一种具有悬空结构的3D物体的打印方法及装置与流程

本发明涉及3d物体快速成型技术领域，尤其涉及一种具有悬空结构的3d物体打印方法及装置。

背景技术：

快速成型技术又称快速原型制造技术或加式制造技术，其基本原理都是基于3d模型切片后经过数据处理最终采用逐层加工堆积的方式制作3d物体。

根据目标3d物体的形状差异其具体制作过程存在差别，第一种方式为：目标3d物体制作过程中仅使用成型材料进行每一层的打印，后一层成型材料叠加在前一层成型材料上，最终制作出目标3d物体；第二种方式为：在目标3d物体制作过程中存在后一层架空前一层的现象，即目标3d物体具有悬空结构，为了将目标3d物体准确的打印出来此时在打印过程中不仅需要成型材料打印目标物体还需要使用支撑材料打印支撑结构为对应的层提供支撑。然而，支撑结构的作用在于填充到悬空结构中提供支撑，在目标3d物体打印完成后支撑结构必须从目标3d物体上移除，且在移除过程中必须确保不损坏目标3d物体本身的结构。

现有技术中，当目标3d物体存在悬空结构时，则需要采用第二种方式打印，在具体的打印过程中，主要在成型材料和支撑材料的性能差异上考虑，例如存在如下几种解决方式：

解决方式一为：成型材料选择非水溶性的材料、支撑材料选择水溶性的材料，待目标3d物体打印完成后将目标3d物体置于水中，支撑结构在水中慢慢溶解最终从目标3d物体上移除，如美国专利us6569373b2、us9138981b1和us8460451b2等，然而使用该方法移除支撑结构的不足之处在于：一方面支撑结构在水中溶解速度相对较慢，另一方面浪费水资源且具有污染水体的风险。

解决方式二为：支撑材料选择能在特定溶剂中溶解的材料，待目标3d物体打印完成后将目标物体置于该特定溶剂中，支撑结构在溶剂中慢慢溶解最终从3d物体上移除，如美国专利us7479510b等，然而使用该方法移除支撑结构的不足之处为支撑结构在溶剂中溶解速度相对较慢，另一方面使用有机溶剂容易造成环境污染。

解决方式三为：成型材料和支撑材料选择具有不同熔点的温度固化材料其中支撑材料的熔点低于成型材料，如选择不同熔点的蜡材料，待目标3d物体打印完成后将目标3d物体置于升温环境中，待温度升高至支撑材料熔点范围内时支撑结构慢慢溶解最终从目标3d物体上移除，如美国专利us7399796b2、us857525882等，然而使用温度固化材料进行喷墨打印时对整个墨路系统的温控要求较高，否则温度过低材料粘度增大流动性变差甚至堵塞打印头。

解决方式四为：支撑材料选择机械性能不同于成型材料的材料，如支撑材料的强度和/或硬度比成型材料更低，或支撑材料比成型材料更脆等，待目标3d物体被打印完成后使用机械力将支撑结构移除，然而由于支撑结构在目标物体的打印过程中为目标物体提供支撑，其更低的强度和/或硬度难以支撑起整个目标物体，容易导致目标物体变形影响成型精度，或支撑材料的脆性更高，在支撑过程中支撑结构容易开裂，从而影响目标物体的成型精度。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，根据本发明的一个方面，一种具有悬空结构的3d物体打印方法，通过多个层支撑成果和多个层打印成果相互叠加的方式打印3d物体，包括如下步骤：

a.基于界面层数据使用一种界面层材料打印界面层，基于非界面层数据使用一种非界面层材料打印非界面层，至少部分所述层支撑成果由所述界面层和所述非界面层组成，所述界面层将所述非界面层与所述层打印成果隔离；

