彩色三维模型的切层打印方法与流程

本发明是与三维模型的切层打印方法有关，特别有关于彩色三维模型的切层打印方法。

背景技术：

光固化成形(stereo-lithography，sl)三维打印技术及数字光源处理(digitallightprocessing，dlp)三维打印技术主要是使用液态的光敏树脂(uvcurableresin)作为打印耗材来进行打印，并于打印过程中对光敏树脂施加光照(如紫外光或雷射光)以诱发光敏树脂发生聚合反应而固化，借此生成实体化的三维模型。

虽目前市面上已有多种颜色的光敏树脂可供使用者选择，但现有的光固化成形三维打印机却不具有多色打印功能，并且，由于不同颜色的光敏树脂间无法均匀混合，现有的光固化成形三维打印机并无法任意调配出各种颜色的光敏树脂。若用户欲打印彩色三维模型，需使用单色的光敏树脂来打印单色三维模型，再以手绘方式将单色三维模型绘制为彩色三维模型。因此，现有使用光固化成形技术或数字光源处理技术的彩色三维模型制造方式不仅费时，也耗费人力。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种彩色三维模型的切层打印方法，可产生用以打印彩色三维模型的打印数据。

为达上述目的，本发明是提供一种彩色三维模型的切层打印方法，该方法包括由一处理器实施的下列步骤：

a)依据一彩色三维对象建立一填色模型；

b)切割该填色模型为多数色块，其中各该色块的一壳体形成用以容置一显色材料的一容置空间；

c)依据该彩色三维对象的颜色设定该些色块所容置的该些显色材料的颜色并产生对应该彩色三维模型的一色彩打印数据；及

d)依据该色彩打印数据及该些色块产生关联该色彩打印数据的一对象打印数据。

优选地，该步骤a是依据该彩色三维对象建立该填色模型及一内部模型；该步骤d)是依据该色彩打印数据、该内部模型及该些色块产生对应该彩色三维模型的该对象打印数据。

优选地，该步骤a)包括一步骤a1：依据一填色厚度切割该彩色三维对象为该填色模型及该内部模型。

优选地，该步骤a1是切割该彩色三维对象为该填色模型及空心的该内部模型。

优选地，该步骤b)包括一步骤：b1)依据一色块数量及一色块尺寸切割该填色模型为该些色块。

优选地，该些色块为柱体。

优选地，该步骤b)更包括一步骤：b2)于判断该些色块之一是位于顶层时，于该色块的该壳体加设一顶盖。

优选地，该步骤a1是依据该填色厚度、该色块数量及该色块尺寸切割该彩色三维对象。

优选地，该步骤c)包括下列步骤：

c11)取得该彩色三维对象的多数部位之一的一对象颜色；

c12)依据该对象颜色及一散色算法设定对应该部位的该些色块所容置的该些显色材料的颜色，以使该些色块经由该些显色材料以网点方式呈现该对象颜色；及

c13)重复执行该步骤c11)及该步骤c12)直到所有该色块所容置的该显色材料的颜色设定完成；及

c14)依据该些色块所容置的该些显色材料的颜色产生该色彩打印数据。

优选地，该步骤c)包括下列步骤：

c21)取得该彩色三维对象的多数部位之一的一对象颜色；

c22)计算对应该对象颜色的一调色值；

c23)将对应该部位的该些色块所容置的该些显色材料的颜色设定为该调色 值；

c24)重复执行该步骤c21)、该步骤c22)及该步骤c23)直到所有该色块所容置的该显色材料的颜色设定完成；及

c25)依据该些色块所容置的该些显色材料的颜色产生该色彩打印数据。

优选地，该彩色三维模型的切层打印方法更包括下列步骤：

e1)依据该对象打印数据控制一第一喷头逐层打印该些色块；及

e2)于打印该些色块期间，依据该色彩打印数据控制一第二喷头于该些色块的该些容置空间分别填入该些显色材料。

优选地，该步骤e1)是由下而上逐层打印该些色块，并于下层的该些色块的该些显色材料填入完成后，才打印上层的该些色块，以将上层的该些色块的多数底座作为下层的该些色块的多数顶盖。

