用于3D打印的打印介质、彩色3D打印方法以及彩色3D打印机和控制彩色3D打印机的方法与流程

文档序号:13451058
用于3D打印的打印介质、彩色3D打印方法以及彩色3D打印机和控制彩色3D打印机的方法与流程

本发明涉及一种打印介质,更具体地,涉及一种用在立体光刻设备(SLA)三维(3D)打印中以能够进行彩色3D打印的打印介质。

本发明还涉及一种3D打印方法,更具体地,涉及一种全色或基本上全色的3D打印方法。

本发明还涉及一种3D打印机和一种控制3D打印机的方法,更具体地,涉及一种用于执行彩色SLA3D打印的3D打印机和一种用于控制该3D打印机的方法。

本发明还涉及一种3D打印机和一种用于控制该3D打印机的方法,更具体地,涉及一种用于形成彩色SLA3D打印的3D打印机和一种用于控制该3D打印机的方法。



背景技术:

三维(3D)打印是这样的技术:粉末或液体材料被硬化以一个接一个地形成层,然后沉积这些层以制造3D对象。不同于3D材料经受铣削过程或切割过程的常规加工技术,3D打印采用堆叠2D层的方法,由此具有这样的优点:可以制造不能用常规计算机数字控制(CNC)加工等实现的形状。

由于3D打印偏离了常规生产方法(例如机器切割、制造等),并且能够制造几乎所有形状的产品,其应用领域广泛地从家庭用品(例如玩具和装饰品)到汽车和飞机的机械设备或医疗领域(例如牙科)。此外,通过仅改变3D对象的建模数据而不改变设备,根据包装过程可以制造各种3D对象,因此,3D打印适合于近期的小批量生产或定制产品制造。因此,3D打印预计将在整个工业制造技术上带来巨大变化,因此也被称为第三次工业革命。



技术实现要素:

【技术问题】

本发明旨在提供能够进行彩色三维(3D)打印的打印介质。

本发明旨在通过控制光子晶体颗粒的结构颜色向打印介质赋予颜色并且能够进行3D打印。

本发明旨在提供能够呈现难以用结构颜色呈现的非彩色颜色并且还能够通过调整均匀的饱和度和亮度来赋予全色的打印介质。

本发明旨在提供3D打印方法,其中在3D打印中,各种颜色可以呈现在3D对象上。

本发明旨在提供3D打印方法,其中通过控制光子晶体颗粒的结构颜色可以制造具有各种颜色的3D对象。

本发明旨在提供能够进行彩色3D打印的3D打印机以及用于控制该3D打印机的方法。

本发明旨在提供能够通过控制光子晶体颗粒的结构颜色来呈现全色或基本上全色的3D打印机以及用于控制该3D打印机的方法。

本发明旨在提供能够以像素单元的各种颜色进行打印的3D打印机以及用于控制该3D打印机的方法。

本发明旨在提供能够进行彩色3D打印的3D打印机以及用于控制该3D打印机的方法。

本发明旨在提供能够通过控制光子晶体颗粒的结构颜色来呈现全色或基本上全色的3D打印机以及用于控制该3D打印机的方法。

本发明旨在提供能够以低成本进行快速彩色打印的3D打印机以及用于控制该3D打印机的方法。

本发明的技术问题不限于上述问题,并且本发明所属领域的普通技术人员可以从本说明书和附图清楚地理解以上未提及的其他技术问题。

【技术方案】

本发明的一个方面提供了用于通过沉积多个层而制造3D对象的3D打印方法的打印介质,该打印介质包括:作为其结构颜色根据颗粒间距限定的光子晶体颗粒提供的主着色颗粒,其中主着色颗粒基于颗粒间距根据反射光呈现彩色颜色;具有作为非彩色颜色的材料颜色的亚着色颗粒;以及以液体提供且包含主着色颗粒和亚着色颗粒的可固化材料,其中所述可固化材料根据固化而构成3D对象;其中主着色颗粒和亚着色颗粒具有相反的电荷,其中当在固化可固化材料的区域中施加电场力时,主着色颗粒的结构颜色或亚着色颗粒的材料颜色被选择性地用于呈现彩色和非彩色颜色,其中由于主着色颗粒或亚着色颗粒中的一种被排除并且剩留另一颗粒,彩色颜色和非彩色颜色被呈现。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层而制造3D对象的3D打印方法的打印介质,该打印介质包括:呈现彩色颜色或第一非彩色颜色的主着色颗粒,其中当主色彩颗粒被以光子晶体结构布置时,根据光子晶体结构,所述彩色颜色通过反射光以结构颜色呈现,其中当主着色颗粒不规则地布置时,第一非彩色颜色以材料颜色呈现;呈现具有材料颜色的第二非彩色颜色的亚着色颗粒,其中第二非彩色颜色与第一非彩色颜色不同;以液体提供且包含主着色颗粒和亚着色颗粒的可固化材料,其中当可固化材料固化时,可固化材料构成3D对象;其中当在固化可固化材料的区域中施加电场力时,主着色颗粒或亚着色颗粒被选择性地用于呈现颜色,其中通过排除主着色颗粒和亚着色颗粒中的一种并且剩留主着色颗粒和亚着色颗粒中的另一种,颜色被呈现。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印方法,该方法包括:制备打印介质,该打印介质包括主着色颗粒、具有材料颜色的亚着色颗粒和液态的可固化材料,该可固化材料包含着色颗粒,其中主着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据颗粒间距限定的结构颜色;参考3D建模数据,根据待固化的区域的颜色选择性地仅剩留主着色颗粒和亚着色颗粒中的一种;使用剩留的颗粒将颜色赋予到打印介质;并且通过固化可固化材料,在颜色被赋予到打印介质的状态下制造层。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印方法,该方法包括:制备打印介质,该打印介质包括主着色颗粒、呈现非彩色颜色的亚着色颗粒和液态的可固化材料,可固化材料包含着色颗粒,其中主着色颗粒包含光子晶体颗粒并且具有根据颗粒间距限定的结构颜色,以及主着色颗粒能够根据在磁场中被控制的颗粒间距而呈现彩色颜色,其中主着色颗粒和亚着色颗粒具有彼此相反的电荷;加载用于3D对象的3D建模数据,其中3D建模数据包括用于多个层中的至少一个层的层数据,并且层数据包括具有在层中待固化的坐标的形状数据;为多个层的特定层准备工作区域,其中工作区域是从打印介质的一个表面向内具有预定厚度的空间;参考用于特定层的层数据的颜色数据,将对应于颜色数据的彩色颜色赋予到第一区域,其中颜色数据是彩色颜色,其中通过排除在第一区域中的亚着色颗粒以及通过施加对应于颜色数据的强度的磁场控制剩留的主着色颗粒的颗粒间距,颜色被赋予;参考用于特定层的层数据的颜色数据,将颜色数据的非彩色颜色赋予到其中颜色数据是非彩色颜色的第二区域,其中通过排除第二区域中的主着色颗粒,剩留亚着色颗粒,并且使用亚着色颗粒的材料颜色来赋予非彩色颜色;以及通过参考层数据的形状数据,通过用光照射特定层将打印介质固化,制造特定层。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来制造固体对象3D对象的3D打印方法。该3D打印方法包括:制备包括着色颗粒和液态可固化材料的打印介质,可固化材料包含着色颗粒,其中着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据颗粒间距所限定的结构颜色;对3D对象准备3D建模数据,其中3D建模数据包括用于多个层中的至少一个层的层数据,并且层数据包括具有在层中待固化的坐标的形状数据和具有坐标的颜色值的颜色数据;为多个层的特定层准备工作区域,其中工作区域是从打印介质的一个表面向内具有预定厚度的空间;向打印介质赋予颜色,其中通过基于用于特定层的层数据中的颜色数据的颜色值而调整着色颗粒的结构颜色来赋予颜色;通过基于用于特定层的层数据的形状数据的坐标而固化可固化材料,固定被赋予到打印介质的颜色并且同时制造特定层。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印机,该3D打印机包括:盒体(tank,或称为料槽),盒体的上表面或下表面中的一个以透明的方式提供以作为工作表面,或上表面作为打开形式提供,使得打印介质的顶表面是工作表面,其中盒体包含包括着色颗粒和液态可固化材料的打印介质,可固化材料包含着色颗粒,其中着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据由磁场调整(控制)的颗粒间距所限定的结构颜色;以面向工作表面的平板形式提供的建模板,用于支撑3D对象;以平板形式的第一透明膜和在第一透明膜上以二维像素阵列布置的多个第一电极,其中第一电极布置成面向工作表面;颜色赋予模块,用于通过将磁场施加到打印介质的每个单元区域对每个单元区域向打印介质赋予颜色;用于存储固体对象的建模数据的存储器;以及控制器,用于通过基于建模数据控制施加到多个第一电极的电压以控制磁场强度来控制所赋予的颜色。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来控制3D打印机制造3D对象的方法,其中通过使用打印介质形成3D对象,该打印介质包括作为具有根据颗粒间距限定的结构颜色的光子晶体颗粒提供的着色颗粒和包含着色颗粒的可固化材料,该颗粒间距通过电磁场调整,其中可固化材料作为液态提供,其中3D打印机包括对应于以二维像素阵列制造层的工作表面的每个单元区域所设置的电极,获得包括指示待固化的目标区域的形状数据和指示多层中的每一层的目标区域的颜色的颜色数据的建模数据;通过基于颜色数据的颜色值向每个电极施加电压来产生磁场并且通过调整电压值来控制磁场的强度;磁场被施加到位于工作表面上的打印介质的每个单元区域,根据磁场的强度将结构颜色赋予到打印介质;以及基于形状数据,固化被赋予结构颜色的区域。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印机,该3D打印机包括:盒体,盒体的上表面或下表面的一个表面以透明方式提供,使得一个表面是工作表面,或上表面作为打开形式提供,使得打印介质的顶表面是工作表面,其中盒体包含包括着色颗粒和液态可固化材料的打印介质,可固化材料包含着色颗粒,其中着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据通过磁场确定(调整)的颗粒间距所限定的结构颜色;以面向工作表面的平板形式提供的建模板,用于支撑3D对象;用于存储固体对象的建模数据的存储器;设置成面向工作表面并且向位于工作表面上的打印介质施加磁场的电磁体;以及控制器,用于基于建模数据控制施加到电磁体的电压以控制磁场的强度,以控制赋予到被定位于工作表面上的打印介质的颜色。

本发明的另一方面提供了用于通过沉积多个层来控制3D打印机制造3D对象的方法,其中通过使用打印介质,形成3D对象,该打印介质包括作为具有根据通过电磁场调整的颗粒间距所限定的结构颜色的光子晶体颗粒提供的着色颗粒和包含着色颗粒的可固化材料,其中,可固化材料作为液态提供,其中3D打印机包括设置在工作表面的后侧的电磁体,包括获得建模数据,该建模数据包括指示待固化的目标区域的形状数据和指示多个层中的每一层的固化目标区域的颜色的颜色数据;基于形状数据的坐标值来控制电磁体的位置;基于颜色数据的颜色值向电磁体施加电压,以产生磁场并且将对应于颜色值的结构颜色赋予到打印介质,赋予结构颜色通过控制磁场的强度和通过控制电压值来赋予;以及基于形状数据固化被赋予结构颜色的区域。

本发明的技术方案不限于上述技术方案,并且本领域普通技术人员可以从本说明书和附图清楚地理解上面未提及的其他技术方案。

【有益效果】

根据本发明,可以实现彩色三维(3D)打印。

根据本发明,通过以磁场强度控制光子晶体颗粒的结构颜色,在3D打印中可以向打印介质赋予颜色。

根据本发明,可以呈现难以用结构颜色呈现的非彩色颜色,并且还可以也通过调整饱和度和亮度来赋予全色。

根据本发明,在3D打印中,各种颜色可以呈现在3D对象上。

根据本发明,通过控制光子晶体颗粒的结构颜色,可以制造具有各种颜色的3D对象。

根据本发明,彩色3D打印是可行的。

根据本发明,通过控制光子晶体颗粒的结构颜色,在3D打印中可以呈现全色或基本上全色。

根据本发明,彩色3D打印可以各种像素单元的颜色执行。

根据本发明,彩色3D打印是可行的。

根据本发明,通过控制光子晶体颗粒的结构颜色,可以呈现全色或基本上全色。

根据本发明,可以以低成本快速地执行彩色3D打印。

本发明的效果不限于上述效果,并且本发明所属领域的普通技术人员可以从本说明书和附图清楚地理解以上未提及的其他效果。

附图说明

图1是根据本发明的实施方案的打印介质的基本组成的构思示意图。

图2是根据本发明的实施方案的光子晶体颗粒的示例的示意图。

图3是根据本发明的实施方案的光子晶体颗粒的另一个示例的示意图。

图4示出使用具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质进行颜色赋予的示意图。

图5示出使用具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质进行颜色控制的示意图。

图6示出使用具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质进行颜色组合的示意图。

图7是根据本发明的实施方案的打印介质的另外的组成的构思示意图。

图8示出使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质中的主着色颗粒的结构颜色进行颜色赋予的示意图。

