CAM）的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型（Rapid Prototyping，RP）技術的統稱，其基本原理都是於列印平台上疊層製造，由快速原型機在水平平面內經由掃描形式於列印平台上依序列印多層切層物件，以使這些切層物件可堆疊形成立體列印物件。以熔融沉積造型（fused deposition modeling，FDM）技術為例，其將成型材料製作成線材，並將成型材料加熱熔融後依據所需形狀／輪廓在成型平台上逐層堆疊構成立體物件。

因應彩色立體列印的需求，目前的立體列印技術還包括可對列印中的立體列印物件執行噴墨操作。也就是說，當立體列印裝置列印這些切層物件時，立體列印裝置可同時針對每一層切層物件進行上色，從而製作出彩色的立體物件。於一種彩色立體列印技術中，立體列印裝置系依據預設噴墨寬度對各個切層物件的輪廓邊緣進行上色，使立體物件的表面呈現色彩。具體而言，當立體列印裝置執行噴墨操作時，噴墨頭將塗布墨水於切層物件之上表面的邊緣部位。

理想上，噴墨頭所噴出的墨水將完全落在切層物件的上表面上。然而，當一切層物件的邊緣部位處於懸空狀態時，下方無支撐的邊緣部位將有輕微垮塌的現象，致使成型後的實際物件邊緣與理想中的物件邊緣發生落差。在此狀況下，由於噴墨頭的噴墨範圍是基於預設噴墨寬度與切層物件的截面輪廓決定，且物件邊緣發生垮塌是處理軟體預期外的事件，因此基於未考量垮塌之噴墨範圍而噴灑出來的墨水可能不完全落在切層物件上，而有墨水外灑於平台或下方物件上的現象發生。圖1繪示對切層物件的邊緣部位進行噴墨操作的範例。如圖1所示，當切層物件L1的邊緣部位處於懸空狀態時，邊緣部位11會有輕微垮塌的現象，使得成型後的實際物件邊緣E1與理想中的物件邊緣E2發生落差。於是，噴墨頭12基於預設噴墨寬度Wk與理想中的物件邊緣E2進行噴灑的墨水將外灑而污染列印中的立體物件或平台。據此，如何設計出一種較佳的彩色立體列印方式，便成為相關技術人員所需思考的議題之一。

本發明提出一種噴墨位置調整方法以及立體列印設備，可依據切層物件所對應的表面傾斜程度調整噴墨位置，以避免墨水外灑的現象發生。

本發明實施例提供一種噴墨位置調整方法，適用於列印彩色立體物件。所述噴墨位置調整方法包括：獲取立體數位模型，對立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的切層物件；自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的法線方向；當法線方向指向第一軸向的負方向時，自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的表面傾斜程度，並依據切層物件所對應的表面傾斜程度計算切層物件之噴墨位置的內縮量；依據內縮量與截面輪廓獲取切層物件的噴墨範圍；以及在控制列印模組列印切層物件之後，依據噴墨範圍而控制噴墨模組朝切層物件且沿截面輪廓進行噴墨。

在本發明的一實施例中，其中自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的法線方向的步驟包括：自立體數位模型獲取切層物件所對應的至少一多邊形網格單元；以及獲取至少一多邊形網格單元的法向量，其中法向量指向立體數位模型的外部。

在本發明的一實施例中，其中所述方法更包括：判斷法線方向是否指向第一軸向的負方向，其中第一軸向垂直於水平面。

在本發明的一實施例中，其中當法線方向指向第一軸向的負方向時，自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的表面傾斜程度，並依據切層物件所對應的表面傾斜程度計算切層物件之噴墨位置的內縮量的步驟包括：計算至少一多邊形網格單元與水平面之間的至少一夾角，以代表表面傾斜程度；以及依據至少一夾角與預設內縮量計算出切層物件之噴墨位置的內縮量。

在本發明的一實施例中，其中依據至少一夾角與預設內縮量計算出切層物件之噴墨位置的內縮量的步驟包括：計算至少一夾角的餘弦值、關聯於參考角度的預設內縮量與調整參數的乘積，以取得內縮量。

在本發明的一實施例中，其中所述調整參數為參考角度之餘弦值的倒數，而參考角度介於0至90度之間。

在本發明的一實施例中，其中至少一多邊形網格單元包括第一多邊形網格單元與第二多邊形網格單元，而計算至少一多邊形網格單元與水平面之間的該至少一夾角的步驟包括：計算第一多邊形網格單元與水平面之間的第一夾角，並計算第二多邊形網格單元與水平面之間的第二夾角。