其中，所述层打印成果使用成型材料打印，且相互接触的所述界面层材料和所述成型材料的物理性质不同，所述界面层材料的物理性质与所述非界面层材料的物理性质不同；

b.重复所述步骤a形成多个所述层支撑成果和多个所述层打印成果，且多个所述层打印成果和多个所述层支撑成果相互叠加形成3d物体。

优选地，在所述3d物体中，所述界面层材料的总量小于所述非界面层材料的总量。

优选地，在由所述界面层和所述非界面层组成的所述层支撑成果中，所述界面层材料的总量小于所述非界面层材料的总量。

优选地，多个所述界面层将所述层打印成果与多个所述非界面层隔离，多个所述界面层连续分布，多个所述非界面层也连续分布。

优选地，多个所述界面层使用一种所述界面层材料打印，多个所述非界面层使用一种所述非界面层材料打印。

优选地，多个所述界面层使用多种所述界面层材料打印，多个所述非界面层使用多种所述非界面层材料打印。

优选地，相互接触的所述界面层材料和所述成型材料的物理性质以及所述非界面层材料的物理性质为机械性能。

优选地，所述机械性能为强度或者硬度。

优选地，相互接触的所述界面层材料的机械性能小于所述成型材料的机械性能。

优选地，所述界面层材料的机械性能小于所述非界面层材料的机械性能。

优选地，所述层支撑成果通过机械力撞击的方式去除。

优选地，所述机械力撞击的方式为水流冲击或者超声波振动或者手工剥离。

优选地，在所述步骤a之前包括如下步骤：

a1.将所述目标物体进行分层并获取每层的层打印数据，所述层打印数据至少包括层成型数据，所述层成型数据用于打印所述层打印成果。

优选地，所述层打印数据还包括所述界面层数据或所述层打印数据还包括所述界面层数据和所述非界面层数据。

优选地，所述层成型数据包括层成型结构数据和层成型非结构数据，所述界面层数据包括界面层结构数据和界面层非结构数据，所述非界面层数据包括非界面层结构数据和非界面层非结构数据。

优选地，所述层成型非结构数据包括层成型色彩数据和/或层成型材料性质数据，所述界面层非结构数据包括界面层色彩数据和/或界面层材料性质数据，所述非界面层非结构数据包括非界面层色彩数据和/或非界面层材料性质数据。

优选地，所述成型材料、所述界面层材料以及所述非界面层材料均为光固化材料。

根据本发明的另一方面，还提供一种具有悬空结构的3d物体打印装置，包括：

处理终端，其用于将所述目标物体进行分层并获取每层的层打印数据；

喷涂装置，所述喷涂装置设置有至少一个成型材料出口、至少一个界面层材料出口和至少一个非界面层材料出口；

驱动控制器，其基于所述层打印数据控制所述喷涂装置执行打印动作。

优选地，所述喷涂装置为打印头，所述成型材料出口为所述打印头的成型材料通道，每个所述成型材料通道设置有多个成型材料喷孔，所述界面层材料出口为所述打印头的界面层材料通道，每个所述界面层材料通道设置有多个界面层材料喷孔，所述非界面层材料出口为所述打印头的非界面层材料通道，每个所述非界面层材料通道设置有多个非界面层材料喷孔。

优选地，还包括光固化源，所述光固化源用于固化所述成型材料、所述界面层材料以及所述非界面层材料。

优选地，所述光固化源为uv光源、红外光源或电子束。

优选地，还包括校平机构，其用于对所述层打印成果、所述界面层以及所述非界面层校平。

本发明提供的打印具有悬空结构3d物体的方法，将支撑结构成果分为界面层和非界面层，并且使用一种界面层材料打印界面层，使用一种非界面层材料打印非界面层，只要界面层能够与成型材料剥离，则非界面层自然与成型材料分离，这样，通过调整界面层材料的种类可以达到提高剥离速度、环保、降低剥离条件等有益效果，通过调整非界面层材料的种类可以达到提高支撑效果、改善3d物体尺寸精度等有益效果。因此，使用本发明的打印方法能够打印出高精度的具有复杂结构的3d物体。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本发明的一个具体实施方式的，一种具有悬空结构的3d物体的打印方法的流程图；

图2示出了本发明的第一实施例的，一种具有悬空结构的3d物体的平面结构示意图；

图3示出了本发明的第一实施例的，未移除支撑结构的具有悬空结构的3d物体的结构示意图；

图4示出了本发明的第一实施例的，具有悬空结构的3d物体的某一层的放大结构示意图；

图5示出了本发明的第二实施例的，另一种具有悬空结构的3d物体的打印方法的流程图；以及

图6和图7示出了本发明的另一具体实施方式的，一种制作具有悬空结构的3d物体的打印装置的示意图。

具体实施方式

本领域技术人员理解，本发明提供的打印方法，优选地通过逐层打印的方式制成3d物体，具体地，通过逐层打印层打印成果和层支撑成果，并将打印出的多个层支撑成果和多个层打印成果相互叠加的方式制成所述3d物体，所述层打印成果可以结合现有技术使用成型材料打印，所述层支撑成果结合本发明提供的打印方法打印，具体详见之后的描述。