图9示出使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质中的主着色颗粒的材料颜色进行颜色赋予的示意图。

图10示出使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质中的亚着色颗粒进行颜色赋予的示意图。

图11是示出根据本发明的实施方案的三维(3D)打印方法的示例的流程图。

图12是示出用于根据本发明的实施方案的彩色3D打印的建模数据的示例的示意图。

图13是示出根据本发明的实施方案的3D打印方法的另一示例的流程图。

图14是示出用于根据本发明的实施方案的彩色3D打印的颜色数据的示例的示意图。

图15示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色应用和颜色固定的第一形式的示意图。

图16示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色应用和颜色固定的第二形式的示意图。

图17是示出用于根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色应用和颜色固定的第二形式的建模数据的示意图。

图18示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色应用和颜色固定的第三形式的示意图。

图19至图21示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色应用和颜色固定的第四形式的示意图。

图22示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的外部颜色处理的示意图。

图23是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的框图。

图24是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第一实施例的透视图。

图25是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第一实施例的横截面视图。

图26是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第一实施例的颜色赋予模块和固化模块的横截面视图。

图27是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第一实施例的颜色赋予模块的透视图。

图28和图29是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第一实施例中的颜色模块的横截面视图。

图30是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第一实施例的固化模块的横截面视图。

图31是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第二实施例的横截面视图。

图32是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第二实施例的着色颗粒选择模块的横截面视图。

图33是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第三实施例的横截面视图。

图34是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第三实施例的修改形式的横截面视图。

图35是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机的第四实施例。

具体实施方案

由于本说明书中公开的实施方案旨在将本发明的精神清楚地描述给本领域技术人员或者本领域的普通技术人员,本发明不限于本说明书中描述的实施方案,应当理解,本发明的范围包括不脱离本发明的精神的改变或修改。

对于本说明书中使用的术语,选择在考虑本发明的功能的同时广泛使用的通用术语,但是这些术语可以根据本领域的普通技术人员的意图、通用实践或者新技术的出现而变化。不同于此,当特定术语被定义为具有任意含义并且被使用时,将描述该术语的含义。因此,本说明书中使用的术语应基于术语的基本含义和本说明书的全部内容进行解释而不是基于简单的名称进行解释。

附图旨在容易地描述本发明,并且如果需要,附图中所示的形状可以被放大以辅助理解本发明,因此本发明不受附图的限制。

在本说明书中,根据需要,下文将省略与本发明有关的被认为使本发明的要点模糊的已知配置或功能的详细描述。

根据本发明的一个方面,可以提供一种用于通过沉积多个层而制造3D对象的3D打印方法的打印介质,该打印介质包括:作为其结构颜色根据颗粒间距限定的光子晶体颗粒提供的主着色颗粒,其中主着色颗粒基于颗粒间距根据反射光呈现彩色颜色;具有作为非彩色颜色的材料颜色的亚着色颗粒;以及以液体提供且包含主着色颗粒和亚着色颗粒的可固化材料,其中所述可固化材料根据固化而构成3D对象;其中主着色颗粒和亚着色颗粒具有相反的电荷,其中当在固化可固化材料的区域中施加电场力时,主着色颗粒的结构颜色或亚着色颗粒的材料颜色被选择性地用于呈现彩色和非彩色颜色,其中由于主着色颗粒或亚着色颗粒中的一种被排除并且剩留另一颗粒,彩色颜色和非彩色颜色被呈现。

这里,主着色颗粒可以具有基于颗粒间距调整的结构颜色,其中根据磁场的强度调整颗粒间距。

这里,主着色颗粒可以包括具有磁性构件的磁芯和具有表面电荷的耦合壳,其中当施加磁场时,通过由磁性构件限定的聚集力(collective force)和由耦合壳限定的排斥力确定颗粒间距。

这里,磁性构件可以包括Fe、Co、Ni、CoCu、CoPt、CoSm、NiFe、NiFeCo、γ-Fe2O3、Fe3O4、CoFe2O4、MnO、MnFe2O4或BaFe12O19中的至少一种。

这里,耦合壳可以包括以下物质中的至少一种:包含阳离子官能团或阴离子官能团的丙烯酸聚合物,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于硅烷的聚合物,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于钛酸盐的偶联剂,或包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于铝酸盐的偶联剂。

这里,磁芯还可以包括非磁性构件,磁性构件被提供为包覆非磁性构件的形式。

这里,非磁性构件可以包括SiO2、Al2O3、TiO2、聚苯乙烯、聚甲基倍半硅氧烷或PMMA中的至少一种。

这里,亚着色颗粒可以包括结构颜色为白色的ZnO、Al2O3或TiO2中的至少一种,或者包括结构颜色为黑色的炭黑粉末、Fe3O4或TiO2-x中的至少一种。

这里,主着色颗粒可以包括非磁性构件、包覆非磁性构件的磁性构件和包覆磁性构件的耦合壳,其中非磁性构件和亚着色颗粒作为相同的材料提供。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层而制造3D对象的3D打印方法的打印介质,该打印介质包括:呈现彩色颜色或第一非彩色颜色的主着色颗粒,其中当主色彩颗粒被以光子晶体结构布置时,根据光子晶体结构,所述彩色颜色通过反射光以结构颜色呈现,其中当主着色颗粒不规则地布置时,第一非彩色颜色以材料颜色呈现;呈现具有材料颜色的第二非彩色颜色的亚着色颗粒,其中第二非彩色颜色与第一非彩色颜色不同;可固化材料,可固化材料以液体提供且包含主着色颗粒和亚着色颗粒,其中当可固化材料固化时,可固化材料构成3D对象;其中当在固化可固化材料的区域中施加电场力时,主着色颗粒或亚着色颗粒被选择性地用于呈现颜色,其中通过排除主着色颗粒和亚着色颗粒中的一种并且剩留主着色颗粒和亚着色颗粒中的另一种,颜色被呈现。

这里,当在固化区域中仅剩留主着色颗粒时,通过选择性地使用主着色颗粒的结构颜色或主着色颗粒的材料颜色,可以选择性地呈现彩色颜色和第一非彩色颜色。

这里,当固化区域中仅剩留主着色颗粒时,当施加磁场时,根据对应于根据磁场强度均匀地确定的颗粒间距的结构颜色,呈现彩色颜色,当不施加磁场时,呈现第一非彩色颜色,其中第一非彩色颜色是主着色颗粒的结构颜色。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印方法,该方法包括:制备打印介质,该打印介质包括主着色颗粒、具有材料颜色的亚着色颗粒和液态的可固化材料,该可固化材料包含着色颗粒,其中主着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据颗粒间距限定的结构颜色;参考3D建模数据,根据待固化的区域的颜色在该区域中选择性地仅剩留主着色颗粒和亚着色颗粒中的一种;使用剩留的颗粒将颜色赋予到打印介质;并且通过固化可固化材料,在颜色被赋予到打印介质的状态下制造层。

这里,主着色颗粒和亚着色颗粒彼此具有相反的电荷,其中选择性地剩留包括向该区域施加电场力。

这里,选择性地剩留包括参考3D建模数据,当待固化的区域的颜色是非彩色颜色时,仅剩留该区域中的亚着色颗粒,当待固化区域的颜色是彩色颜色时,仅剩留该区域中的主着色颗粒并且排除该区域中的亚着色颗粒,其中赋予颜色包括:当仅剩留亚着色颗粒时,将亚着色颗粒的材料颜色赋予到打印介质,并且当仅剩留主着色颗粒时,赋予主着色颗粒的结构颜色。

这里,赋予颜色包括通过向打印介质施加磁场以及调整主着色颗粒的颗粒间距,控制结构颜色。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印方法,该方法包括:制备打印介质,该打印介质包括主着色颗粒、呈现非彩色颜色的亚着色颗粒和液态的可固化材料,可固化材料包含着色颗粒,其中主着色颗粒包含光子晶体颗粒并且具有根据颗粒间距限定的结构颜色,以及主着色颗粒能够根据在磁场中被控制的颗粒间距而呈现彩色颜色,其中主着色颗粒和亚着色颗粒具有彼此相反的电荷;加载用于3D对象的3D建模数据,其中3D建模数据包括用于多个层中的至少一个层的层数据,并且层数据包括具有在层中待固化的坐标的形状数据;为多个层的特定层准备工作区域,其中工作区域是从打印介质的一个表面向内具有预定厚度的空间;参考用于特定层的层数据的颜色数据,将对应于颜色数据的彩色颜色赋予到第一区域,其中颜色数据是彩色颜色,其中通过排除在第一区域中的亚着色颗粒以及通过施加对应于颜色数据的强度的磁场控制剩留的主着色颗粒的颗粒间距,彩色颜色被赋予;参考用于特定层的层数据的颜色数据,将颜色数据的非彩色颜色赋予到其中颜色数据是非彩色颜色的第二区域,其中通过排除第二区域中的主着色颗粒,剩留亚着色颗粒,并且使用亚着色颗粒的材料颜色来赋予非彩色颜色;以及通过参考层数据的形状数据,通过用光照射特定层将打印介质固化,制造特定层。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来制造固体对象3D对象的3D打印方法。该3D打印方法包括:制备包括着色颗粒和液态可固化材料的打印介质,可固化材料包含着色颗粒,其中着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据颗粒间距所限定的结构颜色;对3D对象准备3D建模数据,其中3D建模数据包括用于多个层中的至少一个层的层数据,并且层数据包括具有在层中待固化的坐标的形状数据和具有坐标的颜色值的颜色数据;为多个层的特定层准备工作区域,其中工作区域是从打印介质的一个表面向内具有预定厚度的空间;向打印介质赋予颜色,其中通过基于用于特定层的层数据中的颜色数据的颜色值而调整着色颗粒的结构颜色来赋予颜色;通过基于用于特定层的层数据的形状数据的坐标而固化可固化材料,固定被赋予到打印介质的颜色并且同时制造特定层。

这里,着色颗粒可以包括作为磁性构件提供的磁芯以及以包覆磁芯的形式提供的具有表面电荷的耦合壳,其中赋予颜色包括:以对应于颜色值的强度向打印介质施加磁场以控制颗粒间距,使得着色颗粒具有与颜色值对应的结构颜色。

这里,磁性构件可以包括Fe、Co、Ni、CoCu、CoPt、CoSm、NiFe、NiFeCo、γ-Fe2O3、Fe3O4、CoFe2O4、MnO、MnFe2O4或BaFe12O19中的至少一种。

这里,耦合壳可以包括以下物质中的至少一种:包含阳离子官能团或阴离子官能团的丙烯酸聚合物,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于硅烷的聚合物,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于钛酸盐的偶联剂,或包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于铝酸盐的偶联剂。

这里,磁芯还可以包括非磁性构件,磁性构件被提供为包覆非磁性构件的形式。

这里,非磁性构件可以包括SiO2、Al2O3、TiO2、聚苯乙烯、聚甲基倍半硅氧烷或PMMA中的至少一种。

这里,在赋予颜色时,使得参考形状数据和颜色数据,对应于颜色数据的颜色值的颜色通过特定层的整个区域被分配到对应于形状数据的坐标的各个部分,并且其中在制造特定层时,在颜色被赋予到对应于坐标的各个部分的状态下固化各个部分。

这里,在赋予颜色时,可以全面地对特定层的整个区域执行赋予,其中在制造特定层时,在坐标上择性地执行固化,其中参考形状数据,在通过特定层的整个区域赋予特定颜色值的状态下,坐标具有特定颜色值,通过重复赋予对应于特定颜色值的颜色,以及仅选择性固化具有特定颜色值的坐标来制造特定层。

这里,赋予颜色可以包括:参考形状数据,确定具有包括在特定层的整个区域的颜色数据中的特定颜色值的坐标,并且将特定颜色值赋予所确定的坐标,其中制造特定层包括仅选择性固化确定的坐标,并且相对于包括在颜色数据中的所有颜色值,通过重复确定、赋予特定颜色值和选择性地固化来制造特定层。

这里,可以包括将形状数据的坐标分类为预定数量的坐标组,其中坐标组是一组彼此隔开的坐标,其中,赋予颜色包括将颜色赋予到对应于包括在特定层的坐标组的特定坐标组中的坐标,其中制造特定层包括选择性地固化被赋予颜色的部分,并且相对于包括在颜色数据中的所有颜色值,通过重复将颜色赋予到对应于包括在特定坐标组中的坐标,以及选择性地固化被赋予颜色的部分而制造特定层。