在本發明的一實施例中，其中依據至少一夾角與預設內縮量計算出切層物件之噴墨位置的內縮量的步驟包括：依據第一夾角與預設內縮量計算出內縮量中的第一內縮量：以及依據第二夾角與預設內縮量計算出內縮量中的第二內縮量。

在本發明的一實施例中，其中依據內縮量與截面輪廓獲取切層物件的噴墨範圍包括：依據內縮量、噴墨寬度與截面輪廓產生噴墨圖像，其中噴墨圖像包括基於內縮量而形成的噴墨範圍。

從另一觀點來看，本發明實施例提出一種立體列印設備，適用於製作彩色立體物件，其包括列印模組、噴墨模組、儲存裝置，以及處理裝置。列印模組包括列印頭，而噴墨模組包括噴墨頭。儲存裝置記錄有多個模組，而處理裝置耦接儲存裝置且經配置而執行所述模組以：獲取立體數位模型，對立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的切層物件；自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的法線方向；當法線方向指向第一軸向的負方向時，自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的表面傾斜程度，並依據切層物件所對應的表面傾斜程度計算切層物件之噴墨位置的內縮量；依據內縮量與截面輪廓獲取切層物件的噴墨範圍；以及在控制列印模組列印切層物件之後，依據噴墨範圍而控制噴墨模組朝切層物件且沿截面輪廓進行噴墨。

基於上述，本發明實施例的噴墨位置調整方法以及立體列印設備，可依據切層物件所對應之表面傾斜程度來決定噴墨位置的內縮量，並依據內縮量平移原始噴墨位置而產生的新噴墨位置。於是，在列印頭列印完切層物件之後，立體列印設備可依據經過調整的噴墨範圍控制噴墨模組朝切層物件且沿截面輪廓進行噴墨，此舉可避免墨水因為切層物件的邊緣垮塌而外灑於位於下方的立體物件上或平台上的情況。

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。

為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。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/步驟，係代表相同或類似部件。

圖2繪示本發明一實施例的立體列印設備的示意圖。參考圖2，立體列印設備20包括列印模組210、噴墨模組220、儲存裝置230，以及處理裝置240。處理裝置240耦接列印模組210、噴墨模組220，以及儲存裝置230。在本實施例中，處理裝置110用以控制列印模組210與噴墨模組220，以執行立體列印操作。

在本實施例中，儲存裝置230可用以儲存資料，其可以是緩衝記憶體、內部儲存媒體、外接式儲存媒體、其他類型儲存裝置或這些裝置的組合。例如，緩衝記憶體可包括隨機存取記憶體、唯讀記憶體或其他類似裝置。例如，內部儲存媒體可包括硬碟（Hard Disk Drive, HDD）、固態硬碟（Solid State Disk）、快閃（flash）儲存裝置或其他類似裝置。例如，外接式儲存媒體可包括外接式硬碟、USB隨身碟（USB drive）、雲端硬碟或其他類似裝置。在一實施例中，儲存裝置230更可用以儲存多個模組，這些模組可以是軟體程式，以使處理裝置240可讀取或執行這些模組，以實現本發明各實施例所述之噴墨位置調整方法。

在本實施例中，處理裝置240可包括處理晶片、影像處理晶片，或者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）、其他類似處理電路或這些裝置的組合。

在本實施例中，處理裝置240可基於立體數位模型控制列印模組210與噴墨模組220進行立體列印操作以及噴墨操作。舉例而言，立體列印操作包括藉由列印模組210饋出成型材料於成型平台上。另一方面，噴墨模組220可對成型平台上已固化或固化中的成型材料進行噴墨操作。此外，所屬技術領域通常知識者應當知曉立體列印設備20還可以包括其餘用以與列印模組210與噴墨模組220共同完成立體列印操作與噴墨操作的構件（例如，成型平台、供料管線、噴墨管線、列印頭連動機構、驅動馬達等等）。

值得一提的是，在一實施例中，立體列印設備20可包括電腦主機與具備列印模組210與噴墨模組220的立體列印機，而處理裝置240可實施為電腦主機的處理器與立體列印機的處理器與/或控制器。例如，立體列印設備20可以是由筆記型電腦或桌上型電腦與立體列印機而構成，本發明不在此設限。在另一實施例中，立體列印設備20也可以是具備處理立體數位模型之能力的立體列印機，而處理裝置240可實施為立體列印機的處理器與/或控制器，本發明不在此設限。

