利用图像信息打印三维结构的方法和设备与流程

本申请要求于2016年5月31日提交的第62/343,686号美国临时专利申请的权益，该申请通过引用以其整体并入本文。

背景

本实施方案总体上涉及打印系统，包括三维打印系统和方法。

打印系统可用于打印2d结构或油墨层以及由各种3d打印材料形成的3d结构。三维打印系统和方法可与包括熔融沉积成型(fdm)、电子束自由成形制造(ebf)、选择性激光烧结(sls)以及其它种类的三维打印技术的各种技术相关联。

由三维打印系统形成的结构可以与由其他制造技术形成的对象一起使用。这些包括在各种鞋类制品和/或服装制品中使用的纺织品材料。

附图简述

参考以下附图和描述可更好地理解实施方案。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在图示实施方案的原理上。此外，在附图中，相似的参考数字在所有不同的视图中指示对应的部分。

图1是包括打印装置和计算系统的打印系统的实施方案的示意图；

图2是打印系统的输入和输出的实施方案的示意图；

图3是打印系统的一些子部件的实施方案的示意图；

图4是用于打印系统的打印头的实施方案的示意图；

图5是在灰度图像中像素的阴影级别(shadelevel)和对应打印的区的高度之间的关系的示意图；

图6是用于打印系统的过程的实施方案；

图7是打印系统的实施方案的示意图，其示出了从处理系统传送到打印装置的一组可能的打印指令；

图8是包括各种输入图像的打印系统的另一实施方案的示意图；

图9是打印系统的一些部件的实施方案的示意图；

图10是控制打印装置的过程的示意图；

图11是可以提供给打印系统的文件信息的实施方案的示意图；

图12是根据实施方案的打印不同高度的区的方法的示意图；

图13是根据实施方案的打印不同高度的区的过程的实施方案；

图14是根据实施方案的打印不同高度的区的另一方法的示意图；

图15是根据实施方案的打印不同高度的区的过程的示意图；

图16是根据实施方案的示出在专色(spotcolor)百分比和打印层厚度之间的关系的表格的示意图；

图17是根据实施方案的使用一组专色百分比打印的一组层的示意图；

图18是根据实施方案的使用一组专色百分比打印的一组层的示意图；

图19是用于生成和使用用于打印的校正专色表格的过程的示意图；和

图20是示出用于获得期望目标厚度的调整后的专色百分比的表格的示意图。

详细描述

实施方案提供了一种用于将三维结构(也称为三维结构部件、3d结构等)打印到基底(例如，制品诸如鞋类制品中的鞋面的一部分、织物层或其它结构)上的方法和设备。该方法可以包括在打印系统处接收图像信息。图像信息可以包括关于灰度图像的信息，或者更广泛地说关于单色图像的信息，该单色图像包括在两种颜色之间的各种阴影级别的像素(例如，灰度图像的黑白之间的灰色阴影级别)。使用该信息，打印系统的处理系统可以生成用于打印装置的允许打印装置根据灰度(或单色)图像中像素的阴影级别将3d结构打印到基底上的指令。在一些情况下，处理系统可以提供以下形式的指令：待从被处理系统已知包括结构打印材料的指定贮存器打印的给定颜色的特定阴影级别(例如，50％黑色)。该系统可以接收灰度图像和彩色图像。在一些情况下，彩色图像可用于在已经根据灰度图像打印的3d结构之下和/或之上打印2d彩色层。

可以理解的是，实施方案不限于与灰度图像一起用于打印3d结构。本文描述的方法可以用于任何2d单色文件，其对于每个像素包括单个值或样本。因此，例如，具有红色阴影或色调(hue)的单色图像文件也可以用作用于在较深(红色)区中打印具有更高高度的3d结构的基础。因此，如本详细描述和权利要求中所使用的，单色图像用于指定灰度图像和仅具有单一颜色(例如，红色、蓝色等)的色调或阴影的图像。