进一步地，图1示出了本发明的具体实施方式的，一种具有悬空结构的3d物体的打印方法，包括如下步骤：

首先执行步骤s101，基于界面层数据使用一种界面层材料打印界面层，基于非界面层数据使用一种非界面层材料打印非界面层，至少部分所述层支撑成果由所述界面层和所述非界面层组成，所述界面层将所述非界面层与所述层打印成果隔离。具体地，所述界面层数据包括界面层结构数据和界面层非结构数据，优选地，所述界面层结构数据对应空间坐标的数据，所述界面层非结构数据对应界面层材料的种类数据，例如所述界面层材料为不同颜色的材料，则所述界面层非结构数据为色彩值数据，又例如，所述界面层材料为不同性质的材料，则所述界面层非结构数据为材料性质数据。更为具体地，所述界面层数据与众多界面层像素点是相关联的，例如，在打印一个所述界面层时，所述界面层结构数据包括n个界面层结构像素点数据，所述界面层非结构数据包括一种材料性质数据，则驱动控制器根据n个界面层结构像素点数据和一种材料性质数据控制打印头喷射一种界面层材料进行打印，最终形成界面层。本领域技术人员理解，所述界面层包括多个所述界面层，其中，一个所述界面层使用一种界面层材料打印，多个所述界面层可以使用一种界面层材料打印，也可以使用多种界面层材料打印。

进一步地，所述非界面层数据包括非界面层结构数据和非界面层非结构数据，优选地，所述非界面层结构数据对应空间坐标的数据，所述非界面层非结构数据对应非界面层材料的种类数据，例如所述非界面层材料为不同颜色的材料，则所述非界面层非结构数据为色彩值数据，又例如，所述非界面层材料为不同性质的材料，则所述非界面层非结构数据为材料性质数据。具体地，所述非界面层数据与众多非界面层像素点是相关联的，例如，在打印一个所述非界面层时，所述非界面层结构数据包括m个非界面层结构像素点数据，所述非界面层非结构数据包括一种材料性质数据，则驱动控制器根据m个非界面层结构像素点数据和一种材料性质数据控制打印头喷射一种非界面层材料进行打印，最终形成非界面层。本领域技术人员理解，所述非界面层包括多个所述非界面层，其中，一个所述非界面层使用一种非界面层材料打印，多个所述非界面层可以使用一种非界面层材料打印，也可以使用多种非界面层材料打印。

进一步地，所述层打印成果使用成型材料打印，具体地，基于层成型数据使用成型材料打印所述层打印成果，所述层成型数据包括层成型结构数据和层成型非结构数据，优选地，所述层成型结构数据对应空间坐标的数据，所述层成型非结构数据对应成型材料的种类数据，例如所述成型材料为不同颜色的材料，则所述层成型非结构数据为色彩值数据，又例如，所述成型材料为不同性质的材料，则所述层成型非结构数据为材料性质数据。进一步地，所述层成型数据与众多像素点是相关联的，例如，所述层成型结构数据包括q个结构像素点数据，所述层成型非结构数据包括p个色彩值数据，则驱动控制器根据q个结构像素点数据和p个色彩值数据控制打印头喷射成型材料进行打印，最终形成层打印成果。

进一步地，相互接触的所述界面层材料和所述成型材料的物理性质不同，所述界面层材料的物理性质与所述非界面层材料的物理性质不同，这样，通过调整界面层材料的种类可以达到提高剥离速度、环保、降低剥离条件的效果，通过调整非界面层材料的种类可以达到提高支撑效果、改善3d物体尺寸精度等有益效果。例如，所述界面层材料选择水溶性的材料，所述非界面层材料选择非水溶性且具有足够支撑强度的材料，这样可以大大降低水溶性材料的使用量，既能满足剥离的要求同时还能够减少水的使用量。又例如，所述界面层材料选择能够溶解于溶剂的材料，同样的原理，也可以减少溶剂的使用量。更为具体地，相互接触的所述界面层材料和所述成型材料对应打印相互接触的界面层和层打印成果，但相互接触的界面层和层打印成果不一定是一一对应的关系，例如，一个界面层可以只接触一个层打印成果，则一种所述界面层材料和一种所述成型材料相互接触；又例如，一个界面层接触两个层打印成果，则一种所述界面层材料和两种所述成型材料相互接触，且一种所述界面层材料与两种所述成型材料的物理性质均不同；又例如，两个界面层接触一个层打印成果，则两种所述界面层材料和一种所述成型材料相互接触，且两种所述界面层材料与一种所述成型材料的物理性质均不同，本领域技术人员可以在此基础上变化出更多的情形，在此不予赘述。