这里,包括在坐标组中的坐标可以由相对于彼此在对角线方向上的坐标组成。

这里,赋予颜色可以包括当颜色值是彩色颜色时,控制颗粒间距,使得与光子晶体颗粒的颗粒间距对应的反射光对应于彩色颜色。

这里,着色颗粒可以具有作为非彩色颜色的结构颜色,其中赋予颜色包括将所述颜色赋予成材料颜色而不是所述着色颗粒的结构颜色,使得如果所述颜色值是所述非彩色颜色,则光子晶体颗粒具有不规则的颗粒间距。

这里,赋予颜色包括当颜色是非彩色颜色时,将待赋予非彩色颜色的区域划分成子区域,以及将彩色颜色赋予到各个子区域,该彩色颜色是表示所述非彩色颜色的组合。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印机,该3D打印机包括:盒体,盒体的上表面或下表面中的一个以透明的方式提供以作为工作表面,或上表面作为打开形式提供,使得打印介质的顶表面是工作表面,其中盒体包含包括着色颗粒和液态可固化材料的打印介质,可固化材料包含着色颗粒,其中着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据由磁场调整(控制)的颗粒间距所限定的结构颜色;以面向工作表面的平板形式提供的建模板,用于支撑3D对象;以平板形式的第一透明膜和在第一透明膜上以二维像素阵列布置的多个第一电极,其中第一电极布置成面向工作表面;颜色赋予模块,用于通过将磁场施加到打印介质的每个单元区域对每个单元区域向打印介质赋予颜色;用于存储固体对象的建模数据的存储器;以及控制器,用于通过基于建模数据控制施加到多个第一电极的电压以控制磁场强度来控制所赋予的颜色。

这里,建模数据包括指示在层中待固化的单元区域的形状数据和指示向待固化的单元区域给予颜色的颜色数据,其中控制器基于颜色数据控制施加到多个第一电极的电压并且对每个待固化的单元区域调整所赋予的颜色。

这里,多个第一电极是ITO透明电极。

这里,第一透明膜包括彼此相对的1-1透明膜和1-2透明膜,多个第一电极包括以二维像素阵列布置在1-1透明膜上的多个1-1电极,以及布置在1-2透明膜上的多个1-2电极,并且多个1-1电极和多个1-2电极被布置成面向彼此。

这里,多个第一电极可以包括以二维像素阵列设置在第一透明膜上的公用电极和与公用电极成对设置在透明膜上的接地电极。

这里,1-1电极和1-2电极设置在面向工作表面的第一透明膜的表面上。

这里,还包括固化模块,该固化模块用于通过固化位于工作表面上的打印介质来制造层。

这里,固化模块可以包括发出光的光源和控制所发出的光被照射到工作表面上的位置的光照射控制单元,其中光照射控制单元包括一对以平板形式提供的一对第二透明膜,以二维像素阵列布置在第二透明膜上的多个第二电极,以及设置在第二透明膜之间的液晶层,其中液晶层通过第二电极透过或不透过光,使得设置在光源和工作表面之间的打印介质通过单元区域固化,并且控制器包括用于基于建模数据控制被施加到多个第二电极的电压的控制器。

这里,光照射控制单元可以设置在颜色赋予模块的后表面上。

这里,建模数据可以包括指示在层中待固化的单元区域的形状数据,控制器控制施加到多个第二电极的电压,使得基于形状数据,光仅照射在待固化的单元区域上。

这里,固化模块可以包括在工作表面方向上发出光的光源和在平行于工作表面的方向上在两维移动光源的光照射控制器,控制器基于建模数据通过光照射控制器控制光源的开/关和光的照射位置,使得光照射到被赋予颜色的区域上,打印介质被固化并且颜色被固定。

这里,固化模块可以包括用于发出光的光源,用于在工作表面的方向上反射所发出的光的反射镜,以及用于调整反射镜的反射角的角度调整单元,以及控制器,该控制器基于建模数据通过光照射控制器控制光源的开/关和光的照射位置,使得光被照射到赋予颜色的区域上,并且打印介质被固化并且颜色被固定。

这里,还包括固化模块,该固化模块包括在工作表面方向上发出光的光源和位于颜色赋予模块的后表面上的液晶层,其中光源基于颜色赋予模块被定位成与工作表面相对,其中建模数据包括指示在层中待固化的单元区域的形状数据和指示向待固化的单元区域给予颜色的颜色数据;其中控制器控制待赋予到打印介质的颜色,并且在赋予颜色之后,通过控制每个单元区域的液晶层的光透射来固化打印介质,向每个单元区域赋予颜色,其中在通过基于光源被打开的状态下的形状数据控制施加到第一电极的电压的开/关而赋予颜色的状态下,通过基于颜色数据控制施加到第一电极的电压值,控制颜色。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来控制3D打印机制造3D对象的方法,其中通过使用打印介质形成3D对象,该打印介质包括作为具有根据颗粒间距限定的结构颜色的光子晶体颗粒提供的着色颗粒和包含着色颗粒的可固化材料,该颗粒间距通过电磁场调整,其中可固化材料作为液态提供,其中3D打印机包括对应于用于以二维像素阵列制造层的工作表面的每个单元区域所设置的电极,获得包括指示待固化的目标区域的形状数据和指示多个层中的每一层的目标区域的颜色的颜色数据的建模数据;通过基于颜色数据的颜色值向每个电极施加电压来产生磁场并且通过调整电压值来控制磁场的强度;磁场被施加到位于工作表面上的打印介质的每个单元区域,根据磁场的强度将结构颜色赋予到打印介质;以及基于形状数据,固化被赋予结构颜色的区域。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来制造3D对象的3D打印机,该3D打印机包括:盒体,盒体的上表面或下表面的一个表面以透明方式提供,使得一个表面是工作表面,或上表面作为打开形式提供,使得打印介质的顶表面是工作表面,其中盒体包含包括着色颗粒和液态可固化材料的打印介质,可固化材料包含着色颗粒,其中着色颗粒包括光子晶体颗粒并且具有根据通过磁场确定的颗粒间距所限定的结构颜色;以面向工作表面的平板形式提供的建模板,用于支撑3D对象;用于存储固体对象的建模数据的存储器;设置成面向工作表面并且向位于工作表面上的打印介质施加磁场的电磁体;以及控制器,用于基于建模数据控制施加到电磁体的电压以控制磁场的强度,以控制赋予到位于工作表面上的打印介质的颜色。

这里,还包括用于在平行于工作表面的二维平面上使电磁体移动的电磁体移动单元,其中控制器基于建模数据控制电磁体的位置以控制赋予颜色的区域。

这里,建模数据可以包括指示在层中待固化的区域的形状数据以及指示向待固化区域给予颜色的颜色数据,其中控制器使用电磁体移动单元将电磁体放置在待固化的区域中并且基于颜色数据控制施加到电磁体的电压值。

这里,还包括固化模块,该固化模块用于通过固化位于工作表面上的打印介质来制造该层。

这里,固化模块可以包括发出光的光源和控制所发出的光照射到工作表面上的位置的光照射控制单元,其中照射控制单元包括以平板形状提供的一对透明膜,在透明膜上以二维像素阵列布置的多个电极和设置在透明膜之间的液晶层,并且由电极通过使用穿过液晶层透射或未透射的光来固化打印介质的每个单元区域,并且其中控制器包括用于基于建模数据来控制施加到多个电极的电压的控制器。

这里,光照射控制单元可以被定位在电磁体和工作表面之间。

这里,建模数据可以包括指示在层中待固化的单元区域的形状数据,其中控制器控制施加到多个电极的电压,使得光基于形状数据仅照射在待固化的单元区域上。

这里,在电磁体中,可以形成孔,其中固化模块包括附接到工作表面相对于电磁体的相对侧的光源,其中光源通过孔在工作表面的方向上发出光,其中当基于建模数据将颜色赋予到打印介质时,控制器通过将光照射到由光源给予颜色的区域上控制光源以固化打印介质。

这里,固化模块可以包括用于发出光的光源,用于在工作表面的方向上反射所发出的光的反射镜和用于调整反射镜的反射角的光角度调整单元,其中控制器调整光源的开/关状态和光角度调整单元的反射角,使得执行打印介质的颜色的固化和固定,其中通过调整光的照射点执行固化和固定。

根据本发明的一个方面,可以提供用于通过沉积多个层来控制3D打印机制造3D对象的方法,其中通过使用打印介质,形成3D对象,该打印介质包括作为具有根据通过电磁场调整的颗粒间距所限定的结构颜色的光子晶体颗粒提供的着色颗粒和包含着色颗粒的可固化材料,其中,可固化材料作为液态提供,其中3D打印机包括设置在工作表面的后侧的电磁体,包括获得建模数据,该建模数据包括指示待固化的目标区域的形状数据和指示多个层中的每一层的固化目标区域的颜色的颜色数据;基于形状数据的目标值来控制电磁体的位置;基于颜色数据的颜色值向电磁体施加电压,以产生磁场并且将对应于颜色值的结构颜色赋予到打印介质,赋予结构颜色通过控制磁场的强度和通过控制电压值来赋予;以及基于形状数据固化被赋予结构颜色的区域。

I.打印介质

下文将描述根据本发明的实施方案的打印介质100的构思。

1.应用领域

在本发明中,打印介质100表示3D打印中构成三维(3D)对象M的材料。根据使用的材料,3D打印技术可以分为以下给出的三种类型。

i)光固化过程:使用通过特定光进行固化的可光固化的液体材料(例如,紫外线(UV)-固化树脂),该方式对应于Stratasys公司的PolyJet。

ii)烧结过程:激光被照射到在特定温度下进行固化的粉末材料,该方式对应于选择性激光烧结(SLS)和直接金属激光烧结(DMLS)。

iii)熔融沉积建模(FDM):热塑性树脂在特定温度或更高温度下熔化,然后冷却,长丝形式的材料主要通过加热喷嘴排出以形成所需形状,并且使用聚乳酸(PLA)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。

在本发明中,打印介质100是上述3D打印方法中的光固化过程中使用的材料。在光固化过程中使用的设备称为立体光刻设备(SLA),因此,光固化过程也称为SLA方法。

在本发明中,打印介质100作为液体被制备在光固化型3D打印机1000的盒体1100中,其外表面被光照射和固化以形成构成3D对象M的层L。这里,打印介质100包括可光固化材料120',并且当可光固化材料120'被照射和固化时形成层L。该层L的生成和所生成的层L的沉积被重复以形成3D对象M,使得完成使用根据本发明的实施方案的打印介质100的3D打印。

2.彩色3D打印

当在3D打印中使用根据本发明的实施方案的打印介质100时,颜色被随意呈现,因此彩色3D打印是可能的。

通常,常规的3D打印技术使得可以仅呈现单一的颜色或者仅以有限的形式呈现多种颜色。例如,在SLA方法或SLS方法的情况下,3D对象M根据其材料的原始颜色可以仅具有单一颜色。在FDM的情况下,一起使用具有不同颜色的长丝,并且可以限制性地制造多色3D对象M。然而,为了该目的,需要根据颜色提供长丝,并且长丝颜色未充分地变化。因此,颜色呈现受到限制。

这种在常规3D打印中的颜色呈现上的限制来自3D打印技术的特性,在3D打印技术中,因为难以同时使用多种材料并且材料本身的颜色(即材料颜色)被直接赋予作为3D对象M的颜色,通过将材料以层L的单元固化或凝固且将层L沉积而形成3D对象M。

另一方面,在SLA3D打印过程期间,在打印介质由光照射而固化之前或在打印介质由光照射而固化时,颜色被赋予到根据本发明的实施方案的打印介质100。具体地,根据本发明的实施方案的打印介质100包括光子晶体颗粒140',并且在3D打印中,光子晶体颗粒140'之间的颗粒间距D被控制以调整光子晶体颗粒140'的结构颜色并且向打印介质赋予颜色100。

3.打印介质的基本组成

下文将描述根据本发明的实施方案的打印介质100的基本组成。

图1是根据本发明的实施方案的打印介质100的基本组成的构思示意图。

参考图1,根据本发明的实施方案的打印介质100可以包括可固化材料120和主着色颗粒140。

1)可固化材料

在3D打印中,可固化材料120被固化并且使打印介质100形成3D对象M的层L。为了该目的,可固化材料120具有在特定条件下从液态固化到固态的性能。例如,根据由光(例如UV光、可见光等)或温度变化引起的化学变化过程,可固化材料120可以包括涉及固化过程的材料。

可固化材料120的典型示例是UV树脂,UV树脂是一种可光固化材料120'并且由UV光固化。通常,在SLA3D打印中,执行以下过程:在盒体1100中制备包括UV树脂的打印材料,然后发射UV光以生成构成以待固化的形式的3D对象M的层L。这里,UV树脂用于固定层L的形状。