在研究以下的附图和详细描述时，对于本领域的普通技术人员来说，实施方案的其它的系统、方法、特征、和优点将会是明显的或者将变得明显。意图是所有这样的另外的系统、方法、特征、和优点都被包括在该描述中、被包括在实施方案的范围之内、并且由以下权利要求所保护。

图1是三维打印系统100(也简称为打印系统100)的实施方案的示意图。打印系统的一些实施方案可以包括在打印系统的不同装置之间分配一个或更多个功能的设置(provision)。如所示，打印系统100可以包括打印装置102、计算系统104、和网络106。在其他实施方案中，打印系统可以是单个装置或部件(未示出)。

如本文所使用的，术语“打印机”、“绘图仪”、“三维打印机”、或“三维打印系统”可以指可将多个层打印到衬底、织物、鞋类制品、服装制品、或其他制品上的任何类型的系统。在一个实施方案中，打印装置102可以是符号和图形打印机。

打印系统100可利用各种类型的打印技术。这些打印技术可包括但不限于：基于墨粉的打印、液体喷墨打印(liquidinkjetprinting)、固体油墨打印、染料升华打印、无墨打印(包括热打印和uv打印)、微机电系统(mems)喷射打印技术以及任何其他打印方法。

一些实施方案可以使用增材制造(additivemanufacturing)技术或三维打印技术。三维打印、或“3d打印”包括可以用于通过将连续的材料层沉积在彼此的顶部之上来形成三维对象的各种技术。可以使用的示例性3d打印技术包括但不限于：熔融丝制造(fff)、电子束自由成形制造(ebf)、直接金属激光烧结(dmls)、电子束熔化(emb)、选择性激光熔化(slm)、选择性热烧结(shs)、选择性激光烧结(sls)、基于石膏的3d打印(pp)、叠层物体制造(lom)、立体光刻(sla)、数字光处理(dlp)以及本领域中已知的各种其他种类的3d打印技术或增材制造技术。由三维打印系统形成的结构可以与由其他制造技术形成的对象一起使用。这些包括在各种鞋类制品、服装制品、和/或保护性制品中使用的纺织品材料。

一些示例性实施方案描述了将三维结构打印到制品(例如，鞋类的鞋面)上；然而，其它实施方案可以利用本文讨论的原理来打印和固化用于任何应用的打印材料。例如，在一些其他实施方案中，本文讨论的原理可以用于打印和固化打印材料的薄膜或层，例如可以用于将图形或标记打印到衬底上。如在本详细描述和权利要求中使用的，术语“可打印特征”指通过打印(例如，从喷嘴喷射)形成的任何层、部分、或结构。在一些情况下，可打印特征可以是一层或更多层油墨，如可以由传统喷墨打印机进行沉积的。在其他情况下，可打印特征可以是已经使用结构打印材料(例如热塑性材料)打印到衬底上的3d结构特征。

在一些情况下，打印系统100可利用两种或更多种不同的打印技术的组合。例如，在一些实施方案中，着色油墨可以打印为薄层，而透明或不透明的打印材料可以被打印以形成打印对象或形式的结构层。所使用的打印技术的类型可以根据以下的因素而不同，这些因素包括但不限于：目标制品的材料、目标制品的尺寸和/或几何结构、打印的图像的期望的性质(诸如耐久性、颜色、油墨密度等)以及打印速度、打印成本、和维护要求。

增材制造工艺可以被用于在平坦的接收表面上以及有波状外形的或非平坦的表面上形成结构。例如，附图中所描绘的一些实施方案可以说明借以将材料打印到制品的平坦表面(诸如具有平坦的或未组装的构型的鞋面的材料部分)上的方法。在这样的情况下，将材料打印到表面上可以通过将材料沉积在也是平坦的薄层中来完成。因此，打印头或喷嘴可以沿一个或更多个水平方向移动以施加第n层的材料，并且然后沿竖直方向移动以开始形成n+1层。然而，应当理解的是，在其他实施方案中，材料可以被打印到有波状外形的或非平坦的表面上。例如，可以将材料打印到三维鞋楦上，其中鞋楦的表面是不平坦的。在这样的情况下，施加到表面的打印的层也可以是波状外形的。为了实现这种打印方法，打印头或喷嘴可以被构造成沿着波状外形的表面移动并且倾斜、旋转、或以其他方式移动，使得打印头或喷嘴始终被对准成几乎垂直于其上正在施加打印材料的表面。在一些情况下，打印头可以被安装到机械臂，诸如具有六个自由度的铰接式机械臂。