优选地，该第一喷头是使用一光敏树脂进行打印，并对印出的该光敏树脂施加光照以固化该光敏树脂，该些显色材料是不同色的墨水。

优选地，固化后的该光敏树脂是可透光的。

优选地，该步骤e2是于位于同一层的该些色块打印完成时，依据该色彩打印数据控制该第二喷头于打印完成的同一层的该些色块的该些容置空间分别填入该些显色材料。

本发明经由产生可容置显色材料的色块，可有效以喷墨方式来实现彩色三维模型的打印。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明第一实施例的三维打印系统的架构图。

图2为本发明第一实施例的彩色三维模型的切层打印方法流程图。

图3为本发明第二实施例的彩色三维模型的切层打印方法流程图。

图4为本发明的切割后的彩色三维对象的上视剖面图。

图5为本发明的彩色三维模型的第一色块剖视图。

图6为本发明的彩色三维模型的第二色块剖视图。

图7为本发明的彩色三维模型的第三色块剖视图。

图8为本发明的彩色三维模型的第四色块剖视图。

图9为本发明的彩色三维模型的第五色块剖视图。

图10为本发明第三实施例的彩色三维模型的切层打印方法部分流程图。

图11为本发明的散色处理示意图。

图12为本发明的第一彩色三维模型的示意图。

图13为本发明的第一彩色三维模型的上视剖面图。

图14为本发明的第一彩色三维模型的侧视剖面图。

图15为本发明的第二彩色三维模型的示意图。

图16为本发明的第二彩色三维模型的短边侧视剖面图。

图17为本发明的第二彩色三维模型的长边侧视剖面图。

其中，附图标记：

1…三维打印系统

10…计算机装置

100…处理器

102…端口

104…人机界面

106…记忆体

1060…计算机程序

12…彩色三维打印机

120…第一喷头

122…第二喷头

13-14、16-17…剖线

20…填色模型

200、30、32、34、36、38…色块

22、60、82…内部模型

340、360、380…顶盖

40、42、44、46、48…墨水

5…四脚锥模型

50、52、54、56、70、72、74、76…侧面

58、80…底面

7…柱体模型

78…顶面

s10-s18…第一切层打印步骤

s30-s48…第二切层打印步骤

s420-s426…颜色设定步骤

具体实施方式

兹就本发明的一较佳实施例，配合图式，详细说明如后。

首请参阅图1，为本发明第一实施例的三维打印系统的架构图。图1揭露了本发明的一三维打印系统1(下称该打印系统1)，该打印系统1主要包括一计算机装置10及一彩色三维打印机12。当然，也可将计算机装置10与彩色三维打印机12一体设计，使彩色三维打印机12亦具有计算机装置10的功能，在此就不再赘述。

该计算机装置10主要包括电性连接该彩色三维打印机12的一端口102(如usb端口)、用以接受操作及输出数据的一人机接口104(如键盘、鼠标或触控屏幕)、用以储存数据的一记忆体106、及电性连接上述组件并用以控制该计算机装置1的一处理器100。较佳地，该计算机装置10是桌面计算机、笔记本电脑、云端服务器或智能型手机，但不应以此限定。

较佳地，该记忆体106可储存一计算机程序1060。该计算机程序1060记录有计算机可执行的程序代码，当该处理器100执行该计算机程序1060后，可实现本发明各实施例所述的彩色三维模型的切层打印方法。

该彩色三维打印机12用以打印一彩色三维模型。具体而言，该彩色三维打印机12是光固化成形(stereo-lithography，sl)三维打印机或数字光源处理(digitallightprocessing，dlp)三维打印机，并至少包括一第一喷头120及一第二喷头122。该第一喷头120可使用液态的光敏树脂(uvcurableresin)进行打印，并使用一光源模块(图未标示)对印出的光敏树脂施加光照(如紫外光或雷射光)，以固化光敏树脂。较佳地，固化后的光敏树脂是可透光的。该第二喷头122可使用不同颜色的多数显色材料(如不同色的墨水、不同色的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)色料或聚乳酸(pla)色料、不同色的打印碳粉或油墨)来进行打印。