在一个优选的实现方式中，所述界面层材料与所述非界面层材料使用不同机械性能的材料，相互接触的所述界面层材料与所述成型材料使用不同机械性能的材料。所述机械性能可以是强度或者硬度等。例如，所述界面层材料选用强度低的材料，所述非界面层材料选用强度高的材料，同时所述界面层材料满足强度低于和所述界面层相接触的成型材料的强度，这样，所述非界面层能够提供足够的支撑强度，保证3d物体的尺寸精确度，同时，只需要使用较小的机械剥离力即可将所述界面层剥离，之后所述非界面层也自然与所述层打印成果分离。又例如，所述界面层材料选用硬度低的材料，所述非界面层材料选用硬度高的材料，同时所述界面层材料满足硬度低于和所述界面层相接触的成型材料的硬度，则所述非界面层保证所述层支撑成果具有足够的硬度不至于变形，而所述界面层保证所述层支撑成果的易剥离性。

进一步地，为了更为清楚的描述本发明的技术方案，所述3d物体可以分为实体结构和支撑结构，所述实体结构由多个层打印成果组成，所述支撑结构由多个层支撑成果组成，则至少部分所述支撑结构包括至少两个区域，其中与实体结构相接触的区域被定义为第一区域，远离实体结构且不与实体结构接触的区域被定义为第二区域，相应地，所述的第一区域由多个界面层组成，所述第二区域由多个非界面层组成，优选地，多个所述界面层连续分布共同组成所述第一区域，多个所述非界面层连续分布共同组成所述第二区域。具体地，所述实体结构使用成型材料打印，所述支撑结构使用支撑材料打印，且打印所述第一区域使用的支撑材料和打印所述第二区域使用的支撑材料选用不同的材料，即打印所述第一区域使用界面层材料打印，打印所述第二区域使用非界面层材料打印。更为具体地，打印第一区域使用的支撑材料相较于打印和所述第一区域相接触的实体结构使用的成型材料可以有多种不同的组合，具体选择不同颜色的材料还是不同性质的材料又或是选择不同颜色材料与不同性质材料的组合不受限制，只要其满足打印第一区域使用的支撑材料的机械性能不同于打印和所述第一区域相接触的实体结构使用的成型材料的机械性能，最终支撑结构能从实体结构上分离且不损坏实体结构即可。所述机械性能可以是强度、硬度或其他支撑结构容易从实体结构上分离的性能中的至少一种。

在一个优选地实施例中，打印第一区域使用的支撑材料与打印第二区域使用的支撑材料，以及打印第一区域使用的支撑材料与打印和第一区域相接触的实体结构使用的成型材料之间满足如下条件：打印第二区域使用的支撑材料的机械性能性能高于打印第一区域使用的支撑材料的机械性能，打印第一区域使用的支撑材料的机械性能性能低于打印和第一区域相接触的实体结构使用的成型材料的机械性能，且打印第一区域使用的支撑材料用量小于打印第二区域使用的支撑材料的用量。本领域技术人员理解，由于第二区域主要作用是给具有悬空结构的3d物体在打印过程中提供支撑，确保3d物体的打印精度，第一区域的主要作用是在3d物体制作过程中不影响3d物体的成型精度且便于3d物体制作完成后使整个支撑结构容易从实体结构上分离以及不影响3d物体的精度，所以具体打印第二区域使用的支撑材料与打印第一区域使用的支撑材料在强度和/或硬度上的差距以及打印第一区域使用的支撑材料的用量不受限制，只要其满足由第一区域和第二区域组成的支撑结构在3d物体制作过程中能有效的支撑3d物体，不会因为支撑结构的变形或碎裂等不利因素影响3d物体的打印及成型精度，满足在3d物体制作完成后支撑结构能完全从实体结构上分离且不损坏3d物体的精度。

进一步地，打印第一区域使用的支撑材料和打印第二区域使用的支撑材料分别为单一种类的支撑材料，减少了在同一区域不同材料之间的混合，避免了同一区域不同部分之间材料分布不均匀的情况，避免了层固化速度不均匀引起层表面不平整的现象，控制每层打印的程序设计简单。

作为一些变化，还可以根据支撑材料的种类不同将支撑结构区域划分为三个区域、四个区域等，本发明不受限制，只要其满足支撑结构在3d物体制作过程中能有效的支撑3d物体，不会因为支撑结构的变形或碎裂等不利因素影响3d物体的打印及成型精度，满足在3d物体制作完成后支撑结构能完全从实体结构上分离且不损坏3d物体的精度即可，在此不再赘述。