可替代地，在又一些实施方案中，具有波状外形的表面的对象可以被重新定向成在喷嘴下，使得打印材料的波状外形的层可以被施加到对象上。例如，实施方案可以利用mozeika等人的于2013年1月17日公布(并且于2012年6月22日作为第13/530,664号美国申请提交)的题为“roboticfabricator”的第2013/0015596号美国专利公开中所公开的任何系统、特征、部件、和/或方法，该美国专利公开的全部内容通过引用并入本文。实施方案还可以利用cannell等人的于2012年2月28日发布的题为“computerizedapparatusandmethodforapplyinggraphicstosurfaces”的第8,123,350号美国专利中所公开的任何系统、特征、部件、和/或方法，该美国专利的全部内容通过引用并入本文。因此，可以认识到的是，本实施方案不限于用于打印到平坦表面的打印工艺并且可以与可打印到具有任何种类的几何形状的任何种类的表面的打印系统结合使用。

一般来说，实施方案可以将任何种类的打印材料应用于衬底。如本文所使用的，术语“打印材料(printmaterial)”、“打印材料(printingmaterial)”、或“可打印材料”指的是可以在增材制造过程期间打印、喷射、发射、或以其他方式沉积的任何材料。示例性打印材料包括油墨以及树脂、塑料、或与2d和/或3d打印相关联的其他打印材料。在一些实施方案中，在打印技术中所使用的材料可以是任何水性油墨、基于染料的油墨、基于颜料的油墨、基于溶剂的油墨、染料升华油墨、热塑性塑料(如pla和abs)和热塑性粉末、丙烯酸树脂、聚氨酯、热塑性聚氨酯、硅酮、或任何其他可固化的物质。材料的另外其他的示例包括高密度聚乙烯(polyurethylene)、共晶金属(eutecticmetals)、橡胶、模制粘土、橡皮泥、rtv硅酮、瓷器、金属粘土、陶瓷材料、石膏、和光聚合物、以及已知用于在3d打印中使用的可能的其它材料。

在一些实施方案中，打印材料可以是在诸如玻璃化转变温度和/或熔融温度的预定温度以上大体上可模制和/或柔韧的任何材料。在一个实施方案中，打印材料具有一个或更多个热性质，诸如玻璃到液体的转变(“玻璃化转变”)温度和/或熔融温度。例如，打印材料可以是具有玻璃化转变温度和熔融温度的热塑性材料。如本文所使用的，热塑性材料可包括例如丙烯酸、尼龙、聚苯并咪唑、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(ptfe)等等。

在一些实施方案中，打印材料可以是可uv固化的。一般来说，可以使用任何适当类型的uv固化打印材料，包括丙烯酸树脂、聚氨酯、tpu、硅酮、或任何其它合适的打印材料。

打印系统的一些实施方案可以包括允许打印结构直接被打印到一个或更多个制品上的设置。术语“制品(articles)”旨在包括鞋类制品(例如鞋)和服装制品(例如衬衫、裤子等)两者。如贯穿本公开所使用的，术语“鞋类制品”和“鞋类”包括任何鞋类和与包括鞋面的鞋类相关的任何材料，并且还可以适用于各种运动鞋类类型，例如，包括棒球鞋、篮球鞋、交叉训练鞋、骑行鞋、橄榄球鞋、网球鞋、足球鞋、和登山靴。如本文所使用的，术语“鞋类制品”和“鞋类”还包括通常被认为是非运动的、正式的、或装饰性的鞋类类型，包括礼服鞋、休闲鞋、凉鞋、拖鞋、船鞋、和工作靴。