毋庸置疑,在本发明中,可固化材料120不限于可光固化材料120'或UV树脂,并且应该被解释成包括热固化材料和具有在另一条件下从液态固化到固态的性能的材料。

此外,可固化材料120可以用于固定由主着色颗粒140呈现的颜色,即赋予到打印介质100的颜色。

具体地,如下执行颜色固定。当主着色颗粒140通过外部因素(例如,磁场等)以特定阵列结构布置时,主着色颗粒140呈现如下文将描述的对应于阵列结构的颜色。此时,当可固化材料120被固化时,主着色颗粒140的阵列结构不会塌陷,并且即使没有外部因素也被保持。因此,打印介质100的颜色被主着色颗粒140固定。

2)主着色颗粒

主着色颗粒140可以被提供作为根据阵列结构限定其结构颜色的光子晶体颗粒140'。例如,光子晶体颗粒140'可以仅反射与其间的间距(即,颗粒间距D)对应的波长的光。因此,打印介质100可以具有作为结构颜色的对应于反射波长的颜色。结果,主着色颗粒140可以通过使用其结构颜色呈现颜色向打印介质赋予颜色100。

为了显示可见光区域中的颜色,光子晶体颗粒140'可以具有50nm至2000nm的粒径,并且粒径的偏差可以小于10%。更优选地,光子晶体颗粒140'可以具有180nm至550nm的粒径,并且粒径的偏差可以小于10%。

图2是根据本发明的实施方案的光子晶体颗粒140'的示例的示意图,以及图3是根据本发明的实施方案的光子晶体颗粒140'的另一示例的示意图。

光子晶体颗粒140'可以包括磁芯142和耦合壳144。磁场可以施加在光子晶体颗粒140'上,使得光子晶体颗粒140'可以自组装成具有所需的颗粒间距D的阵列结构。以特定颗粒间距D设置的光子晶体颗粒140'显示出对应于颗粒间距D的结构颜色,结果,颜色可以被赋予到打印介质100。

具体地,光子晶体颗粒140'的自组装可以如下执行。

磁芯142通常为光子晶体颗粒140'的芯的形式,并且具有磁性。因此,当施加磁场时,磁芯142反应并且被拉向磁场。耦合壳144通常为环绕磁芯142的壳的形式,并且具有表面电荷。

因此,在磁场中,光子晶体颗粒140'的磁芯142向磁场牵拉,因此光子晶体颗粒140'被聚集。此时,由于由耦合壳144的表面电荷引起的电排斥力,故光子晶体颗粒140'以分开的预定的颗粒间距D而自组装。

这里,颗粒间距D被确定为磁场牵拉磁芯142的力与耦合壳144的排斥力平衡的间距,因此可以根据磁场的强度来确定。结果,通过调整施加到光子晶体颗粒140'的磁场的强度,可以控制打印介质100的颜色。

磁芯142可以大部分实施成数纳米或数百纳米的磁性纳米颗粒。磁性纳米颗粒可以被实施成以下形式:磁性构件142a仅构成如图2所示的磁芯142,或者非磁性构件142b包覆有如图3中所示的磁性构件142a。

作为磁性构件142a,可以使用磁性材料或磁性合金。磁性材料或磁性合金的示例可以是金属(例如Fe、Co、Ni等),其合金(例如CoCu、CoPt、CoSm、NiFe、NiFeCo等),其氧化物(例如γ-Fe2O3、Fe3O4、CoFe2O4、MnO、MnFe2O4、BaFe12O19等),及其混合物。

作为非磁性构件142b,可以使用金属氧化物(例如,SiO2、Al2O3、TiO2等)或有机材料(例如,聚苯乙烯,聚甲基倍半硅氧烷,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等)。非磁性构件142b通常可以以球形构件的形式提供,并且其表面可以包覆有磁性构件142a。

可以制造磁性纳米孔以具有超顺磁性性能,以根据磁场提高反应性,即,便于控制光子晶体颗粒140'的阵列结构。

大多数铁磁材料在其颗粒尺寸变为数纳米至数百纳米时被相变成超顺磁材料。由于磁场而获得磁性的一般铁磁材料即使磁场被去除也保持磁性,而超顺磁材料仅在外部磁场的影响下保持磁性并且当去除磁场时失去磁性。

因此,当使用超顺磁性时,根据磁场的强度可以容易地控制在光子晶体颗粒140'之间的颗粒间距D,并且可以方便地将所需的颜色施加到打印介质100。

耦合壳144用偶联剂包覆磁芯142的表面。作为偶联剂,可以使用:包含阳离子官能团或阴离子官能团的丙烯酸聚合物,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于硅烷的聚合物,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于钛酸盐的偶联剂,包含阳离子官能团或阴离子官能团的基于铝酸盐的偶联剂等。耦合壳144具有电极性并且因此互相相斥。出于该原因,在光子晶体颗粒140'之间产生排斥力。例如,当使用源自包含羧基的(甲基)丙烯酸的丙烯酸聚合物时,光子晶体颗粒140'的表面可以带负电,当使用源自包含氨基的(甲基)丙烯酸N-甲氨基乙酯的丙烯酸聚合物时,光子晶体颗粒140'的表面可以带正电。

同时,磁性构件142a、非磁性构件142b和耦合壳144的材料不限于上述示例,也可以使用以类似于示例的方式作用的其他材料。

根据本发明的基本组成的打印介质100可以如下制备。

首先,在光子晶体颗粒140'的制备中,将以Stober-Fink-Bohn方法制备的80g的250nm的单分散球形二氧化硅颗粒浸渍在2L的去离子水中,然后经受超声分散30分钟。随后,分散的球形二氧化硅溶液移至5L的玻璃反应器中,其中分散的溶液可以被搅拌,并且以1L/min的速率引入氮气以去除氧气。

5ml的Fe(NO3)3溶液(通过每100g去离子水溶解10g的Fe(NO3)3-9H2O而获得)被加入到分散溶液中,然后将分散溶液加热至80℃。此后,持续20分钟引入15wt%的KOH溶液以使pH值为7.0,分散溶液保持搅拌状态30分钟。

随后,当使用15wt%的KOH溶液保持pH值时,以0.5ml/min的速率引入600g的FeSO4溶液(通过将300g的FeSO4-7H2O溶解在1000g的去离子水中获得)以用Fe3O4包覆单分散的球形二氧化硅颗粒。

在引入完成后,将分散溶液搅拌30分钟,重复脱水并且用去离子水冲洗以去除残留的盐,然后在120℃下干燥12小时,以制备用Fe3O4包覆的单分散球形二氧化硅颗粒。随后,将用Fe3O4包覆的单分散球形二氧化硅颗粒分散在1L的无水乙醇中,引入10g的3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷,然后将溶液搅拌30分钟。此后,溶液被过滤,然后在70℃下干燥6小时,以制备黑色的光子晶体颗粒140'。

3)颜色赋予

使用上述打印介质100的基本组成,可以在打印介质100中赋予颜色。

图4示出使用具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质100进行颜色赋予的示意图。

如图4(a)中所示,具有基本组成的打印介质100以主着色颗粒140分散在可固化材料120中的形式制备。由于还没有施加磁场,所以主着色颗粒140之间的颗粒间距D变化。当将磁场施加到打印介质100时,通过施加到磁芯142的磁力和耦合壳144的电排斥力,主着色颗粒140可以以如图4(b)所示的特定的颗粒间距D均匀地设置。

当以该方式设置主着色颗粒140时,主着色颗粒140根据光子晶体颗粒140'之间的颗粒间距D显示出结构颜色,因此颜色可以被赋予到打印介质100。

当可固化材料120通过向打印介质100(其中颜色被赋予到打印介质100)发射光或热而被固化时,主着色颗粒140的设置如图4(c)所示被固定,因此,赋予到打印介质100的颜色可以被固定。随后,即使当磁场被去除时,打印介质100也可以保持如图4(d)所示的固定的颜色,这是因为可固化材料120已经被充分固化。

如上文参考图4所述,在赋予颜色的过程中,通过调整磁场强度,可以控制打印介质100的颜色。使用磁场强度,各种颜色可以被赋予到打印介质100。

图5示出使用具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质100进行颜色控制的示意图。

基本上,赋予到打印介质100的颜色根据主着色颗粒140之间的颗粒间距D被限定为结构颜色,并且主着色颗粒140之间的颗粒间距D被定义为这样的间距:在该间距处,由于磁芯142使主着色颗粒140聚集的力与主着色颗粒140之间的耦合壳144的排斥力平衡。

这里,耦合壳144的表面电荷量几乎均匀地保持,因此通过增大或减小磁场的强度可以增大或减小主着色颗粒140之间的颗粒间距D。具体地,当磁场强度增大时,颗粒间距D减小,相反地,当磁场强度减小时,颗粒间距D增大。根据与主着色颗粒140的颗粒间距D对应的反射的可见光的波长,赋予到打印介质100的颜色被确定为结构颜色。结果,当磁场的强度逐渐增大时,光子晶体颗粒140'的颗粒间距D按照图5的(a)、(b)和(c)的顺序减小,并且在打印介质100中可以赋予从红色到紫色的颜色。

同时,只有从红色到紫色的彩色颜色可以被赋予单频带可见光,但是通过对打印介质100的单元区域给出不同的颗粒间距D,颜色可以在宏观视图中组合以呈现非彩色颜色,或者甚至颜色属性(例如,饱和度和亮度)可以被控制以向打印介质100赋予各种颜色。

图6示出使用具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质100进行颜色组合的示意图。

参考图6,作为颜色组合的示例,打印介质100在微观级别上被划分为第一单元区域U1、第二单元区域U2和第三单元区域U3。主着色颗粒140在第一单元区域U1中以对应于红色的颗粒间距D设置,在第二单元区域U2中以对应于绿色的颗粒间距D设置,且在第三单元区域U3中以对应于蓝色的颗粒间距D设置。具有该阵列结构的打印介质100根据在如图6(a)中所示的微观视图中的单元区域而具有红色、绿色和蓝色,但是在如图6(b)中所示的宏观视图中可具有白色。

4.打印介质的另外的组成

下文将描述根据本发明的实施方案的打印介质100的另外的组成。

如上所述,使用根据主着色颗粒140的光子晶体阵列结构所反射的可见光区域,具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质100基本上以结构颜色赋予颜色。因此,在通过全面地控制饱和度、亮度等来赋予非彩色颜色或赋予全色时,打印介质100具有预定的限制。

毋庸置疑,通过根据打印介质100的单元区域单独地控制主着色颗粒140之间的颗粒间距D,可以将颜色组合。然而,为了将该技术赋予到3D打印技术,需要根据单元区域精确地赋予颜色和固定颜色。因此,3D打印机1000的生产成本增加,并且整个3D对象M的生产时间很可能增加。

因此,根据本发明的实施方案的打印介质100的另外的组成除了包括基本组成之外还可以包括亚着色颗粒160。这里,亚着色颗粒160表示将难以仅以主着色颗粒140的单一结构颜色呈现的颜色赋予到打印介质100的颗粒。

图7是根据本发明的实施方案的打印介质100的另外的组成的构思示意图。

1)亚着色颗粒

考虑到上述方面,优选选择具有非彩色颜色的材料作为亚着色颗粒160。例如,可以选择白色材料、灰色材料或黑色材料作为亚着色颗粒160。

毋庸置疑,亚着色颗粒160不一定受限于具有非彩色颜色的材料。

作为示例,当确定待3D打印的3D对象M的主颜色时,需要重复进行颜色赋予和颜色固定过程以呈现主着色颗粒140的主颜色,并且这很可能花费很多时间。因此,在该情况下,选择显示3D对象M的主颜色的材料作为亚着色颗粒160会是有利的。

作为另一个示例,当通过控制磁场难以呈现特定的彩色颜色作为结构颜色时,具有难以呈现的颜色的材料可以被选择作为亚着色颗粒160。换句话说,当打算将红色或紫色呈现作为单一结构颜色时,颗粒间距D应该为最大值或最小值,因此,磁场应该具有最大或最小的强度以呈现红色或紫色。然而,当以该方式难以控制磁场的强度时,红色或紫色的材料可以被制备作为亚着色颗粒160。

此外,不需要仅选择一种材料作为亚着色颗粒160。在需要的情况下,例如,可以制备两种黑色和白色的材料作为亚着色颗粒160。

此外,可以另外考虑主着色颗粒140的材料类型以选择亚着色颗粒160。例如,当主着色颗粒140的磁芯142包括磁性构件142a和非磁性构件142b时,去除了磁性构件142a的主着色颗粒140(即非磁性构件142b)可以被用作亚着色颗粒160。

在该情况下,通过简单地从主着色颗粒140的制造过程排除用磁性构件142a包覆或镀覆非磁性构件142b的过程,可以容易地生产亚着色颗粒160,从而导致过程上的增益。