圖3是依照圖2實施例的立體列印設備的示意圖。請參照圖3，列印模組210可包括列印頭210a，而噴墨模組220可包括噴墨頭220a，在此同時提供直角座標系以便於描述相關構件及其運動狀態。成型平台250包括一承載面S1，用以承載列印中的彩色立體物件80。成型平台250設置於列印頭210a與噴墨頭220a的下方。

詳細而言，在本實施例中，處理裝置240可獲取一立體數位模型，其中立體數位模型符合多邊形檔案（Polygon File Format，PLY）、STL檔案或OBJ檔案等等的三維檔案格式。在上述三維檔案格式中的立體模型是由多個多邊形網格單元（Mesh）所組成，並且每一個多邊形網格單元是由多個端點而構成，其中這些端點各別具有不同座標。在本實施例中，處理裝置240可用以對立體數位模型進行切層處理而獲取多個切層物件，以取得各個切層物件的切層資訊。上述切層資訊包括切層物件的截面輪廓與噴墨範圍等等。處理裝置240可依據上述切層資訊來控制立體列印設備20，以使立體列印設備20逐層產生多個切層物件並逐層上色這些切層物件。

在本實施例中，立體列印設備20以熔融沉積造型（FDM）技術來列印立體物件80。亦即，列印頭210a經配置以沿著XY面移動並沿著XY面的法線方向（Z軸向）移動，成型材F1經由供料管線進入列印頭210a而受熱熔融，再經由列印頭210a擠出而逐層成型於成型平台250的承載面S1上而形成多個切層物件（圖3係以切層物件80a、80c為例）。如此，逐層成型的切層物件80a、80c在承載面S1上彼此堆疊而形成立體物件80。具體而言，成型材F1可由適用於熔絲製造式（Fused Filament Fabrication, FFF）、熔化壓模式（Melted and Extrusion Modeling）等製作方法的熱熔性材料所構成，本發明對此不限制。

在本實施例中，噴墨頭220a將墨水I1逐層噴塗於各切層物件80a、80c的輪廓邊緣部位上，以讓墨水I1疊覆於切層物件80a、80c的上表面。因此，噴墨頭220a可包括墨水匣220b，其中墨水匣220b用以盛裝墨水I1，而噴墨頭220a依據處理裝置240的控制將墨水匣220b內的墨水I1噴塗至切層物件80a、80c上，以對切層物件80a、80c的邊緣部位進行上色。雖然圖3僅繪示一個墨水匣220b，但本發明並不限制墨水匣的數量與墨水的顏色數量。舉例而言，噴墨模組220可包括4個分別呈裝不同顏色（例如，黃色(Y)、洋紅色(M)、青色(C)、黑色(K)）的墨水匣，與對應的4個噴墨頭。

如此配置，在列印頭210a於成型平台250上方列印切層物件80a後可透過噴墨頭220a噴塗墨水於切層物件80a的上表面，以對切層物件80a的邊緣部位進行上色。之後，列印頭210a於成型平台250上方列印另一層切層物件80c後可透過噴墨頭220a噴塗墨水於切層物件80c的上表面，以對切層物件80c的邊緣部位進行上色。可知的，藉由重複交互執行立體列印操作與噴墨操作，被上色的多個切層物件將依序堆疊而構成彩色立體物件。

需說明的是，於本發明的實施例中，立體列印設備20可依據一預設噴墨寬度對各個切層物件的輪廓邊緣進行噴墨操作，使立體物件的表面呈現色彩。詳言之，當噴墨模組220對切層物件進行上色時，噴墨模組220是沿著切層物件的截面輪廓而於XY面上移動，以將墨水I1塗布於切層物件的截面外緣。藉由對各個切層物件的截面外緣進行上色，使得最終成型之彩色立體物件的外表面可呈現出多樣化的色彩。亦即，針對各個切層物件的噴墨範圍是基於切層物件的截面輪廓與噴墨寬度而決定。更詳細而言，處理裝置240可依據切層物件的截面輪廓而預先產生對應至各個切層物件的噴墨圖像，以依據這些噴墨圖像控制噴墨模組220於XY平面上進行噴墨操作。特別的是，於本發明的實施例中，基於各切層物件之截面輪廓而定的噴墨位置可依據切層物件所對應的表面傾斜程度而平移，且用以平移噴墨位置的內縮量是依據切層物件所對應的表面傾斜程度而決定。

圖4是依據本發明一實施例的彩色立體列印方法的流程圖。本實施例的方法適用於圖2與圖3的立體列印設備20，以下即搭配立體列印設備20中的各構件說明本實施例噴墨位置調整方法的詳細步驟。