在第一实施例中，图2为示出了一种具有悬空结构的3d物体的平面结构示意图，该3d物体由实体结构a和b两部分组成，其中实体结构a横跨在实体结构b上形成悬空结构2和2′，因此沿图中箭头方向即z方向进行逐层打印过程中需要同时打印支撑结构为接下来打印实体结构a提供支撑，所述支撑结构由所述层支撑成果组成，所述实体结构a和实体结构b由所述层打印成果组成。

进一步地，在第一实施例中，沿z方向打印完成最终形成图3中示出的包含有层支撑成果的3d物体的示意图，本实施例中将整个支撑结构分为两个区域，第一区域为与实体结构a和b相接触的区域即区域3和3′，第二区域为远离实体结构a和b的区域即区域4和4′。具体地，所述第一区域3和3′由所述界面层组成，所述第二区域4和4′由所述非界面层组成。更为具体地，结合图3可以看出，如果沿x方向分析每个所述层支撑成果，则每个所述层支撑成果可以由所述界面层和非界面层组成，也可以只由所述界面层组成，但每个所述层支撑成果不能只由非界面层组成。

进一步地，在第一实施例中，打印实体结构a和b使用成型材料打印，所述成型材料选自彩色光固化树脂材料，所述支撑结构使用支撑材料打印，且打印第一区域3和3′以及打印第二区域4和4′使用不同的支撑材料打印，在本实施例中可以选用不同性质的光固化树脂材料如不同机械强度的光固化树脂材料。优选地，打印第一区域3和3′使用的支撑材料的强度小于打印第二区域4和4′使用的支撑材料强度，同时，打印实体结构a和b的成型材料强度大于打印第一区域3和3′的支撑材料强度。

进一步地，在第一实施例中，第一区域3和3′可以由多个界面层组成，具体地，打印第一区域3和3′使用的支撑材料的总用量需要相互接触的第一区域和实体结构的位置关系来确定。具体地，沿水平方向(图3中的x方向)和铅垂方向(图2中的z方向)建立坐标系，如果第一区域和实体结构沿水平方向相互接触，则打印第一区域3和3′使用的支撑材料的总用量根据第一区域在铅垂方向延伸到实体结构的距离来确定，例如可以将墨滴作为单位，第一区域在铅垂方向延伸到实体结构的距离为10墨滴；同样地，如果第一区域和实体结构沿铅垂方向相互接触，则打印第一区域3和3′使用的支撑材料的总用量根据第一区域在水平方向延伸到实体结构的距离来确定，例如可以将墨滴作为单位，第一区域在水平方向延伸到实体结构的距离为10墨滴。在开始进行逐层打印时，驱动控制器获取处理终端处理的数据，控制打印头逐层打印层打印成果和层支撑成果，结合图4所示，图中示出了3d物体打印过程中其中某一层的放大结构示意图，结合前面的描述，第一区域3和3′为使用界面层材料打印的界面层，第二区域4和4′为使用非界面层材料打印的非界面层，实体结构1为使用成型材料打印的层打印成果。本领域技术人员理解，图4中示出的3d物体的单层结构是本发明的典型结构，作为一种变化，第二区域4和4′在3d物体中的某些单层结构中并不存在。

进一步地，在执行步骤s101的基础上，执行步骤s102，重复步骤s101形成多个层打印成果以及多个层支撑成果。具体地，结合图2中所示，可以沿z方向逐层打印形成层打印成果以及层支撑成果，在此基础上，再执行步骤s103，将多个层打印成果和多个层支撑成果相互叠加形成3d物体。本领域技术人员理解，步骤s103是成型步骤，通过前述步骤s101和步骤s102进行逐层打印并叠加，最终形成所述3d物体。更为具体地，步骤s103所述的叠加，并非是一个最后才执行的步骤，而是伴随着前述步骤而执行的，即通过所述步骤s101完成一个层打印成果或者层支撑成果即叠加一层，这种叠加的过程是一个累积型的过程，其叠加的方向既包括沿每一层的延伸方向叠加，也包括沿所述目标物体的分层方向的叠加，全部叠加完成后最终形成所述3d物体。本领域技术人员理解，所述3d物体最终还需要去除支撑结构，优选地采用机械力撞击的方式，例如可以是水流冲击、超声波振动、手工剥离中的至少一种。