这里,金属氧化物(例如ZnO,Al2O3,TiO2,炭黑粉末,Fe3O4,TiO2-x,氧化锌等)可以被用作亚着色颗粒160。例如,当ZnO,Al2O3,TiO2等被用作亚着色颗粒160时,可以呈现白色,当使用炭黑,Fe3O4,TiO2-x等时,可以呈现黑色。

同时,通过控制外部因素,应该能够选择主着色颗粒140或亚着色颗粒160以呈现打印介质100的颜色。换句话说,当打算通过固化目标区域(即,构成3D对象M的层L的一部分)中的主着色颗粒140赋予打印介质100的颜色时,需要从对应区域排除亚着色颗粒160并且仅剩留主着色颗粒140。另一方面,当打算通过亚着色颗粒160赋予打印介质100的颜色时,会需要从对应区域排除主着色颗粒140,并且仅剩留亚着色颗粒160。

为了该目的,例如,亚着色颗粒160与主着色颗粒140可以带相反的电荷。例如,当衍生自包含羧基的(甲基)丙烯酸的丙烯酸聚合物被用作主着色颗粒140的偶联剂时,光子晶体颗粒140'的表面带负电荷,并且衍生自包含带正电的氨基的(甲基)丙烯酸N-甲氨基乙酯的丙烯酸聚合物可以被选择作为亚着色颗粒160。

以该方式,当主着色颗粒140和亚着色颗粒160彼此带相反电荷时,可以排除任何一种着色颗粒,并且通过将电场施加到固化目标区域仅剩留另一种着色颗粒。

2)主着色颗粒的材料颜色

同时,主着色颗粒140的材料颜色(原色)也可以用于呈现颜色。如上所述,由于主着色颗粒140具有在如光子晶体颗粒140'的特定阵列结构的结构颜色,因此通过结构颜色可以呈现各种颜色。

然而,当外部因素(例如,磁场等)未被赋予到主着色颗粒140时,主着色颗粒140以随机的不规则的颗粒间距D分散在打印介质100中。在该情况下,主着色颗粒140的材料颜色可以被赋予作为打印介质100的颜色。

因此,出于与上述参考亚着色颗粒160类似的原因,优选选择具有难以呈现结构颜色的具有非彩色颜色的材料作为主着色颗粒140。作为示例可以选择白色,灰色或黑色材料作为主着色颗粒140。

毋庸置疑,主着色颗粒140不一定受限于非彩色材料。

例如,当确定待3D打印的3D对象M的主颜色时,需要使用主着色颗粒140的结构颜色重复颜色赋予和颜色固定过程以呈现主颜色,并且这很可能花费很多时间。因此,在该情况下,选择主着色颗粒140的材料颜色作为3D对象M的主颜色会是有利的。

作为另一个示例,当通过控制磁场难以将特定的彩色颜色呈现为结构颜色时,具有难以呈现的颜色作为其材料颜色的材料可以被选择作为主着色颗粒140。例如当打算将红色或紫色呈现为单一结构颜色时,颗粒间距D应该是最大值或最小值,因此,磁场应该具有最大强度或最小强度以呈现红色或紫色。然而,当以该方式难以控制磁场的强度时,具有红色或紫色作为其材料颜色的材料可以被制备作为主着色颗粒140。

同时,当主着色颗粒140和亚着色颗粒160一起使用时,可以优选使主着色颗粒140的材料颜色和亚着色颗粒160的颜色彼此不同。例如,白色材料可以被选择作为亚着色颗粒160,并且材料颜色为黑色的材料可以被选择作为主着色颗粒140。当以该方式选择主着色颗粒140和亚着色颗粒160的材料时,使用主着色颗粒140的结构颜色可以赋予彩色颜色,并且使用主着色颗粒140、亚着色颗粒160、或其组合可以赋予非彩色颜色。

通过特定示例,Fe3O4可以被用作唯一的磁性构件142a,即,主着色颗粒140的磁芯142,或者通过用对应于磁性构件142a的Fe3O4包覆对应于非磁性构件142b的SiO2所获得的材料可以被用作主着色颗粒140的磁芯142,衍生自包含羧基的(甲基)丙烯酸的丙烯酸聚合物可以被用作耦合壳144,并且用衍生自包含氨基的(甲基)丙烯酸N-甲氨基乙酯的丙烯酸聚合物包覆的TiO2粉末可以被用作亚着色颗粒160。这里,TiO2的材料颜色为白色,Fe3O4的材料颜色为黑色。在打印介质100中,亚着色颗粒160由于衍生自包含氨基的(甲基)丙烯酸N-甲氨基乙酯的丙烯酸聚合物而带正电,以及主着色颗粒140由于衍生自包含羧基的(甲基)丙烯酸的丙烯酸聚合物而带负电。

此外,作为亚着色颗粒160,可以使用羧基、酯基、烯丙基等以具有负电荷,或者可以使用铵聚合物、Al金属氧化物、Al金属络合物等以具有正电荷。

然而,亚着色颗粒160的材料应该被选择以具有与主着色颗粒140的电荷相反的电荷。

图8示出使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质100中的主着色颗粒140的结构颜色进行颜色赋予的示意图。

在根据上述特定示例的打印介质100的组成中,彩色颜色如下呈现。首先,制备具有如图8(a)中所示的另外的组成的打印介质100。接着,如图8(b)中所示,正电场被施加到待固化的区域,使得带正电的亚着色颗粒160被排除,并且仅剩留主着色颗粒140。在该情况下,如图8(c)中所示,磁场被施加以控制主着色颗粒140之间的颗粒间距D,使得所需的彩色颜色可以被赋予到打印介质100。随后,如图8(d)中所示,当执行固化过程时,被赋予到打印介质100的颜色被固定。

图9示出使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质100中的主着色颗粒140的材料颜色进行颜色赋予的示意图。

在非彩色颜色中,黑色可以如下呈现。正电场被施加到待固化的区域,使得带正电的亚着色颗粒160被排除,并且仅剩留主着色颗粒140。当在该情况下未施加磁场时,主着色颗粒140以随机的颗粒间距D布置。因此,主着色颗粒140不具有结构颜色,使得作为主着色颗粒140的材料颜色的黑色被赋予到打印介质100。

图10示出使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质100中的亚着色颗粒160进行颜色赋予的示意图。

当打算呈现白色时,负电场被施加到待固化的区域,使得带负电的主着色颗粒140被排除,并且仅剩留亚着色颗粒160。因此,亚着色颗粒160的白色由打印介质100呈现。

此外,当打算呈现灰色时,没有电场被施加到待固化的区域或者弱于施加用于黑色或白色的电场的电场被施加。因此,主着色颗粒140和亚着色颗粒160被控制以一起剩留在待固化的区域中,使得打印介质100可以呈现灰色。

如上所述,使用根据本发明的实施方案的打印介质100的另外的组成可以呈现非彩色颜色和彩色颜色两者。此外,通过组合彩色颜色和非彩色颜色,可以不仅控制待由打印介质100呈现的颜色的色调而且控制饱和度、亮度等,结果,全色3D打印会变得可行。

同时,亚着色颗粒160可以不一定包含在打印介质100的组成中。换句话说,使用主着色颗粒140的材料颜色的方法结合亚着色颗粒160已经描述,但是也可以赋予到具有基本组成且没有根据本发明的实施方案的亚着色颗粒160的打印介质100。

II.彩色3D打印方法

下文将描述根据本发明的彩色3D打印方法。这里,彩色3D打印方法是指使用上述打印介质100的基本组成和另外的组成,以全色或基本上全色打印3D对象M的方法。

在本说明书中,将描述使用打印介质100的基本组成和另外的组成的各种3D打印方法,并且应该注意,这两种3D打印方法都基于SLA方法。在首先描述使用基本组成的3D打印方法之后,将描述使用另外的组成的3D打印方法。

1.使用打印介质的基本组成的3D打印方法

图11是示出根据本发明的实施方案的3D打印方法的示例的流程图。参考图11,3D打印方法的示例可以包括:制备打印介质100的步骤(S110),获取建模数据的步骤(S120),提供工作目标层L的步骤(S130),向打印介质赋予颜色100的步骤(S140),通过固化打印介质100而将所赋予到打印介质100的颜色固定的步骤(S150),以及将层L沉积的步骤(S160)。以下将进一步地详细描述上述各个步骤。

1)制备打印介质

首先,制备打印介质100。如上所述,打印介质100具有根据本发明的实施方案的基本组成,并且通常包含和制备在3D打印机1000的盒体1100中。

2)建模数据

接着,对3D打印准备3D建模数据。

3D建模数据可以是3D对象M的形状的3D绘图数据(例如,计算机辅助设计(CAD)绘图等)或从这些绘图数据获得的多个层的数据组。在3D打印中,层L通常被固化且沉积以形成3D对象M,并且层数据可以是单独层L的数据。

层数据可以包括指示哪个层L的数据对应于层数据的层标识符,层L的形状的形状数据和层的颜色数据。

图12是示出根据本发明的实施方案的用于彩色3D打印的建模数据的示例的示意图。

参考图12,作为建模数据的示例,形状数据可以具有层标识符作为用于识别构成3D对象M的层L中的哪个层L对应于形状数据的索引,并且可以具有由层L的标识符指示的层L的形状的像素数据。此外,根据多份像素数据,层L可以具有颜色数据。这里,颜色数据可以呈现在通常常规使用的颜色空间中,例如,红-绿-蓝(RGB)颜色空间,青色-洋红色-黄色-黑色(CMYK)颜色空间等。然而,然而,不同于此,颜色数据也可以是通过主着色颗粒140赋予对应于对应颜色的结构颜色所需的磁场的强度值的变化形式。

同时,3D建模数据可以另外包括临时结构的临时结构数据。在3D打印中,第一层L通常形成在建模板1200上,并且随后的层L被固化并且沉积在前一层L上。当在前一层L和下一层之间存在层L的空间间隙时,下一层L不能沉积在前一层L上,因此用于沉积下一层L的另外的结构会临时需要。临时结构数据是这种临时结构的数据。

此外,临时结构可以包括由建模板1200和最终3D对象M之间的临时结构组成的层L的数据。通常,完成3D对象M涉及将3D对象M与建模板1200分离的过程。这里,当在建模板1200和3D对象M之间形成由临时结构组成的层L时,可以容易地执行分离过程。结果,临时结构数据是在最终3D对象中不必要但是仅在3D打印过程期间临时形成的一部分数据,临时结构可以被理解为全部是指在完成3D打印后从3D对象分离且从3D对象M去除的一部分。

3)制备工作目标层

现在,执行实际制造层L的操作。

通常,制造层L开始于打印介质100的上表面或下表面处。第一层L可以形成在建模板1200上,并且随后的层L可以形成在已经形成的层L上。因此首先,将建模板1200设置在远离打印介质100的上表面或下表面的预定厚度的位置,以制备固化目标层L。随后,建模板1200升高层L的单位厚度的同时制备固化目标层L,使得打印介质100的表面和先前固化的层L的上表面或下表面具有预定厚度。

4)赋予颜色

当制备固化目标层L时,颜色被赋予到打印介质100。参考建模数据,通过将磁场施加到所制备的固化目标层L,颜色被赋予。

具体地,检查颜色数据,并且调整磁场的强度以赋予由颜色数据所指示的颜色。根据磁场的强度控制主着色颗粒140之间的颗粒间距D,使得根据主着色颗粒140的光子晶体结构的结构颜色可以被赋予到打印介质100作为所需的颜色。

5)通过固化而固定颜色

当颜色被赋予到打印介质100时,打印介质100被固化。当打印介质100固化时,所赋予的颜色可以被固定。

具体地,待固化的像素可以参考形状数据的像素数据来确定,并且通过将用于固化的外部因素施加到对应的像素而固化。例如,当将作为可光固化材料120'的UV树脂用作可固化材料120时,打印介质100可以通过向待固化的像素发射UV光而固化。当打印介质100被固化时,主着色颗粒140之间的间距被固定。因此,即使当去除磁场时,此后也可以维持根据主着色颗粒140的光子晶体结构的结构颜色。

6)制作3D对象

当通过固化步骤(颜色固定步骤)形成层L时,制备下一个固化目标层L,并且参考对应层L的层数据而重复颜色赋予、固化和颜色固定以沉积层L。通过重复该过程到最后一个层L,形成3D对象M,并且完成彩色3D打印。

2.使用具有另外的组成的打印介质的3D打印方法

在上述3D打印方法中,仅主着色颗粒140的结构颜色被用于向打印介质100赋予颜色。根据3D打印方法,可以在打印介质100中基本上仅赋予彩色颜色,该彩色颜色可以通过结构颜色呈现。因此,可以呈现基本上全色,但仍然存在限制。毋庸置疑,如图6中所示,可以通过颜色组合来调整非彩色颜色、亮度、饱和度等,但是对相邻的像素单元赋予不同的颜色可能导致用于赋予的成本问题或者时间问题。例如,将像素划分为子像素的操作,将子像素定义为R像素、G像素和B像素的操作,以及通过组合子像素的颜色来以全色赋予像素的操作根据子像素的定义会需要打印分辨率至少为原始分辨率的三倍。