较佳地，该计算机装置10可对用户所输入的一彩色三维对象执行一切层处理，以产生一色彩打印数据及一对象打印数据(该色彩打印数据及该对象打印数据可封装为同一档案)。接着，该彩色三维打印机12可依据该对象打印数据控制该第一喷头120打印一单色三维模型，并于打印过程中同时依据该色彩打印数据控制该第二喷头122对该单色三维模型进行上色，以生成一彩色三维模型。

续请参阅图2，为本发明第一实施例的彩色三维模型的切层打印方法流程图。本发明各实施例的彩色三维模型的切层打印方法(下称该切层打印方法)主要是由图1所示的该打印系统1来加以实现。本实施例的切层打印方法包括执行该切层处理的下列步骤。

步骤s10：该打印系统1加载该彩色三维对象。

步骤s12：该打印系统1依据该彩色三维对象建立一填色模型。

较佳地，该打印系统1可依据该彩色三维对象同时建立该填色模型及一内部模型，并可将该内部模型切层为多数内部对象层。值得一提的是，由于用户仅在意所制造出的该彩色三维模型的外观与该彩色三维对象是否相符，至于内部颜色或结构则非用户所关注。因此，该打印系统1可仅依据该彩色三维对象建立对应该彩色三维对象的外观的该填色模型，而不建立与外观无关的该内部模型。

或者，该打印系统1可依据该彩色三维对象建立对应该彩色三维对象的外观的该填色模型及与外观无关的该内部模型，并可于后续过程中借由对该填色模型及该内部模型进行不同的处理来降低打印成本或加快打印速度(如以单色打印该内部模型、减少内部模型的耗材使用量(如降低填充密度)等)。

步骤s14：该打印系统1切割该填色模型为多数色块，其中各该色块的一壳体形成用以容置该显色材料的一容置空间。较佳地，该打印系统1更将该些色块切层为多数色块对象层。

值得一提的是，各该色块是用来作为该彩色三维模型的最小显色单元，并于被填入该显色材料后可显现一色块颜色，而如同二维影像的像素(pixel)。借此，由大量的该些色块堆栈而成的该彩色三维模型可显现彩色的外观。

并且，即便该显色材料为液态(如墨水)，本发明的该些色块的该容置空间亦可容置该显色材料而达成显色的功效。

步骤s16：该打印系统1依据该彩色三维对象的颜色分别设定对应的该些色块所容置的该些显色材料的颜色，并产生对应该彩色三维模型的该色彩打印数据。较佳地，该色彩打印数据记录各该色块的位置及其所容置的该显色材料颜色。

步骤s18：该打印系统1依据该些色块所容置的该些显色材料的颜色及该些色块产生关联该色彩打印数据的一对象打印数据。

较佳地，该打印系统1是先将该些色块对象层关联至所对应的该些色块所容置的该些显色材料的颜色，再依据该些内部对象层及建立关联后的该些色块对象层产生该对象打印数据。

本发明经由产生具有容置空间的色块来容置显色材料，可有效以喷墨方式来实现彩色三维模型的打印。

图3为本发明第二实施例的彩色三维模型的切层打印方法流程图。本实施例的切层打印方法包括执行切层处理的步骤s30-s44及执行打印处理的步骤s46-s48。

步骤s30：该打印系统1加载该彩色三维对象。

步骤s32：该打印系统1决定该些色块的一填色厚度、一色块数量及一色块尺寸。具体而言，该打印系统1可依据所加载的该彩色三维对象的大小或用户设定来决定该填色厚度、该色块数量及该色块尺寸。若该填色厚度越厚、该色块数量越多或该色块尺寸越小，则所制造出的该彩色三维模型的外观颜色越细致，但打印成本越高。反之，若该填色厚度越薄、该色块数量越少或该色块尺寸越大，则所制造出的该彩色三维模型的外观颜色越粗糙，但打印成本降低。

步骤s34：该打印系统1依据该填色厚度切割该彩色三维对象为该填色模型及该内部模型。较佳地，该打印系统1是依据该填色厚度、该色块数量及该色块尺寸切割该彩色三维对象为该填色模型及空心的该内部模型(如图4所示空心的内部模型22)，以借由产生空心的该内部模型，来有效降低打印耗材的使用量。