作为本发明的第二实施例，图5示出了另一种具有悬空结构的3d物体打印方法流程图，包括如下步骤：

首先执行步骤s201，将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和非结构信息获取所述层打印数据。具体地，结合前述具体实施方式中的描述，3d物体分层后形成多个单层，对于不同的3d物体多个单层的组成方式也可以是不同的，例如，一个3d物体分层后形成的所有单层中，部分单层只由层打印成果组成，部分单层由层打印成果和层支撑成果组成，此时，该3d物体对应的所有层打印数据的构成方式有多种，一种方式为：部分层打印数据只包括层成型数据，部分层打印数据包括层成型数据和界面层数据，部分层打印数据包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据；另一种方式为：部分层打印数据只包括层成型数据，其余层打印数据均包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据。

又例如，一个3d物体分层后形成的所有单层均由层打印成果和层支撑成果组成，此时，该3d物体对应的所有层打印数据的构成方式有多种，一种方式为：部分层打印数据包括层成型数据和界面层数据，部分层打印数据包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据；另一种方式为：所有层打印数据均包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据。

更为具体地，步骤s201的目的在于将目标物体转换为数据形式，其中目标物体可以通过扫描的方式获取结构信息和非结构信息，接着将所述结构信息和非结构信息转换成能被处理终端的分层切片软件识别的数据格式，如stl格式、ply格式、wrl格式等。本领域技术人员理解，所述结构信息和非结构信息是以层为单位的，即所述目标物体被扫描后通过分层软件进行切片分层，然后对每个切片层进行解析得到每层的结构信息和非结构信息，再将每层的结构信息和非结构信息转化层打印数据。

进一步地，在对每个切片层进行解析的过程中，其中部分所述层结构信息可以只包括层成型结构信息，也可以部分所述层结构信息包括层成型结构信息和界面层结构信息，也可以部分所述层结构信息包括层成型结构信息、界面层结构信息以及非界面层结构信息，或者还可以所有所述层结构信息均包括层成型结构信息、界面层结构信息以及非界面层结构信息，对应地，部分所述层结构数据可以只包括层成型结构数据，也可以部分所述层结构数据包括层成型结构数据和界面层结构数据，也可以部分所述层结构数据包括层成型结构数据、界面层结构数据以及非界面层结构数据，或者还可以所有所述层结构数据均包括层成型结构数据、界面层结构数据以及非界面层结构数据。类似地，其中部分所述层非结构信息可以只包括层成型非结构信息，也可以部分所述层非结构信息包括层成型非结构信息和界面层非结构信息，也可以部分所述层非结构信息包括层成型非结构信息、界面层非结构信息以及非界面层非结构信息，或者还可以所有所述层非结构信息均包括层成型非结构信息、界面层非结构信息以及非界面层非结构信息，对应地，部分所述层非结构数据可以只包括层成型非结构数据，也可以部分所述层非结构数据包括层成型非结构数据和界面层非结构数据，也可以部分所述层非结构数据包括层成型非结构数据、界面层非结构数据以及非界面层非结构数据，或者还可以所有所述层非结构数据均包括层成型非结构数据、界面层非结构数据以及非界面层非结构数据。具体地，所述层成型非结构数据可以包括层成型色彩数据和/或层成型材料性质数据，所述界面层非结构数据包括界面层色彩数据和/或界面层材料性质数据，所述非界面层非结构数据包括非界面层色彩数据和/或非界面层材料性质数据。

作为一种变化，还可以通过绘图软件将目标物体直接绘制出来，常用的绘图软件如：cad、proe、solidwork、ug、3dmax等，本领域技术人员理解，通过绘图软件绘制出的是所述目标物体的基本结构模型，在此基础上还需对绘制出的基本结构进行配色或者选材。以配色为例，常用配色方式有多种，例如，直接对绘制好的基本结构模型进行配色后转换成ply格式；又例如，将绘图软件绘制好的基本结构模型转换成stl格式后再进行配色；本领域技术人员可以在现有技术的基础上做不同的变化，在此不予赘述。

进一步地，如果部分所述层打印数据只包括层成型数据，则执行步骤s2021，基于层成型数据打印所述层打印成果，本领域技术人员结合现有技术可以实现步骤s2021。如果部分所述层打印数据包括层成型数据和界面层数据，则执行步骤s2022，基于层成型数据打印层打印成果，基于界面层数据使用一种界面层材料打印界面层；如果部分或所有所述层打印数据包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据，则执行步骤s2023，基于层成型数据打印层打印成果，基于界面层数据使用一种界面层材料打印界面层，基于非界面层数据使用一种非界面层材料打印非界面层，所述步骤s2022和s2023可以结合步骤s101的方式实现，在此不再赘述。