因此,为了赋予全色而不组合像素单位的颜色,可以使用具有另外的组成的打印介质100,并且使用根据本发明的实施方案的亚着色颗粒或主着色颗粒140的材料颜色。

图13是示出根据本发明的实施方案的3D打印方法的另一示例的流程图。

参考图13,3D打印方法的另一示例可以包括:制备打印介质100的步骤(S110'),获取建模数据的步骤(S120'),提供工作目标层L的步骤(S130'),确定所需颜色是否为亚着色颗粒160的材料颜色的步骤(S140'),当所需颜色不是亚着色颗粒160的材料颜色时排除亚着色颗粒160的步骤(S150'),确定所需颜色是否为主着色颗粒140的材料颜色的步骤(S152'),当所需颜色是主着色颗粒140的材料颜色时,将主着色颗粒140的材料颜色赋予作为打印介质100的颜色的步骤(S154'),当所需颜色不是主着色颗粒140的材料颜色时,通过主着色颗粒140的结构颜色向打印介质100赋予颜色的步骤(S156'),当所需颜色是亚着色颗粒160的材料颜色时,排除主着色颗粒140的步骤(S160'),将亚着色颗粒160的材料颜色赋予作为打印介质100的颜色的步骤(S165'),通过固化打印介质100而固定赋予到打印介质100的颜色的步骤(S170'),以及将层L沉积的步骤(S180)。

使用具有另外的组成的打印介质的这种3D全色打印方法可以如下执行。

首先,制备具有另外的组成的打印介质100。尽管具有另外的组成的打印介质100基本上包括亚着色颗粒160,但是当使用主着色颗粒140的材料颜色时,可以排除亚着色颗粒160。

接着,对3D打印准备3D建模数据。这里,3D建模数据中的颜色数据还可以包括关于主着色颗粒140的结构颜色、亚着色颗粒160的结构颜色和主着色颗粒140的材料颜色中的哪一种颜色用于呈现待赋予的颜色的信息。

图14是示出根据本发明的实施方案的用于彩色3D打印的颜色数据的示例的示意图。

参考图14,颜色数据可以包括用于用主着色颗粒140的结构颜色呈现的颜色的磁场强度,而不论待赋予的颜色是否是用主着色颗粒140的材料颜色呈现的颜色,不论待赋予的颜色是否是用亚着色颗粒160的材料颜色呈现的颜色,不论待赋予的颜色是否是通过混合主着色颗粒140的材料颜色和亚着色颗粒160的材料颜色而呈现的颜色,等。

接着,制备固化目标层L(即工作目标层L),然后执行颜色赋予过程。

在颜色施加中,确定用于呈现打印介质100的颜色的颗粒。

当待赋予的颜色是用主着色颗粒140的结构颜色或材料颜色呈现的颜色时,使用电场等从待固化的区域排除亚着色颗粒160,并且仅剩留主着色颗粒140。

在剩留主着色颗粒140之后,确定主着色颗粒140的结构颜色或材料颜色是否将赋予作为打印介质100的颜色。当以结构颜色执行颜色施加时,对应于结构颜色的磁场被施加,使得主着色颗粒140以阵列设置在预定的颗粒间距D处。此外,当以主着色颗粒140的材料颜色执行颜色施加时,不施加磁场,并且主着色颗粒140之间的颗粒间距D被随机化,使得亚着色颗粒160的材料颜色被赋予到打印介质100。

另一方面,当待赋予的颜色是以亚着色颗粒160的材料颜色呈现的颜色时,使用电场等从待固化的区域排除主着色颗粒140,并且仅剩留亚着色颗粒160。因此,亚着色颗粒160的材料颜色可以被赋予到打印介质100。

同时,当打算呈现主着色颗粒140的材料颜色和亚着色颗粒160的材料颜色的混合颜色时,不施加电场或以适当的强度施加电场以调整主着色颗粒140和亚着色颗粒160的混合比例。由于没有磁场施加到打印介质100,所以主着色颗粒140的材料颜色和亚着色颗粒160的材料颜色的混合颜色被赋予到打印介质100。

此外,还可以混合主着色颗粒140的结构颜色和亚着色颗粒160的材料颜色。在该情况下,不施加电场或以适当的强度施加电场以调整主着色颗粒140和亚着色颗粒160的混合比例,然后施加磁场,使得主着色颗粒140以光子晶体阵列布置。因此,主着色颗粒140具有结构颜色,并且亚着色颗粒160具有材料颜色,使得通过将主着色颗粒140的结构颜色和亚着色颗粒160的材料颜色组合所获得的颜色可以被赋予到打印介质100。

在颜色赋予过程中,可以不使用主着色颗粒140的材料颜色,并且根据需要可以仅使用亚着色颗粒160的材料颜色。相反,也可以从另外的组成中排除子颜色,并且仅使用主着色颗粒140的材料颜色。

作为示例,当不使用主着色颗粒140的材料颜色时,可以如下执行颜色赋予。当待赋予的颜色是用主着色颗粒140的结构颜色呈现的颜色时,使用电场等从待固化的区域排除亚着色颗粒160,并且仅剩留主着色颗粒140。这里,磁场被施加到打印介质100以调整主着色颗粒140之间的颗粒间距D。以该方式,主着色颗粒140具有对应于颗粒间距D的结构颜色,使得特定的结构颜色可以被赋予到打印介质100。此外,当待赋予的颜色是用亚着色颗粒160的材料颜色呈现的颜色时,使用电场等从待固化的区域排除主着色颗粒140并且仅剩留亚着色颗粒160,使得亚着色颗粒160的材料颜色可以被赋予到打印介质100。

作为另一示例,当从另外的组成中排除亚着色颗粒160时,可以如下执行颜色赋予。当待赋予的颜色是用主着色颗粒140的结构颜色呈现的颜色时,磁场被用于控制主着色颗粒140之间的颗粒间距D,使得根据取决于主着色颗粒140的光子结晶度的结构颜色而将颜色赋予到打印介质100。当待赋予的颜色是用主着色颗粒140的材料颜色呈现的颜色时,不施加磁场,并且在主着色颗粒140之间的颗粒间距D被随机化,使得主着色颗粒140的材料颜色被赋予到打印介质100。

当上述颜色赋予完成时,通过固化打印介质100而固定颜色的同时,形成层L,并且通过重复颜色赋予、层(L)的固化和沉积而最终完成3D对象M。

3.颜色赋予和颜色固定方法

在上述示例中,可以以各种形式执行颜色赋予和颜色固定,并且下文将描述一些形式。

图15示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色赋予和颜色固定的第一形式的示意图。图15示出待固化的层(即工作目标层)的自上而下的视图,当层随机地具有7×7单元区域时,单元区域中的中心的6×6区域是固化目标区域,可以打算以第一颜色打印固化目标区域的边缘,以第二颜色打印中心部分,并且以第三颜色打印边缘和中心部分之间的区域。然而,图15的情况仅是说明本发明中的颜色赋予和颜色固定方法的原理的示例,应当注意,固化目标区域、待赋予的颜色的色调、待着色的区域等可以进行不同地变化。此外,对于下述的其他形式的颜色赋予和颜色固定也是如此。

根据一种形式,如图15(a)所示,当对特定层L执行颜色赋予时,层L的整个区域可以被着色。这里,参考建模数据中的形状数据和颜色数据,颜色赋予将给予待固化的部分该部分将具有的颜色。具体地,参考形状数据确定待固化的区域,参考待固化区域的颜色数据的颜色值,然后根据待固化的区域赋予颜色值。这里,合适的磁场被施加到具有不同颜色值的区域,使得主着色颗粒140具有与颜色值对应的结构颜色。

当可固化材料120在该情况下如图15(b)中所示被固化时,单层L可以形成为具有如图15(c)所示的颜色。

图16示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色赋予和颜色固定的第二形式的示意图。

根据另一形式,第一颜色被赋予到如图16(a)所示的整个特定层L,然后在如图16(b)所示的层L中可以仅将具有根据建模数据的第一颜色的部分固化。

这里,在建模数据中,层数据可以具有颜色标识符以及还有层L的标识符,并且每个颜色标识符可以具有形状数据。图17是示出用于根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色赋予和颜色固定的第二形式的建模数据的示意图。

当如图16(c)所示将具有第一颜色的整个部分固化时,然后如图16(d)所示第二颜色被赋予到整个层L,然后如图16(e)所示根据建模数据在层L中具有第二颜色的一部分被固化。此时,尽管磁场可以被施加到已经固化的区域,但是颜色已经通过固化而固定,因此不受磁场的影响。以该方式,如图16(f)所示对应于第二颜色的区域可以被固化。随后,通过如图16(g)和16(h)中所示重复用于包括在建模数据中的所有颜色的该过程,层L中待固化的所有部分可以根据如图16(i)所示的像素而最终以所需的颜色固化。

图18示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色赋予和颜色固定的第三形式的示意图。

根据另一形式,如图18(a)所示,颜色被赋予到一个像素或者包括单一像素的区域,然后可以直接固化像素或区域。随后,如图18(b)所示,可以对另一像素执行颜色赋予和颜色固定。参考图18(c)和18(d),以类似于图18(a)和18(b)的方式可以对沿着路径的其他像素执行操作。随后,在对对应的层L中待固化的部分重复执行这样的操作,使得如图18(e)所示可以完成单一层L。

同时,图18(c)和图18(d)中所示的路径是任意的并且可以适当地改变。

例如,在图18(c)中,路径被配置成使得在从上至下的方向上完成用于固化目标像素的操作,然后在右侧的像素上执行。

不同于此,在图18(d)中,路径被设置,使得在第一颜色的像素、第二颜色的像素、然后是第三颜色的像素上执行该操作。换句话说,在图18(d)中,路径被设置,使得在具有相同颜色值的区域上执行该操作,然后对另一颜色值执行操作。在该情况下,在路径中具有相同颜色值的区域上连续地执行颜色赋予和颜色固定的操作,因此使得可以使磁场强度的变化最小化。为了设置这样的路径,需要确定颜色值和具有颜色值的区域,对于该确定,参考图17中所示的建模数据是足够的。换句话说,使用与相同颜色标识符相关联的目标可以配置该路径。

图19至图21示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的颜色赋予和颜色固定的第四形式的示意图。

根据另一形式,在对应层L的像素中的待固化的区域中,可以设置彼此对角线定位的1-1像素组,以及设置另一像素组,即,在图19(a)中彼此对角线定位的1-2像素组。这里,如图19(b)所示,可以在1-1像素组上执行颜色赋予和颜色固定,然后如图19(c)所示在1-2像素组上执行颜色赋予和颜色固定。以该方式,如图19(d)所示,完成对应层L的所有像素的操作,并且当对每个层L重复该操作时,结果可以完成3D对象M。

不是对相邻像素而是对彼此对角线定位的像素执行颜色赋予和颜色固定的原因是主着色颗粒140的颜色根据磁场的强度被精细地控制,并且由于磁场强度的干扰,会难以将准确颜色施加到相邻像素。

在需要的情况下,如图20中所示,对于彼此相距一个像素的2-1像素组、2-2像素组、2-3像素组和2-4像素组,可以执行四次彩色赋予和颜色固定。毋庸置疑,根据磁场的强度和结构颜色控制的灵敏度,可以如图21设置彼此相距两个像素的像素组(A像素组、B像素组和C像素组)或者以各种其他方式设置像素组。

4.外部颜色处理

在某些情况下,可以不需要向3D对象M的内部赋予颜色。这是因为未示出3D对象M的内部,并且向其赋予颜色会是无意义的。

考虑到这一点,当没有颜色赋予到3D对象的内部并且颜色仅被赋予到外部时,可以增大彩色3D打印的操作速度,或者可以获得其他另外的效益。

当打算仅将颜色赋予到3D对象M的表面时,确定层L的一部分是否是来自建模数据的表面,然后当该部分不是表面而是内部时,该部分可以直接固化而不赋予任何颜色。基于该部分根据层数据中的形状数据是否对应于层L的最外边缘或者像素的颜色数据是否由空值呈现,可以确定该部分是否暴露于外部。

图22示出根据本发明的实施方案的彩色3D打印中的外部颜色处理的示意图。

可以预期,3D对象M的表面将被划伤或损坏部分地丢失,并且内部将被暴露。因此,例如,当打算形成如图22(a)中所示的层时,优选将颜色仅赋予到边缘部分。因此,如图如图22(b)中所示,颜色从3D对象M的表面可以被赋予预定厚度(对应于图22(b)中的一个像素),并且没有颜色可以被赋予到设置在厚度中的部分。