虽于本实施例中是产生空心的该内部模型，但不以此限定，该打印系统1亦可切割该彩色三维对象为该填色模型及实心的该内部模型，以借由产生实心的该内部模型，来有效提升所制造的该彩色三维模型的结构强度。

步骤s36：该打印系统1依据该色块数量及该色块尺寸切割该填色模型为 多层堆栈的该些色块。较佳地，该些色块为柱体(如正方体、长方体、六角柱或圆柱)。

请一并参阅图4，为本发明的切割后的彩色三维对象的上视剖面图，用以示例性说明切割后的该些色块及该内部模型。如图4所示，该打印系统1切割该彩色三维对象为该填色模型20及空心的该内部模型22，并切割该填色模型20为该些色块200(于本例子中为正方体)。

并且，由于该内部模型22是空心的，该打印系统1于打印时仅会打印该内部模型22本体，而不会打印该内部模型22中间的篓空部分，而可有效节省耗材的使用量。

步骤s38：该打印系统1判断是否有任一该色块位于该彩色三维模型的顶层。若判断有色块位于顶层，则执行步骤s40，否则，执行步骤s42。

步骤s40：该打印系统1于位于顶层的该色块的该壳体加设一顶盖。具体而言，为避免该显色材料溢出，该色块需为密封。并且，由于该些色块是相互堆栈(如图5至图9所示)，上层的该色块的一底座可直接做为下层的该色块的该顶盖，而不须另外加设该顶盖。因此，仅有最顶层的该色块需加设该顶盖。较佳地，该打印系统1是将对应该顶盖的多数顶盖对象层添加至该些色块对象层中对应的位置，以加设该顶盖。

步骤s42：该打印系统1依据该彩色三维对象的颜色分别设定该些色块所容置的该些显色材料的颜色并产生对应该彩色三维模型的该色彩打印数据。

较佳地，该打印系统1可仅设定部分的该些色块所容置的该些显色材料的颜色。借此，于后续打印过程中，仅有部分的该些色块会被填入该些显色材料，另一部分的该些色块将不会被填入该些显色材料。

本发明经由仅设定部分的该些色块所容置的该些显色材料的颜色，而使另一部分的该些色块于打印时不会被填入该些显色材料，可有效节省显色材料的使用量。并且，经由未填入显色材料的该些色块及已填入显色材料的该些色块的交错排列，本实施例的切层打印方法所制造出的该彩色三维模型可呈现更为丰富的颜色深浅变化。

较佳地，该色彩打印数据包括该第二喷头122的一色彩打印路径，该色彩打印路径上设置有分别对应多数切换点的多数回复点。当该彩色三维打印机12控制该第二喷头122沿该色彩打印路径进行打印时，可于特定位置填入特定的 该显色材料。

步骤s44：该打印系统1依据该色彩打印数据、该内部模型22及该些色块产生关联该色彩打印数据的该对象打印数据。

较佳地，该对象打印数据包括该第一喷头120的一对象打印路径。当该彩色三维打印机12控制该第一喷头120沿该对象打印路径进行打印时，可列出该些色块及该内部模型。

并且，该打印系统1于该对象打印路径中设置该些切换点，并将各该切换点分别关联至对应的该色彩打印数据的该色彩打印路径的该回复点，其中各该切换点是同一层的该些色块的该些色块对象层的打印完成点。

借此，于后续打印过程中，当该打印系统1沿该对象打印路径打印至该切换点(即完成同一层的该些色块的打印)时，可接续控制该第二喷头122沿该色彩打印路径自对应的该回复点开始于打印完成的该些色块中填入正确的该些显色材料。

值得一提的是，虽于本实施例中是将同一层的该些色块的该些色块对象层的打印终点设置为该切换点，但不应以此限定。于本发明的另一实施例中，亦可将各该色块的打印终点设置为该切换点，以使该打印系统1于完成各该色块的打印后，可不间断地于打印完成的该色块中填入对应的该显色材料。

步骤s46：该打印系统1的该彩色三维打印机12依据该对象打印数据控制该第一喷头100逐层打印该内部模型22及该些色块。

较佳地，该彩色三维打印机12依据该对象打印数据控制该第一喷头100沿该对象打印路径使用光敏树脂来由下而上逐层打印对应该内部模型的该些内部对象层及对应该些色块的该些色块对象层。