进一步地，在步骤s2021、步骤s2022和步骤s2023的基础上，通过两种方式形成带有支撑结构的目标物体。第一种方式是：执行步骤s2031，首先重复步骤s201生成多个层打印数据，然后基于多个层打印数据重复步骤s2021和/或步骤s2022和/或步骤s2023形成多个层打印成果和多个层支撑成果，再执行步骤s2041，多个层打印成果和多个层支撑成果相互叠加形成3d物体。第二种方式是：执行步骤s2032，多次重复步骤s201以及步骤s2021和/或步骤s2022和/或步骤s2023形成多个层打印成果和多个层支撑成果，再执行步骤s2042，且多个层打印成果和多个层支撑成果相互叠加形成3d物体。

进一步地，以下更为详细的描述本实施例的实现过程。如果相邻两层对应的层打印数据只包括层成型数据，则只重复步骤s2021形成两个层打印成果；如果相邻两层对应的层打印数据均包括层成型数据和界面层数据，则只重复步骤s2022形成两个层打印成果和两个界面层；如果相邻两层对应的层打印数据均包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据，则重复步骤s2023形成两个层打印成果、两个界面层以及两个非界面层；如果相邻两层对应的层打印数据中，一个层打印数据只包括层成型数据，另一个层打印数据包括层成型数据和界面层数据，则执行步骤s2021形成一个层打印成果，以及执行步骤s2022形成另一个层打印成果和一个界面层；如果相邻两层对应的层打印数据中，一个层打印数据只包括层成型数据，另一个层打印数据包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据，则执行步骤s2021形成一个层打印成果，以及执行步骤s2023形成另一个层打印成果和一个界面层和一个非界面层；如果相邻两层对应的层打印数据中，一个层打印数据包括层成型数据和界面层数据，另一个层打印数据包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据，则执行步骤s2022形成一个层打印成果和一个界面层，以及执行步骤s2023形成另一个层打印成果和另一个界面层和一个非界面层。本领域技术人员理解，这样形成的支撑结构是由多个层支撑成果组成，同时每个所述层支撑成果既可以只由界面层组成，也可以由界面层和非界面层组成，而所述3d物体的不同层中可以存在部分层只由层打印成果组成，或部分层由层打印成果和界面层组成，或部分层由层打印成果、界面层和非界面层组成，本领域技术人员可以结合图2至图4更好的理解上述内容。

进一步地，第一种方式和第二种方式的不同之处在于：第一种方式是：首先分层软件对整个目标物体完成分层并获取了所有层对应的多个层打印数据，然后驱动控制器根据多个层打印数据控制打印头逐层打印，而第二种方式是：首先分层软件对目标物体分出一层并获取对应层的层打印数据，然后基于对应层的层打印数据完成对应层的打印，在打印的过程中，分层软件再对目标物体分出下一层并获取下一层的层打印数据，再基于下一层的层打印数据完成下一层的打印，以此方式周而复始重复操作，直至目标物体被打印完毕。本领域技术人员理解，上述两种方式均可以实现本发明的目的。

进一步地，本领域技术人员理解，在本实施例中，所述3d物体最终还需要去除支撑结构，优选地采用机械力撞击的方式，例如可以是水流冲击、超声波振动、手工剥离中的至少一种。

作为本发明的另一具体实施方式，图6和图7示出了本发明一种制作具有悬空结构的3d物体的打印装置示意图，主要包括：

处理终端5，其用于将所述目标物体进行分层，并基于每层的结构信息和非结构信息转换成每层对应的所述层打印数据，结合前述关于打印方法的描述可知，目标物体1可以为彩色物体或由不同性质材料组成的物体，所述层打印数据既可以只包括层成型数据，也可以包括层成型数据和界面层数据，或者包括层成型数据、界面层数据以及非界面层数据。具体地，如果目标物体1被分为实体结构和支撑结构，且支撑结构被分为两个区域，则一个区域对应的数据为界面层数据，另一个区域对应的数据为非界面层数据，作为一些变化，所述支撑结构还可以分为更多的区域，相应地，所述界面层数据以及所述非界面层数据还可以细分为多种数据。更为具体地，以将所述支撑结构被分为两个区域为例，一个区域对应界面层数据，所述界面层数据包括界面层结构数据和界面层非结构数据，其中，所述界面层结构数据对应的是结构坐标数据，所述界面层非结构数据对应的是单一支撑材料性质数据(如某一彩色物体或某一性质的物体)；另一个区域对应非界面层数据，所述非界面层数据包括非界面层结构数据和非界面层非结构数据，其中，所述非界面层结构数据对应的是结构坐标数据，所述非界面层非结构数据对应的是另一种单一支撑材料性质数据(如某一彩色物体或某一性质的物体)。作为一种变化的表述方式，本发明中可以理解为处理终端5将支撑结构对应的数据至少划分为两类，第一类为表示支撑结构与实体结构相接触的界面层数据，第二类为表示支撑结构远离实体结构的非界面层数据，且界面层数据和非界面层数据分别包含两种不同种类的支撑材料性质数据。