於步驟S401，處理裝置240獲取立體數位模型，對立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的切層物件。具體而言，立體數位模型（例如STL檔案）將經過進一步的編譯與計算而轉檔為用以執行彩色立體列印功能的相關資訊。首先，處理裝置240對立體數位模型進行切層處理而產生多個切層物件。一般來說，立體數位模型用固定間隔的多個切層平面切割立體數位模型，以提取這些切層物件的截面輪廓。於此，用以切割立體數位模型的切割間隔可視為切層物件的切層厚度。

接著，於步驟S402，處理裝置240自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的法線方向。於一實施例中，依據立體數位模型之多邊形網格單元的法向量，處理裝置240可獲取物件表面的法線方向。更進一步而言，處理裝置240可自立體數位模型獲取切層物件所對應的至少一多邊形網格單元，並獲取此切層物件所通過之至少一多邊形網格單元的法向量。基於STL檔之多邊形網格單元的定義，多邊形網格單元的法向量指向立體數位模型的外部，且多邊形網格單元的法向量依據右手定則而定義。

具體而言，在執行切層處理而獲取多個切層物件之後，處理裝置240可進一步取得此切層物件所對應之多個多邊形網格單元，亦即取得與此切層物件之切層平面相交的多邊形網格單元，並接著取得切層物件所對應之多邊形網格單元的法向量。可知的，當物體表面的法線方向朝下（朝負Z軸方向）時，代表物體表面朝下，而切層物件的邊緣部位將處於懸空狀態。換言之，為了產生物體表面向下的形狀，上層切層物件的邊緣將超出下層切層物件的邊緣。

因此，於本發明的實施例中，處理裝置240更判斷物體表面的法線方向是否指向第一軸向（亦即Z軸）的負方向，其中第一軸向垂直於水平面（亦即XY平面）。具體而言，藉由判斷切層物件所對應之多邊形網格單元的法向量的Z軸分量是正或負，處理裝置240可判斷出物體表面的法線方向是否指向Z軸的負方向。若切層物件所對應之多邊形網格單元的法向量的Z軸分量是負，則處理裝置240可判斷出物體表面的法線方向指向Z軸的負方向。以一個三角型網格單元為例，其三的端點的座標分別為(-10,10,10)、(10,10,10)、(0,0,0)，則此三角型網格單元的法向量為(0,1,-1)。由於法向量為(0,1,-1)的Z軸分量為負，則處理裝置240可判斷此三角型網格單元對應之物體表面的法線方向指向Z軸的負方向。

接著，於步驟S403，當法線方向指向第一軸向的負方向時，處理裝置240自立體數位模型獲取切層物件所對應的物件表面的表面傾斜程度，並依據切層物件所對應的表面傾斜程度計算切層物件之噴墨位置的內縮量。於步驟S404，處理裝置240依據內縮量與截面輪廓獲取切層物件的噴墨範圍。具體而言，處理裝置240依據內縮量、噴墨寬度與截面輪廓產生噴墨圖像，其中噴墨圖像包括基於內縮量而形成的噴墨範圍。詳細而言，於本發明的實施例中，處理裝置240可依據切層物件的截面輪廓與預設噴墨寬度決定原始噴墨範圍，此原始噴墨範圍將貼合切層處理所產生之切層物件的截面輪廓。當法線方向指向第一軸向的負方向時，在決定切層物件之噴墨位置的內縮量之後，處理裝置240依據內縮量調整原始噴墨範圍而產生新原始噴墨範圍，其中新原始噴墨範圍將不再貼合切層處理所產生之切層物件的截面輪廓。

舉例而言，請一併參照圖5A與圖5B，圖5A與圖5B是本發明一實施例的決定理想噴墨範圍的示意圖。假設處理裝置240獲取立體數位模型51，且立體數位模型51為一個球面向下的半球體。處理裝置240可先依據同一切層厚度對立體數位模型51進行切層處理而獲取多個切層物件52(1)、52(2)、…、52(n-1)、52(n)，其中n為大於0的整數。於是，處理裝置240可藉由切層處理而獲取切層物件52(1)～52(n)的截面輪廓。於本範例中，由於立體數位模型51為一個半球體，因此切層物件52(1)～52(n)的截面輪廓分別為半徑不同的圓形輪廓，且同一切層物件之多邊型網格單元所對應的表面傾斜程度為一致的。