尽管所公开的实施方案是在鞋类制品的背景下进行描述的，但是各种实施方案还可以同样地适用于包括三维打印的任何衣服、服装、或装备的制品。例如，各种实施方案可以适用于帽子(hats)、头套(caps)、衬衫、运动衫、夹克、袜子、短裤、裤子、内衣、运动支撑服装、手套、腕带/臂带、袖子、头带、任何针织材料、任何编织材料、任何非编织材料、运动装备等。因此，如本文所使用的，术语“服装制品”可以指任何服装或衣服，包括任何鞋类制品、以及帽子、头套、衬衫、运动衫、夹克、袜子、短裤、裤子、内衣、运动支撑服装、手套、腕带/臂带、袖子、头带、任何针织材料、任何编织材料、任何非编织材料等。

为了将打印材料直接施加到一个或更多个制品，打印装置102可以能够打印到各种材料的表面上。具体地，在一些情况中，打印装置102可以能够在各种材料的表面上进行打印，所述材料例如纺织品、天然织物、合成织物、针织物、编织材料、非编织材料、网状物、皮革、合成皮革、聚合物、橡胶、和泡沫、或其任何组合，而不需要被置于衬底与打印材料的底部之间的释放层，并且不需要在其上进行打印的完全平坦的或接近完全平坦的衬底表面。例如，所公开的方法可以包括将树脂、丙烯酸、热塑性材料、或油墨材料打印到织物(例如针织材料)上，其中材料被粘合/结合到织物，并且其中，材料在弯曲、卷绕、加工、或经受另外的组装过程/步骤时，一般来说不会分层。如贯穿本公开使用的，术语“织物”一般来说可用于指代选自任何纺织品、天然织物、合成织物、针织物、编织材料、非编织材料、网状物、皮革、合成皮革、聚合物、橡胶、和泡沫的材料。如贯穿本公开所使用的，术语“基底”或“基底元件”可以指可包括一些或全部制品的任何织物件、纺织品件、或其它材料的件，例如用于形成鞋面的织物层。

在一些实施方案中，打印系统100可以包括控制和/或接收来自打印装置102的信息的设置。这些设置可以包括计算系统104和网络106。一般来说，术语“计算系统(computingsystem)”是指单个计算机的计算资源、单个计算机的计算资源的一部分、和/或彼此通信的两个或更多个计算机。这些资源中的任一个可以由一个或更多个人类使用者操作。在一些实施方案中，计算系统104可以包括一个或更多个服务器。在一些实施方案中，打印服务器可主要负责控制打印装置102和/或与打印装置102通信，而单独的计算机(例如，台式机、笔记本电脑、或平板电脑)可促进与使用者的交互。计算系统104还可以包括一个或更多个存储设备，包括但不限于磁、光、磁光存储设备、和/或包括易失性存储器和非易失性存储器的存储器。

在使用计算系统的这些情况下，可以使用任何合适的硬件或硬件系统来促使控制和/或接收来自打印装置102的信息的设置。在其中使用计算系统的一些实施方案中，计算系统104可以包括中央处理装置115、查看界面116(例如，监视器或屏幕)、输入装置117(例如，键盘和鼠标)、以及用于设计打印结构的计算机辅助设计表示的软件。然而，在其他实施方案中，可以使用其他形式的硬件系统。

在使用用于设计打印结构的计算机辅助设计表示的软件的这些情况下，可以使用任何合适的信息来促使用于设计打印结构的计算机辅助设计表示的设置。在至少一些实施方案中，打印层和/或打印结构的计算机辅助设计表示不仅可以包括关于结构的几何形状的信息，而且可以包括与打印结构的各个部分所需的材料相关的信息。然而，在其他实施方案中，可以使用不同的信息。