喷涂装置8，喷涂装置设置有成型材料出口和至少两个支撑材料出口，且不同种类的支撑材料经由不同的支撑材料出口喷出；本具体实施方式中喷涂装置可以为喷墨打印头，喷墨打印头设置有成型材料通道和至少两个支撑材料通道，且每个通道上设置有多个喷孔，成型材料和不同种类的支撑材料通过各自通道上的喷孔喷出。

驱动控制器6，其基于所述层打印数据控制所述喷涂装置8执行打印动作。

进一步地，所述处理终端和所述驱动控制器功能的实现可以是硬件、由处理器执行的软件或者二者的组合。具体地，如果通过软件模块实现，可将预先的程序烧录到所述处理器中，或者将软件安装到预置的系统中；如果通过硬件实现，则可利用现场可编程门阵列(fpga)将对应的功能固定化实现。

进一步地，所述软件模块可以存储于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、硬盘、或本领域已知的任何其他形式的存储介质。通过将所述存储介质耦接至处理器，从而使所述处理器能够从所述存储介质中读取信息，并且可以向所述存储介质写入信息。作为一种变化，所述存储介质可以是处理器的组成部分，或者所述处理器和所述存储介质均位于专用集成电路(asic)上。

进一步地，所述硬件可以是能够实现具体功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件或以上这些硬件的组合。作为一种变化，还可以通过计算设备的组合实现，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与dsp通信结合的一个或者多个微处理器的组合等。

进一步地，结合图7所示，所述打印装置具体包括：目标物体1，处理终端5，驱动控制器6，材料容器7包括成型材料容器7a、7b、7c和7d，界面层材料容器7e和非界面层材料容器7f，喷涂装置8(即打印头)包括多个打印头通道8a～8f，每个打印头通道与一个材料容器连接，导轨9，支撑平台10，升降台11、led灯12a和12b以及校平装置13a和13b等，其中打印头8和led灯12a和12b以及校平装置13a和13b安装在导轨9上，本发明中校平装置的具体结构不受限制，可以是校平棍、铣刀等，只要其能将每一层的表面校平即可。

进一步地，成型材料容器的个数不受限制，具体根据待打印目标物体1所需的成型材料种类来确定，本发明中成型材料打印通道的个数不受限制，具体根据实际打印需求来确定。本发明中还包括界面层材料容器7e和非界面层材料容器7f，且界面层材料容器7e和非界面层材料容器7f中存储不同机械性能的材料，本发明中的两个打印头通道8e和8f对应连接界面层材料容器7e和非界面层材料容器7f，且两个打印头通道8e和8f分别打印界面层材料和非界面层材料。

进一步地，结合前面关于打印方法的具体实施方式的描述，成型材料容器7a～7d分别存储品红色光固化材料、青色光固化材料、黄色光固化材料和白色光固化材料，界面层材料容器7e存储打印第一区域的光固化支撑材料，非界面层材料容器7f存储打印第二区域的光固化支撑材料，打印头通道8a～8f分别与材料容器7a～7f一一对应连接，处理终端5按照步骤s201的方式将待打印目标物体1进行分层，获取目标物体1的层打印数据，驱动控制器6获取处理终端5处理的层打印数据控制打印头8进行逐层打印，在喷涂装置8(打印头)的两侧安装了两个校平棍或是铣刀13a和13b、两个led灯12a和12b，打印头、led灯和(校平棍或铣刀)均安装在导轨6上，在喷涂装置8(打印头)进行逐层喷墨打印过程中，校平棍或铣刀13a和13b可以同时工作或交替工作，最终目的使每一层表面平整，led灯12a和12b可同时工作或交替工作，最终目的将每层的材料进行固化形成3d物体的层，实际应用中也可以打印多层进行一层校平，或打印多层进行一次固化；升降台11在每打印完成一个层打印成果或者每打印完成多个层打印成果后下降一定的高度，之后继续完成其余层打印成果的打印，最终3d物体形成在支撑平台10上，将形成的3d物体从支撑平台上移走，使用手工剥离的方式将3d物体上的支撑结构剥离，最终得到具有悬空结构的3d物体。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。