以切層物件52(2)為例。由於切層物件52(2)所對應的物件表面的法線方向指向第一軸向（Z軸）的負方向，處理裝置240將自立體數位模型獲取切層物件52(2)所對應的物件表面的表面傾斜程度T1。之後，如圖5B所示，處理裝置240可依據切層物件52(2)之物件表面所對應的表面傾斜程度T1計算內縮量Ws1。處理裝置240依據內縮量Ws1將原始噴墨範圍F1（其由各多邊型網格單元所對應的原始噴墨分段組成）內移而產生新噴墨範圍F2。

另以切層物件52(n-1)為例。由於切層物件52(n-1)所對應的物件表面的法線方向指向第一軸向（Z軸）的負方向，處理裝置240將自立體數位模型獲取切層物件52(n-1)所對應的物件表面的表面傾斜程度T2。之後，如圖5B所示，處理裝置240可依據切層物件52(n-1)之物件表面所對應的表面傾斜程度T2計算內縮量Ws2。處理裝置240依據內縮量Ws2將原始噴墨範圍F3(其由各多邊型網格單元所對應的原始噴墨分段組成)內移而產生新噴墨範圍F4。

需說明的是，由於切層物件52(2)之物體表面所對應的表面傾斜程度T1與切層物件52(n-1)之物體表面所對應的表面傾斜程度T2彼此相異，因此內縮量Ws1相異於內縮量Ws2。於此，由於切層物件52(n-1)之物體表面所對應的表面傾斜程度T2相較於切層物件52(2)之物體表面所對應的表面傾斜程度T1更為陡峭，因此內縮量Ws2小於內縮量Ws1。亦即，於一實施例中，對於每一層切層物件而言，噴墨位置是否內縮與對應的內縮量是可以個別決定的。

之後，於步驟S405，在控制列印模組210列印切層物件之後，處理裝置240依據噴墨範圍而控制噴墨模組220朝切層物件且沿截面輪廓進行噴墨。請參照圖5B，處理裝置240依據內縮量Ws1產生噴墨圖像Img1，因此噴墨模組220可依據噴墨圖像Img1所記錄之噴墨範圍F2的像素位置與顏色特徵值，而將墨水I1噴塗於切層物件52(2)上。處理裝置240依據內縮量Ws2產生噴墨圖像Img2，因此噴墨模組220可依據噴墨圖像Img2所記錄之噴墨範圍F4的像素位置與顏色特徵值，而將墨水I1噴塗於切層物件52(n-1)上。

然而，圖5A與圖5B僅為用以示範性說明，並非用以限定本發明。所屬技術領域通常知識者在參照圖5A與圖5B之說明之後，而可獲致足夠的教示、建議推知如何針對其他形狀的立體數位模型進行相似的處理。

以下將列舉實施例以示範性說明如何取得切層物件所對應的物件表面的表面傾斜程度。於一實施例中，立體數位模型是由多個多邊形網格單元（Mesh）所組成，並且每一個多邊形網格單元具有多個端點，其中這些端點各別具有不同座標。舉例而言，這些多邊形網格單元一般為三角網格單元，其可視為由三個端點而形成的三角面。當執行切層處理時，用以進行切層處理的某一切層平面將通過立體數位模型的部份多邊形網格單元，從而提取出切層物件的截面輪廓。於是，於一實施例中，處理裝置240可自立體數位模型獲取切層物件所對應的至少一多邊形網格單元。之後，處理裝置240可計算至少一多邊形網格單元與水平面之間的至少一夾角，以代表切層物件所對應的表面傾斜程度。具體而言，依據多邊形網格單元的端點的座標，處理裝置240可計算出多邊形網格單元與水平面之間的夾角。

請參照圖6，圖6是本發明一實施例的多邊形網格單元與水平面之間的夾角的示意圖。假設切層物件對應至由端點V1、V2、V3所構成的三角形網格單元M1，處理裝置240將計算此三角形網格單元M1與水平面HP之間的夾角，以獲取代表物體表面之表面傾斜程度的夾角。水平面HP可視為XY平面。進一步而言，當利用水平面HP進行切層處理時，水平面HP與三角形網格單元M1相交於交點V7與交點V8，而交點V7與交點V8之間的直線Ln1可構成截面輪廓的一部分。三角形網格單元M1與水平面HP之間的夾角θ1即為由頂點V1至兩交點V7、V8所構成之三角平面與水平面HP之夾角。三角形網格單元M1與水平面HP之間的夾角θ1可由以下方式求得。過端點V1取得一條與直線Ln1（交點V7與交點V8之間的連線）垂直的垂線LA，而此垂線LA與直線Ln1交於垂足點V9。接著，過垂足點V9取得一條與直線Ln1垂直且位於水平面HP上的另一垂線LB，則夾角θ1可由垂線LA與垂線LB之間的夾角求得。然而，兩垂線之間的夾角可包括介於0~90度的第一夾角與介於90~180度的第二夾角，於本發明實施例是皆以介於0~90度的第一夾角作為三角形網格單元M1與水平面HP之間的夾角。需注意的是，處理裝置240也可針對同一切層物件計算另一個三角形網格單元與水平面HP之間的夾角，以獲取代表物體表面之表面傾斜程度的另一個夾角。亦即，對於同一切層物件而言，此切層物件可對應至多個不同的夾角。換言之，對於同一切層物件而言，由於立體數位模型的形狀是不規則的，因此單一切層物件將可能對應至多個不同的表面傾斜程度。