当具有根据本发明的实施方案的基本组成的打印介质100用于没有赋予颜色的内部时,主着色颗粒140等的材料颜色可以被直接确定为内部颜色并且可以呈现为颜色数据中的空值。类似地,当使用具有另外的组成的打印介质100时,主着色颗粒140的材料颜色或亚着色颗粒160的材料颜色或主着色颗粒140的材料颜色和亚着色颗粒160的材料颜色的混合颜色可以被确定为内部的颜色,并且也可以通过颜色数据中的空值来指示。

同时,对于临时结构非常有利的是,在工作进度方面通常具有空的颜色值。

III.彩色3D打印机

下文将描述使用上述打印介质100执行彩色3D打印的3D打印机1000。

1.基本配置

图23是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的框图。

参考图23,彩色3D打印机1000可以包括:盒体1100,建模板1200,上升模块1250,颜色赋予模块1300,固化模块1400,输入/输出模块1500,通信模块1600,存储器1700,和控制器1800。

1)盒体

盒体1100包含打印介质100。

在3D打印中,层L从打印介质100的表面生长。由于3D对象M通常通过竖直沉积平面层L来获得,盒体1100的顶表面和底表面的作为工作表面的至少一个表面被设置作为平面表面。因此,盒体1100通常可以是矩形柱或圆柱形柱的形式。

当打印介质100的可固化材料120是可光固化的时,工作表面可以设置有透明材料,使得光可以通过盒体1100并且到达打印介质100。当层L从打印介质100的上表面形成时,可以打开盒体1100的顶表面。在该情况下,打印机可以另外地包括覆盖盒体1100的盖或壳,以防止打印介质100泄漏。不同于此,固化模块1400可以设置在盒体1100中,并且盒体1100可以包含打印介质100以及还有固化模块1400。

当使用向上工作表面时,可以将光直接照射到打印介质100。然而,由于打印介质100处于液体状态,所以下文待描述的建模板1200的高度应该根据晃动或表面的高度而精确地控制。另一方面,当使用向下的工作表面时,不能使用敞开的盒体1100,因此很好地透射用于固化可固化材料120的光等的材料应该被选择用于盒体1100的下表面。

此外,可以透明或半透明地提供与盒体1100的工作表面不同的表面(例如,侧表面等),使得工人可以容易地识别3D打印的进度。

同时,在向打印介质100赋予颜色的过程中或在固定被赋予到打印介质100的颜色的固化过程中,颜色赋予的程度或固化程度会对打印介质100的温度等敏感。因此,用于感测温度的温度传感器、用于调整温度的温度控制器等可以安装在盒体1100中。

2)建模板和上升模块

建模板1200支撑第一层L(该第一层L是构成3D对象M或成为临时结构的层L)。通常,建模板1200可以设置成平行于工作表面的板。上升模块1250用于在沉积方向(通常在竖直方向上)使该建模板1200上升。上升模块1250可以被赋予作为活塞、马达等。建模板1200设置在与打印介质100的工作表面相距层L的单位厚度的位置处以形成第一层L,然后每当形成层L时远离工作表面同时上升单位高度。

3)颜色赋予模块

颜色赋予模块1300可以基本上包括主颜色赋予模块1320,该主颜色赋予模块1320用于将主着色颗粒140布置在光子晶体阵列中,由此使用主着色颗粒140的结构颜色将颜色赋予到打印介质100。

磁场赋予模块1320'(例如,产生磁场的电极等)通常可以被用作主颜色赋予模块1320。这里,磁场赋予模块1320'是这样的模块:该模块将磁场施加到工作目标层L,通过调整磁场的强度来调整主着色颗粒140之间的颗粒间距D以使主着色颗粒140形成光子晶体结构,并且结果向打印介质100赋予结构颜色。

同时,颜色赋予模块1300可以另外包括子颜色赋予模块1340。当使用具有包括根据本发明的实施方案的亚着色颗粒160的另外的组成的打印介质100执行3D打印操作时,子颜色赋予模块1340用于从工作目标层L中选择性地排除亚着色颗粒160和主着色颗粒140中的任意一种并且保留另一种。

通常电场施加模块1340'(例如产生电场的电极等)可以被用作子颜色赋予模块1340。这里,电场施加模块1340'用于从工作目标层L推出主着色颗粒140和亚着色颗粒160中的一种,并且通过向工作目标层L施加电场而根据电场的极性拉动主着色颗粒140和亚着色颗粒160中的另一种。

优选的是上述颜色赋予模块1300位于打印介质100或者盒体1100的工作表面侧,并且主颜色赋予模块1320和子颜色赋予模块1340可以被赋予作为单独的物理部件或一个物理部件。

4)固化模块

固化模块1400用于通过将固化因子赋予到可固化材料120而固化打印介质100,以及用于在固化过程中将赋予到打印介质的颜色固定。当可光固化材料120'被用作可固化材料120时,固化模块1400可以是发出光的光源1420。例如,当UV树脂被用作可固化材料120时,固化模块1400可以包括UV光源。可选地,激光枪等可以被用作固化模块1400。

5)输入/输出模块

输入/输出模块1500包括接收用户输入或向用户输出信息的各种接口、连接端口等。

输入模块可以从用户接收用户输入。用户输入可以以包括键输入、触摸输入和语音输入的各种形式进行。能够接收用户输入的这种输入模块是包括以下所有的全面构思:例如,常规小键盘,键盘和鼠标,用于感测用户触摸的触摸传感器,用于接收语音信号的麦克风,用于通过图像识别等识别手势等的照相机,由用于感测用户靠近的照度传感器、红外线传感器等组成的近端传感器,用于通过加速度传感器、陀螺传感器等识别用户的运动的运动传感器,以及用于感测或接收各种用户输入的各种其他形式的输入部件。这里,触摸传感器可以被赋予作为附接到显示面板的触摸面板,用于通过触摸膜感测触摸的压电式触摸传感器或电容式触摸传感器,用于以光学方式感测触摸的光学触摸传感器等。

此外,输入模块可以以输入接口(通用串行总线(USB)端口、个人系统/2(PS/2)端口等)的形式赋予,该输入接口将用于接收用户输入的外部输入设备连接到3D打印机1000而不是用于感测用户输入的设备本身。

输出模块可以向用户输出和提供各种信息。这种输出模块是包括以下的所有构思:用于输出图像的显示器,用于输出声音的扬声器,用于产生振动的触觉设备以及各种其他形式的输出部件。此外,输出模块可以以端口型输出接口的形式赋予,该端口型输出接口将上述各个输出部件连接到3D打印机1000。

这里,显示器可以通过示例来显示文本、静止图像和视频。显示器是包括所有以下的宽泛定义的图像显示设备的构思:液晶显示器(LCD),发光二极管(LED)显示器,有机发光二极管(OLED)显示器,平板显示器(FPD),透明显示器,弯曲显示器,柔性显示器,3D显示器,全息显示器,投影仪以及能够执行图像输出功能的各种形式的其他设备。这种显示器可以是与输入模块的触摸传感器一体地形成的触摸显示器的形式。

6)通信模块

通信模块1600可以执行与外部设备的通信。因此,3D打印机1000可以与外部设备交换各种信息。这里,可以以有线或无线的方式执行通信(即数据交换)。为了该目的,通信模块1600可以由以下组成:用于经由局域网(LAN)接入因特网等的有线通信模块,用于经由移动通信基站接入移动通信网络以及发送和接收数据的移动通信模块,使用无线局域网(WLAN)通信技术(例如,无线保真(Wi-Fi))或无线个人局域网(WPAN)通信技术(例如,Bluetooth和ZigBee)的短程通信模块,使用全球导航卫星系统(GNSS)(例如,全球定位系统(GPS)或其组合)的卫星通信模块。

7)存储器

存储器1700可以存储各种信息。存储器1700可以临时或半永久地存储数据。存储器1700的示例可以包括硬盘驱动器(HDD),固态驱动器(SDD),闪速存储器,只读存储器(ROM),随机存取存储器(RAM)等。该存储器1700可以以嵌入在3D打印机1000中或者可以从3D打印机1000拆卸的形式提供。

在存储器1700中,可以存储需要或用于操作3D打印机1000的各种数据,例如,用于操作的操作系统(OS),3D建模数据,层数据,用于将3D对象M的绘图转换成3D建模数据或层数据的表格,应用程序等。

8)控制器

控制器1800控制3D打印机1000的整体操作。为了该目的,控制器1800可以执行各种信息的计算和处理以及控制3D打印机1000的部件的操作。

根据硬件和软件的组合,控制器1800可被实现为硬件,软件或计算机或类似设备。可以作为以处理电信号来执行控制功能的电子电路的形式的硬件以及可以作为以操作硬件控制器1800的程序的形式的软件而提供控制器1800。

从现在起,3D打印机100的操作可被解释为在控制器1800的控制下执行,除非在下文的描述中特别提及。

2.3D打印机的操作

下文将描述使用上述3D打印机1000的彩色3D打印的赋予。

首先,3D建模数据可以存储在存储器1700中。3D建模数据可以通过通信模块1600从网站、个人计算机(PC)等加载到存储器1700中。在该过程中,当PC通过3D打印应用程序将诸如CAD绘图等的3D数据绘图转换成层数据时,可以获得3D建模数据。可选地,CAD绘图可以直接地被加载到存储器1700中,然后控制器1800可以将CAD绘图转换成层数据。

盒体1100包含打印介质100。这里,控制器1800可以通过温度传感器等检测盒体1100的温度或3D打印所需的其他环境因素,并且通过部件(如温度控制器)适当地控制温度或其他环境因素。

接着,控制器1800控制上升模块1250以将建模板1200设置在适当的位置,使得工作目标层L被制备。当工作目标层L是第一层L时,建模板1200被设置在与打印介质100或盒体1100的工作表面相距层L的单位厚度的位置处。随后,每当对特定层L的操作完成直到3D对象M完成时,建模板1200另外与工作表面隔开层L的单位厚度。

当在打印介质100的表面(工作表面)和建模板1200之间或在打印介质100的表面(工作表面)和已经固化的先前的工作目标层L之间制备工作目标层L时,颜色赋予模块1300通过对该区域施加磁场等而向打印介质100的工作目标层L的区域赋予颜色。当没有设置颜色或颜色值为空值时,颜色赋予模块1300可以不执行任何操作。

具体地,控制器1800可以参考工作目标层L的颜色数据来操作颜色赋予模块1300。例如,在磁场施加模块1320'的情况下,控制器1800可以控制磁场施加模块1320'以根据颜色数据值施加适当强度的磁场。这里,控制器1800可以参考像素数据将不同的磁场强度施加到工作目标层L中的固化目标像素。毋庸置疑,不同于此,在一种颜色可以被赋予到整个工作目标层L或者特定的颜色可以被赋予和固化之后,然后可以赋予另一颜色。各种形式的颜色施加和颜色固定已经在上文描述,这里不再重复。

当将颜色赋予到打印介质100或者不需要向打印介质100赋予任何颜色时,固化模块1400固化工作目标层L。控制器1800参考层数据中的形状数据(像素数据)而确定待固化的像素,并且使固化模块1400固化像素。像颜色施加一样,可以以各种形式执行固化。这些已经在颜色固定中详细描述,这里不再重复。

当完成用于单一工作目标层L的固化操作时,重复制备下一个工作目标层L和执行颜色赋予和颜色固定(固化)的过程,以逐渐形成层L。最终,3D对象M通过沉积层而形成,使得可以完成3D打印。

这里,通过从建模数据依次加载层L的标识符,可以执行根据层L的操作。例如,假定3D对象M由10层L构成,则加载第一层L的形状数据和颜色数据,制备用于第一层L的工作目标层L,参考颜色数据赋予颜色,然后参考形状数据执行固化操作。接着,对于第二层L、第三层L、……、和第十层L,重复层L的制备、颜色赋予和固化。

当3D打印完成时,可以通过输出单元等通知用户3D打印已经完成。

同时,控制器1800可以从层数据等计算预计的整个工作时间,并且在打印开始之前或在打印期间通过输出模块显示预计的整个工作时间。

此外,用户可以通过输入模块选择非彩色颜色模式、纯色模式、表面颜色模式等。在非彩色颜色模式中,执行3D打印而不呈现任何颜色,即,执行单色调3D打印而不考虑颜色数据。在纯色模式中,通过考虑层数据中的所有颜色数据,甚至使3D对象M的内部被着色的同时,执行打印,以及在表面颜色模式中,根据颜色数据的颜色仅被赋予到具有预先设置为从3D对象M的表面到内部的厚度或根据用户的输入设置的厚度的一部分。