步骤s48：该打印系统1的该彩色三维打印机12于打印该些色块期间，依据该色彩打印数据控制该第二喷头122于该些色块的该些容置空间分别填入该些显色材料。较佳地，该彩色三维打印机12于控制该第一喷头100打印该些色块期间，同时依据该色彩打印数据控制该第二喷头122将对应的该显色材料填入已打印的该些色块的该些容置空间。

较佳地，该彩色三维打印机12于位于同一层的该些色块打印完成(即该第一喷头100沿该对象打印路径打印至该些切换点之一)时，依据该色彩打印数据控制该第二喷头122沿该色彩打印路径于打印完成的同一层的该些色块的该 些容置空间分别填入对应的该些显色材料(即该第二喷头122沿该色彩打印路径自对应该切换点的该回复点开始进行打印)。

并且，该彩色三维打印机12于该些显色材料填入完成后(即该第二喷头122沿该色彩打印路径打印至对应该切换点的另一该回复点时)，继续打印下一层的该些色块(即该第一喷头100沿该对象打印路径自该切换点继续打印)。

借此，本发明可制造对应该彩色三维对象的该彩色三维模型。

续请同时参阅图5至图9，图5为本发明的彩色三维模型的第一色块剖视图，图6为本发明的彩色三维模型的第二色块剖视图，图7为本发明的彩色三维模型的第三色块剖视图，图8为本发明的彩色三维模型的第四色块剖视图，图9为本发明的彩色三维模型的第五色块剖视图，用以说明本发明如何打印该些色块及如何填入该些显色材料。并且，于本例子中，该彩色三维打印机12是控制该第一喷头100使用可透光的耗材来进行打印。

如图5所示，该彩色三维打印机12先控制该第一喷头100逐层打印多数色块对象层，以印出三个可透光的正方体的色块30-34。

接着，如图6所示，该彩色三维打印机12控制该第二喷头122于各该色块30-34的一容置空间中分别填入不同色的一显色材料(以红色墨水40、绿色墨水42及蓝色墨水44为例)。

接着，如图7所示，该彩色三维打印机12于下层的该些色块30-34的该些显色材料填入完成后，再控制该第一喷头100继续逐层打印上层的该些色块对象层，以印出另外二个色块36-38，并打印出该色块34的一顶盖340。由于上层的二个该色块36、38的底座可直接作为下层的二个该色块30、32的顶盖且该色块34已设有该顶盖340，该些色块30-34都已呈密封状态，该些显色材料不会溢出。

接着，如图8所示，该彩色三维打印机12控制该第二喷头122于各该色块36、38的该容置空间中分别填入不同色的该显色材料(以红色墨水46及绿色墨水48为例)。

接着，如图9所示，该彩色三维打印机12再控制该第一喷头100继续逐层打印该些色块对象层，以打印出该色块36的该顶盖360及该色块38的该顶盖380来加以密封。借此，由于所有该色块30-38都已呈密封状态，该些显色材料不会溢出。并且，由于该些色块30-38是由可透光的耗材所制成，该些色块 30-38的外观可显现所容置的该些显色材料的颜色。

续请参阅图10，为本发明第三实施例的彩色三维模型的切层打印方法部分流程图。本实施例与第二实施例差异在于，本实施例的切层打印方法的该步骤s42更包括下列步骤。

步骤s420：该打印系统1取得该彩色三维对象的多数部位之一的一对象颜色。较佳地，该彩色三维对象的各该部位的该对象颜色是由用户所设定。

步骤s422：该打印系统1设定对应该部位的该些色块所容置的该些显色材料的颜色。

较佳地，该打印系统1是依据该对象颜色及一散色(dithering)算法设定对应该部位的该些色块所容置的该些显色材料的颜色，以使该些色块经由所容置的该些显色材料以网点方式呈现该对象颜色。

具体而言，人类视觉系统(humanvisualsystem)如同一组低通滤波器(low-passfilter)，会自动过滤所见影像的高频(如该些色块的壳体细节)部分，并保留低频(如该色块所显现的颜色)部分。该散色算法即是借由将单一颜色(如黑色)的该些色块以不同密度排列，来利用上述特性创造出多种颜色(如黑色、深灰、浅灰或白色)的错觉，以扩展可显现的色域。并且，当该些色块的尺寸越小或数量越多时，上述效应将更为明显。