如同前述，當利用水平面HP進行切層處理時，水平面HP與三角形網格單元M1相交於交點V7與交點V8，而交點V7與交點V8之間的直線Ln1為截面輪廓的部分區段。基此，處理裝置240可針對對應至三角形網格單元M1的截面輪廓的部分區段計算出內縮量。亦即，由於同一切層平面可通過不同的多個三角形網格單元，因此針對同一切層物件，處理裝置240可據以計算出對應至截面輪廓之不同輪廓區段的多個內縮量。

於一實施例中，在獲取用以代表表面傾斜程度的至少一夾角之後，處理裝置240可依據多邊形網格單元與水平面之間的至少一夾角與預設內縮量計算出切層物件之噴墨位置的內縮量。在一實施例中，處理裝置240可依據下列公式(1)而計算出切層物件之噴墨位置的內縮量。

公式(1) 其中，Ws_ideal 代表內縮量，θ代表多邊形網格單元與水平面之間的夾角，Wd代表預設內縮量，R1代表調整參數。參照公式(1)，處理裝置240計算至少一夾角的餘弦值、預設內縮量與調整參數的乘積以取得內縮量。此預設內縮量與調整參數可依據實際需求而設計之。可知的，內縮量將隨著多邊形網格單元與水平面之間的夾角的減少而增加，內縮量將隨著多邊形網格單元與水平面之間的夾角的增加而減少。換言之，處理裝置240系依據多邊形網格單元與水平面之間的夾角來決定對應的內縮量。

此外，於一實施例中，預設內縮量可經配置以對應至一個參考角度，而調整參數可為參考角度之餘弦值的倒數，而此參考角度介於0至90度之間。舉例而言，假設參考角度為45度，且預設內縮量是對應至45度的參考量，例如是0.5釐米，則公式(1)可進一步設置為公式(2)。

公式(2) 其中，Ws_ideal 代表內縮量，θ代表多邊形網格單元與水平面之間的夾角(例如是圖6所示的夾角θ1)，Wd代表預設內縮量，θ_r 代表參考角度。在此情況下，依據公式(2)可知，當多邊形網格單元與水平面之間的夾角θ等於參考角度（45度）時，處理裝置240計算出來的內縮量Ws_ideal 等於預設內縮量Wd。

需說明的是，公式(1)與公式(2)的計算方式僅為本發明的一種實施方式。於其他實施例中，處理裝置240例如可基於代表表面傾斜程度的夾角而利用預設的查找表進行查表動作，進而獲取對應的內縮量。舉例而言，若代表表面傾斜程度的夾角位於一第一預設角度範圍內，則處理裝置可依據查找表而直接獲取對應至第一預設角度範圍的內縮量。若代表表面傾斜程度的夾角位於一第二預設角度範圍內，則處理裝置可依據查找表而直接獲取對應至第二預設角度範圍的內縮量。於此，第一預設角度範圍相異於第二預設角度範圍。

此外，基於前述可知，對於形狀不規則的立體數位模型而言，同一切層物件也可能對應至不同的表面傾斜程度。亦即，切層物件所對應的多個多邊形網格單元與水平面之間的角度並不相同。在此情況下，切層物件所對應的多邊形網格單元可包括第一多邊形網格單元與第二多邊形網格單元。於一實施例中，處理裝置240將計算第一多邊形網格單元與水平面之間的第一夾角，並計算第二多邊形網格單與水平面之間的第二夾角。接著，處理裝置240依據第一夾角與預設內縮量計算出內縮量中的第一內縮量，並依據第二夾角與預設內縮量計算出內縮量中的第二內縮量。亦即，對於同一切層物件而言，可能對應至多種不同的內縮量。一般來說，類似體積大小之兩立體數位模型，其中較複雜或較不規則之模型會較另一模型具有較多但較小面積之多邊形網格單元，即可對應至較多之不同內縮量。