以下参考附图将描述上述3D打印机1000的各种赋予示例。然而,下文描述的赋予示例是根据本发明的实施方案的3D打印机1000的赋予的示例,并且应当注意,本发明的精神不限于这些赋予示例。

IV.彩色3D打印机的第一赋予示例

图24是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第一赋予示例的透视图,图25是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第一赋予示例的横截面视图。

在图24和图25所示的彩色3D打印机1000的第一赋予示例中,可以以像素单元执行颜色施加和颜色固定(即,固化)。

参考图24和图25,打印介质100被包含在盒体1100中,并且由于底表面用作工作表面,所以盒体1100的底表面被透明地提供。颜色赋予模块1300设置在盒体1100的下方。此外,固化模块1400设置在颜色赋予模块1300的下方。

图26是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第一赋予示例的颜色赋予模块1300和固化模块1400的横截面视图。

参考图26,颜色赋予模块1300可以以像素单元向工作表面施加磁场。这里,由颜色赋予模块1300施加的磁场强度可以由控制器1800控制。此外,固化模块1400包括光源1420和光照射控制单元1440。光源1420发出光,以及光照射控制单元1440将从光源1420发出的光以像素单元导向到工作表面。

1.使用2D电极阵列的颜色赋予模块1300

图27是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第一赋予示例的颜色赋予模块1300的透视图。

具体地,颜色赋予模块1300是电极1304以2D阵列设置在透明膜1302上的形式。这里,各种透明材料(包括玻璃、PMMA等)可以被用作透明膜1302。另外,包括透明氧化铟锡(ITO)电极的各种材料材料可以被用作电极1304。连接到电极1304的导线1306可以使用金属材料。

在图27中所示的形式中,每个电极1304可以通过导线1306接收电压并且产生磁场。这样的磁场被施加到工作表面上的打印介质100上,并且根据磁场来控制主着色颗粒140之间的颗粒间距D,使得颜色可以被赋予到打印介质100。此时,控制器1800可以通过控制施加到电极1304的电压来调整磁场强度。当调整磁场强度时,可以调整主着色颗粒140之间的颗粒间距D,并且作为结果,可以调整被赋予到在工作表面上的打印介质100的颜色。

因此,通过根据以2D阵列设置的电极1304来控制磁场,颜色赋予模块1300可以根据像素向打印介质100赋予颜色。

图28和图29是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第一赋予示例中的颜色模块的横截面视图。

参考图28,在颜色赋予模块1300中,公用电极1304a和接地电极1304b可以设置在单一透明膜1302上。这里,公用电极1304a和接地电极1304b设置在面向工作表面的透明膜1302的表面上,使得磁场可以平稳地施加到打印介质100。毋庸置疑,公用电极1304a和接地电极1304b可以设置在与面向工作表面的透明膜1302的表面相对的表面上。

另外,参考图29,在颜色赋予模块1300中,公用电极1304a和接地电极1304b可以分别设置在一对膜1302a和1302b上。然而,在图30中所示的颜色赋予模块1300中,磁场集中在公用电极1304a和接地电极1304b之间,使得可以减小赋予到打印介质100的磁场强度。

2.使用2D电极阵列的固化模块

图30是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第一赋予示例的固化模块1400的横截面视图。

参考图30,在固化模块1400中,光照射控制单元1440可以包括一对透明膜1442,安装在透明膜1442上的电极1444和设置在这一对透明膜1442之间的有机液晶层1446。这类似于去除了滤色器的薄膜晶体管(TFT)LCD。

这里,电极1444以2D阵列布置在透明膜1442上,并且根据电极1444的打开或关闭可以控制光是否通过有机液晶层1446。因此,从光源1420所发出的光可以由每个电极以像素单元透射到工作表面。

因此,通过由以2D阵列设置的每个电极1444根据像素控制透射到打印介质100的工作表面的光,固化模块1400可以以像素单元固化打印介质100。

同时,在光照射控制单元1440中,电极1444包括公用电极1444a和接地电极1444b,并且公用电极1444a和接地电极1444b可以分别设置在一对膜上或者如图28和图29中一样一起设置在一个膜上。

3.以像素单元进行的彩色3D打印操作

当使用根据上述第一赋予示例的颜色赋予模块1300和固化模块1400时,可以以像素单元执行彩色3D打印。下文将描述根据第一赋予示例的3D打印机1000的操作。

当通过输入模块输入用于预定3D对象M的打印命令,同时打印介质100被包含在盒体1100中时,控制器1800根据打印命令开始3D打印操作。

当3D打印开始时,控制器1800获取3D对象M的3D建模数据,并且控制上升模块1250以通过调整建模板1200的高度而提供作为打印介质100的工作表面中的工作目标层L的区域。另外,控制器1800从建模数据提取工作目标层L的层数据。

接着,控制器1800参考颜色数据控制施加到电极的电压,使得颜色根据像素被赋予。这里,控制器1800可以赋予待赋予到对应层L的颜色中的一种,对应于颜色对像素执行固化操作,然后对其他颜色重复该过程以完成用于对应层L的操作。可选地,控制器1800可以同时赋予待赋予到对应层L的所有颜色,并且仅执行一次固化操作以完成对应层L的操作。

毋庸置疑,作为折中,可以同时赋予预定数量的颜色,仅与颜色对应的像素可以被固化,然后对预定数量的其他颜色可以重复该过程,以对对应层L完成操作。

当如上所述完成颜色赋予和颜色固定时,重复操作以沉积层L,同时建模板1200重复地升高层L的厚度,使得可以生成3D对象M。

同时,尽管已经描述了在彩色3D打印机1000的第一赋予示例中,使用2D电极阵列,颜色赋予模块1300和固化模块1400以像素单元执行颜色赋予和颜色固定(固化),但是颜色赋予模块1300和固化模块1400不一定具有相同的像素分辨率。

例如,颜色赋予模块1300可以具有比固化模块1400更大或更小的像素数量。因此,固化模块1400固化单元区域的分辨率可以高于或低于颜色可以被赋予到单元区域处的分辨率。

V.彩色3D打印机的第二赋予示例

图31是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第二赋予示例的横截面视图。

在根据第二赋予示例的彩色3D打印机1000中,着色颗粒选择模块1320'添加到根据第一赋予示例的彩色3D打印机1000。这里,着色颗粒选择模块1320'用于从工作目标层L排除主着色颗粒140和亚着色颗粒160中的一种,并且通过向打印介质100施加电场而剩留另一种。

图32是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第二赋予示例的着色颗粒选择模块1320'的横截面视图。

参考图32,着色颗粒选择模块1320'可以安装在颜色赋予模块1300的上方或下方。着色颗粒选择模块1320'可以是与第一赋予实施例中的颜色赋予模块1300基本上相似的形状。换句话说,着色颗粒选择模块1320'可以以电极1324'以2D阵列设置在平膜1322'上的形式来提供。

因此,着色颗粒选择模块1320'的每个电极1324'可以向单元像素施加电场。具体地,控制器1800可以通过向电极1324'施加电压而使电极1324'产生电场。当电场被施加到单元像素,同时使用具有根据本发明的实施方案的另外的组成的打印介质100时,排除主着色颗粒140和亚着色颗粒160中的任意一种,并且剩留另一种。因此,亚着色颗粒160的材料颜色可以被赋予到打印介质100。

当3D打印开始时,控制器1800获取3D对象M的3D建模数据,并且控制上升模块1250,以通过调整建模板1200的高度而提供作为在打印介质100的工作表面中的工作目标层L的区域。另外,控制器1800从建模数据提取工作目标层L的层数据。

接着,控制器1800参考颜色数据确定颜色值是否指示由主着色颗粒140或亚着色颗粒160赋予的颜色。

当颜色值指示由主着色颗粒140赋予的颜色时,控制器1800控制着色颗粒选择模块1320'以施加用于从对应的像素排除亚着色颗粒160的电场。随后,当颜色值指示主着色颗粒140的材料颜色时,通过不施加磁场,控制器1800将颜色赋予到打印介质100,以及当颜色值指示主着色颗粒140的结构颜色时,通过向颜色赋予模块1300施加适当的电压,控制器1800将颜色赋予到打印介质100。

另一方面,当颜色值指示由亚着色颗粒160赋予的颜色时,控制器1800控制着色颗粒选择模块1320',以施加用于从对应的像素排除亚(主)着色颗粒160的电场。因此,亚着色颗粒160的材料颜色可以被赋予到打印介质100。

随后,以与第一赋予示例的3D打印类似的方式完成3D对象M。

VI.彩色3D打印机的第三赋予示例

图33是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第三赋予示例的横截面视图。

在根据第三赋予示例的彩色3D打印机1000中,根据第一赋予示例的彩色3D打印机1000的固化模块1400在形式上改变。

参考图33,固化模块1400设置在颜色赋予模块1300的下方。然而,与第一赋予示例不同,固化模块1400不由已经去除滤色器的TFT LCD与背光板的组合组成,而可以由光源1420、反射镜1460和角度控制部件1465组成。

具体地,光源1420可以发出UV光等。反射镜1460朝向工作目标层L反射从光源1420所发出的光。此外,角度控制部件1465通过控制反射镜1460的角度可以调整由反射镜1460所反射的光的路径,由此控制待被光照射的区域。

可以如下执行使用根据这样的3D赋予示例的彩色3D打印机1000进行的3D打印。

建模板1200被升高以制备作为工作目标层L的区域,并且通过对该区域施加磁场或以其他方式,根据结构颜色或材料颜色的颜色以像素单元被赋予到该区域。这类似于第一赋予示例。

随后,在固化步骤中,控制器1800可以参考建模数据的对应层数据中的形状数据来确定待固化的像素,并且通过控制反射镜1460的角度使得从光源1420所发出的光被反射到待固化的像素,使打印介质100固化。UV光源可以被用作光源1420,并且激光光源也可以被使用。由于在结构中使用单一光源1420和反射镜1460,因此需要快速地固化单元像素。因此,可以优选使用需要较短的固化时间的激光光源。

图34是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第三赋予示例的修改形式的横截面视图。

在第三赋予示例中,固化模块1400可以如图37所示进行修改,即,包括光源1420和2D光源移动部件1470。在该情况下,控制器1800可以在x轴和y轴上移动2D光源移动部件1470,使得光可以照射到待固化的像素。

VII.彩色3D打印机的第四赋予示例

在根据第四赋予示例的彩色3D打印机1000中,颜色赋予模块1300和固化模块1400可以像第三赋予示例的修改形式一样提供成可移动的。

图35是根据本发明的实施方案的彩色3D打印机1000的第四赋予示例。

参考图35,如修改的第三赋予示例一样,固化模块1400作为光源1420和2D光源移动装置1470提供。这里,颜色赋予模块1300以电磁体的形式提供并且安装在固化模块1400的2D光源移动部件1470中。

这里,可以在电磁体中形成孔,并且光源1420可以通过电磁体的孔向工作表面发出光。

同时,该赋予示例可以被修改,使得仅电磁体可以被设置成附接到移动部件1470并且在工作表面上是二维可移动的,以及光源1420可以安装有如图33所示的反射镜以由角度调整单元调整的角度向工作表面发出光。

根据这样的第四赋予示例,可以如下执行使用3D打印机1000进行的彩色打印。

像上述其他彩色3D打印一样,提供了工作目标层L的区域。

控制器1800参考建模数据中的颜色值来确定待赋予到电磁体的磁场强度,从建模数据获取像素坐标,并且根据所获取的像素坐标确定将施加磁场的位置。然后,磁场被施加到特定像素目标,使得颜色可以被赋予到打印介质100。

几乎与此同时,控制器1800通过将光照射到对应的像素坐标来固定颜色,然后固化打印介质100。

当对每个像素重复该操作时,完成对特定层L的颜色施加和固化。对每个层L执行这样的操作,直到生成3D对象M,使得3D对象M可以被3D打印。

同时,当使用具有混合有主着色颗粒140和亚着色颗粒160的另外的组成的打印介质100时,颗粒选择模块1320'可以被添加到根据第三赋予示例或第四赋予示例的3D打印机1000中。在第三赋予示例中,颗粒选择模块1320'如参考第二赋予示例所描述的可以设置在颜色赋予模块1300的上方或下方。可选地,在第四赋予示例中,颗粒选择模块1320'可以设置在电磁体上。

本发明的技术精神的以上描述仅是示例性的,并且在不脱离本发明的基本特征的情况下,本发明所属领域的普通技术人员可以做出各种改变和修改。因此,本发明的上述实施方案可以彼此独立地或组合地赋予。

因此,本发明所公开的实施方案不旨在限制而是说明本发明的技术精神,本发明的范围不受限于这些实施方案。本发明的范围应该基于所附的权利要求进行解释,并且包括在权利要求的等同范围内所包括的所有技术思想应该被解释为包括在本发明的范围内。

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