请参阅图11，为本发明的散色处理示意图，用以说明该散色算法。图11所示图案是由32╳32个色块所组成，且该些色块仅有黑色及白色二种。如图所示，黑色色块的网点密度自右边(最高)向左边递减(最低)，而可创造出由黑渐层至白的错觉。

虽于上述说明中，仅以容置白色显色材料的色块及容置黑色显色材料的色块来进行散色，但不以此限定。于其他实施例中，该打印系统1可依据该散色算法来同时将多种容置不同颜色(如青色、品红色、黄色、黑色、白色)的该些显色材料的该些色块以不同密度排列，来扩展可显现的色域。

值得一提的是，不同于易于混合的墨水，现有的三维打印耗材(如abs或pla)于融化后并无法均匀混合，而无法任意使用不同色的耗材来调出所需颜色并进行彩色三维打印。因此现有的三维打印耗材仅可用于多色三维打印，而无法用于彩色三维打印。本发明经由使用该散色算法来扩展可显现的色域，可使用少量颜色来实现彩色三维打印。

虽于本实施例中，该打印系统1是透过网点方式呈现该对象颜色，但不应以此限定。于本发明的另一实施例中，该打印系统1也可直接将所有对应该部位的该些色块所容置的该些显色材料的该色块颜色全部设定为该对象颜色。

具体而言，该打印系统1可依据该对象颜色及一调色算法计算对应该对象颜色的一调色值，并将所有对应该部位的该些色块所容置的该些显色材料的该色块颜色全部设定为该调色值，以使打印后的该些色块显现相同颜色。

较佳地，该调色算法是将特定的该对象颜色转换为对应各色(如青色、品红色、黄色、黑色、白色)墨水的组合比例的该调色值，以使该第二喷头122可直接依据该调色值控制各色墨水的喷墨量并混合出正确的墨水颜色。

步骤s424：该打印系统1判断是否所有该色块的颜色都设定完成。若是，则执行步骤s426，否则，再次执行s420。

步骤s426：该打印系统1依据该些色块的颜色产生该色彩打印数据。

请同时参阅图12至图14，图12为本发明的第一彩色三维模型的示意图，图13为本发明的第一彩色三维模型的上视剖面图，图14为本发明的第一彩色三维模型的侧视剖面图，用以示例性说明使用本发明的切层打印方法所制造出的彩色三维模型。

如图12所示，于本例子中，彩色三维模型为一四角锥模型5，并且该四角锥模型5具有绿色侧面50、红色侧面52、橘色侧面54、紫色侧面56及蓝色底面58五个面。

将该四角锥模型5沿剖线13剖开后，可见如图13所示的上视剖面图。该四角锥模型5的内部为可透光的实心的内部模型60(如使用可透光的光敏树脂打印而成)，而仅有填色为彩色(即由不同色的该些色块堆栈而成)。

将该四角锥模型5沿剖线14剖开后，可见如图14所示的侧视剖面图。该四角锥模型5的内部为可透光的实心的内部模型60，而仅有填色为彩色。

请同时参阅图15至图17，图15为本发明的第二彩色三维模型的示意图，图16为本发明的第二彩色三维模型的短边侧视剖面图，图17为本发明的第二彩色三维模型的长边侧视剖面图，用以示例性说明使用本发明的切层打印方法所制造出的彩色三维模型。

如图15所示，于本例子中，彩色三维模型为一柱体模型7，并且该柱体模型7包括绿色侧面70、红色侧面72、灰色侧面74、橘色侧面76、蓝色顶面78 及紫色底面80六个面。

将该柱体模型7沿剖线16剖开后，可见如图16所示的短边侧视剖面图。该柱体模型7的内部为可透光的实心的内部模型82，而仅有填色为彩色。

将该柱体模型7沿剖线17剖开后，可见如图17所示的长边侧视剖面图。该柱体模型7的内部为可透光的实心的内部模型82，而仅有填色为彩色。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。