圖7是本發明一實施例的噴墨位置調整方法的流程圖，其詳細實施細節可參照前述圖2至圖6實施例的說明。請參照圖7，於步驟S701，獲取立體數位模型，對立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的切層物件。於步驟S702，自立體數位模型獲取切層物件所對應的至少一多邊形網格單元。於步驟S703，獲取至少一多邊形網格單元的法向量。於步驟S704，依據至少一多邊形網格單元的法向量，判斷法線方向是否指向第一軸向的負方向。於步驟S705，當法線方向是否指向第一軸向的負方向，計算至少一多邊形網格單元與水平面之間的至少一夾角，以代表表面傾斜程度。於步驟S706，依據至少一夾角與預設內縮量計算出切層物件之噴墨位置的內縮量。於步驟S707，依據內縮量、噴墨寬度與截面輪廓產生噴墨圖像，其中噴墨圖像包括基於內縮量而形成的噴墨範圍。於步驟S708，在控制列印模組列印切層物件之後，依據噴墨範圍而控制噴墨模組朝切層物件且沿截面輪廓進行噴墨。

綜上所述，本發明實施例的噴墨位置調整方法以及立體列印設備，可依據切層物件所對應之表面傾斜程度來決定噴墨位置的內縮量，並依據內縮量平移原始噴墨位置而產生的新噴墨位置。於是，在列印頭列印完切層物件之後，立體列印設備可依據經過調整的噴墨範圍控制噴墨模組朝切層物件且沿截面輪廓進行噴墨，此舉可避免墨水因為切層物件的邊緣垮塌而外灑於位於下方的立體物件上或平台上的情況。因此，本發明的立體列印設備可明顯提昇彩色立體列印的列印品質。

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。

L1、80a、80c、52(1)、52(2)、52(n-1)、52(n)‧‧‧切層物件E1‧‧‧實際物件邊緣E2‧‧‧理想中的物件邊緣11‧‧‧邊緣部位12‧‧‧噴墨頭20‧‧‧立體列印設備210‧‧‧列印模組220‧‧‧噴墨模組230‧‧‧儲存裝置240‧‧‧處理裝置210a‧‧‧列印頭220a‧‧‧噴墨頭220b‧‧‧墨水匣S1‧‧‧承載面80‧‧‧立體物件F1‧‧‧成型材I1‧‧‧墨水S401～S405、S701～S708‧‧‧步驟51‧‧‧立體數位模型T1、T2‧‧‧表面傾斜程度F1、F2‧‧‧原始噴墨範圍F3、F4‧‧‧新噴墨範圍Img1、Img2‧‧‧噴墨圖像M1‧‧‧三角形網格單元V1、V2、V3‧‧‧端點HP‧‧‧水平面

圖1繪示對切層物件的邊緣部位進行噴墨操作的範例。 圖2是依照本發明一實施例的立體列印設備的方塊圖。 圖3是依照圖2實施例的立體列印設備的示意圖。 圖4是依照本發明一實施例的噴墨位置調整方法的流程圖。 圖5A與圖5B是本發明一實施例的決定理想噴墨範圍的示意圖。 圖6是本發明一實施例的多邊形網格單元與水平面之間的夾角的示意圖。 圖7是本發明一實施例的噴墨寬度調整方法的流程圖。

S401、S402、S403、S404、S405‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種噴墨位置調整方法，適用於列印一彩色立體物件，所述噴墨位置調整方法包括：獲取一立體數位模型，對該立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的一切層物件；自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的物件表面的一法線方向；當該法線方向指向第一軸向的負方向時，自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的物件表面的一表面傾斜程度，並依據該切層物件所對應的該表面傾斜程度計算該切層物件之噴墨位置的內縮量；依據該內縮量與該截面輪廓獲取該切層物件的噴墨範圍；以及在控制一列印模組列印該切層物件之後，依據該噴墨範圍而控制一噴墨模組朝該切層物件且沿該截面輪廓進行噴墨；其中依據該內縮量與該截面輪廓獲取該切層物件的噴墨範圍包括：依據該內縮量、一噴墨寬度與該截面輪廓產生一噴墨圖像，其中該噴墨圖像包括基於該內縮量而形成的該噴墨範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述的噴墨位置調整方法，其中自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的物件表面的該法線方向的步驟包括：自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的至少一多邊形網 格單元；以及獲取該至少一多邊形網格單元的法向量，其中該法向量指向該立體數位模型的外部。
3. 如申請專利範圍第2項所述的噴墨位置調整方法，其中所述方法更包括：判斷該法線方向是否指向該第一軸向的負方向，其中該第一軸向垂直於一水平面。
4. 如申請專利範圍第2項所述的噴墨位置調整方法，其中當該法線方向指向該第一軸向的負方向時，自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的物件表面的該表面傾斜程度，並依據該切層物件所對應的該表面傾斜程度計算該切層物件之噴墨位置的該內縮量的步驟包括：計算該至少一多邊形網格單元與一水平面之間的至少一夾角，以代表該表面傾斜程度；以及依據該至少一夾角與一預設內縮量計算出該切層物件之噴墨位置的內縮量。
5. 如申請專利範圍第4項所述的噴墨位置調整方法，其中依據該至少一夾角與該預設內縮量計算出該切層物件之噴墨位置的該內縮量的步驟包括：計算該至少一夾角的餘弦值、該預設內縮量與一調整參數的乘積，以取得該內縮量。
6. 如申請專利範圍第5項所述的噴墨位置調整方法，其中該預設內縮量對應至一參考角度，該調整參數為該參考角度之餘弦值的倒數，而該參考角度介於0至90度之間。
7. 如申請專利範圍第4項所述的噴墨位置調整方法，其中該至少一多邊形網格單元包括一第一多邊形網格單元與一第二多邊形網格單元，而計算該至少一多邊形網格單元與該水平面之間的該至少一夾角的步驟包括：計算該第一多邊形網格單元與該水平面之間的一第一夾角，並計算該第二多邊形網格單元與該水平面之間的一第二夾角。
8. 如申請專利範圍第7項所述的噴墨位置調整方法，其中依據該至少一夾角與該預設內縮量計算出該切層物件之該噴墨位置的該內縮量的步驟包括：依據該第一夾角與該預設內縮量計算出該內縮量中的第一內縮量：以及依據該第二夾角與該預設內縮量計算出該內縮量中的第二內縮量。
9. 一種立體列印設備，適用於列印一彩色立體物件，包括：一列印模組，包括一列印頭；一噴墨模組，包括一噴墨頭；一儲存裝置，記錄有多個模組；以及一處理裝置，耦接該儲存裝置且經配置而執行該些模組以： 獲取一立體數位模型，對該立體數位模型進行切層處理而產生具有截面輪廓的一切層物件；自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的物件表面的一法線方向；當該法線方向指向第一軸向的負方向時，自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的物件表面的一表面傾斜程度，並依據該切層物件所對應的該表面傾斜程度計算該切層物件之噴墨位置的一內縮量；依據該內縮量與該截面輪廓獲取該切層物件的噴墨範圍；以及在控制一列印模組列印該切層物件之後，依據該噴墨範圍而控制一噴墨模組朝該切層物件且沿該截面輪廓進行噴墨，其中該處理裝置經配置以：依據該內縮量、一噴墨寬度與該截面輪廓產生一噴墨圖像，其中該噴墨圖像包括基於該內縮量而形成的該噴墨範圍。
10. 如申請專利範圍第9項所述的立體列印設備，其中該處理裝置經配置以：自該立體數位模型獲取該切層物件所對應的至少一多邊形網格單元；以及獲取該至少一多邊形網格單元的法向量，其中該法向量指向該立體數位模型的外部。
11. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印設備，其中該處理裝置經配置以：判斷該法線方向是否指向該第一軸向的負方向，其中該第一軸向垂直於一水平面。
12. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印設備，其中該處理裝置經配置以：計算該至少一多邊形網格單元與一水平面之間的至少一夾角，以代表該表面傾斜程度；以及依據該至少一夾角與一預設內縮量計算出該切層物件之噴墨位置的該內縮量。
13. 如申請專利範圍第12項所述的立體列印設備，其中該處理裝置經配置以：計算該至少一夾角的餘弦值、該預設內縮量與一調整參數的乘積，以取得該內縮量。
14. 如申請專利範圍第13項所述的立體列印設備，其中該預設內縮量對應至一參考角度，該調整參數為該參考角度之餘弦值的倒數，而該參考角度介於0至90度之間。
15. 如申請專利範圍第12項所述的立體列印設備，其中該至少一多邊形網格單元包括一第一多邊形網格單元與一第二多邊形網格單元，該處理裝置經配置以：計算該第一多邊形網格單元與該水平面之間的一第一夾角，並計算該第二多邊形網格單元與該水平面之間的一第二夾角。
16. 如申請專利範圍第15項所述的立體列印設備，其中該處理裝置經配置以：依據該第一夾角與該預設內縮量計算出該內縮量中的第一內縮量：以及依據該第二夾角與該預設內縮量計算出該內縮量中的第二內縮量。

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