在使用用于设计打印结构的计算机辅助设计表示的软件的这些情况下，可以使用任何合适的设计结构来将设计转换成可被打印装置102(或与打印装置102通信的相关的打印服务器)解译的信息。在一些实施方案中，打印系统100可以如下操作以提供使用三维打印或附加的过程形成的一个或更多个结构。计算系统104可以用于设计结构。这可以使用某种类型的cad软件或其它类型的软件来实现。然后，该设计可以被转换成可以被打印装置102(或与打印装置102通信的相关的打印服务器)解译的信息。在一些实施方案中，设计可以被转换成三维可打印文件，诸如立体光刻文件(stl文件)；在其他情况下，设计可以被转换成不同的设计结构。在另外其他的实施方案中，关于要打印的结构的信息可以以图像文件的形式进行发送，在这种情况下不同区的图像信息(颜色、色调、阴影、透明度等)可以用于确定对应的3d结构。例如，在一些实施方案中，设计可以包括灰度图像，该灰度图像包括在白色和黑色之间变化阴影级别的像素。

在使用网络的那些情况下，网络106可以使用促使在计算系统104和打印装置102之间的信息交换的任何有线或无线设置。在一些实施方案中，网络106还可以包括各种部件，例如网络接口控制器、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、调制解调器、和防火墙。在一些实施方案中，网络106可以是促使在打印系统100的两个或更多个系统、装置、和/或部件之间的无线通信的无线网络。无线网络的示例包括但不限于：无线个域网络(包括，例如蓝牙)、无线局域网络(包括利用ieee802.11wlan标准的网络)、无线网状网络、移动装置网络以及其它种类的无线网络。在其他情况下，网络106可以是有线网络，包括其信号通过双绞线(twisterpairwires)、同轴电缆和光纤促进的网络。在另外的其它情况下，可以使用有线和无线网络和/或连接的组合。

如所讨论的，打印系统可以跨越一个或更多个装置或系统分配各种功能。在打印系统包括在打印系统100的不同装置之间分配一个或更多个功能的设置的情况下，可以使用任何合适的协议、格式、和方法来促使在打印系统100的装置之间的通信。在一些实施方案中，使用网络106来进行这些通信；在其他情况下，这些通信可以直接在打印系统100的装置之间进行。

打印装置102可包括接收表面或打印表面，制品或更一般地基底或基底元件(纺织品等)可以被放置在该表面处以用于进行打印。在图1中，打印装置102包括具有打印表面103的台状结构，在该打印表面103处可以放置基底——诸如制品的一部分——以用于打印。此外，打印装置102可包括打印头组件400，该打印头组件400还包括可被打印到基底上的结构打印材料的至少一个贮存器。

图2是根据实施方案的打印系统100的输入和输出的示意图。参考图2，图像文件200可以被发送到打印系统100。在一些情况下，图像文件200可以被存储在作为打印系统100的一部分的同一计算系统(例如，计算系统104)上。在其他实施方案中，图像文件200可以存储在与打印系统100不同的系统或装置上。此外，图像文件200可以由任何计算机系统或装置(例如，数码相机)生成和/或用任何处理软件(例如，adobephotoshop)或硬件处理。

如本文所使用的，图像文件可以是包括对应于一个或更多个图像的信息的任何类型的文件。一般来说，可以使用任何类型的图像文件格式，包括但不限于jpg、png、gif、tif、raw、以及各种其他类型的图像文件格式，包括2d或3d打印特有的格式(例如，stl)。此外，可以理解的是，图像文件可以包括除了直接对应于图像的信息之外的头部信息或任何其他附加信息。

在图2的实施方案中，图像文件200包括与在计算系统104的屏幕上示意性描述的单个图像202相关的信息。这里，图像202旨在表示仅使用黑色、白色、和灰色阴影的灰度图像。相比而言，其他实施方案可以包括一个或更多个彩色图像，如在图8-10中所示的实施方案中进一步详细讨论的。

使用来自图像文件200的信息，打印系统100可以产生带有打印的部件206的鞋面204。具体地，打印装置102(使用打印头组件400)将结构打印材料299打印到鞋面204上，以形成打印的部件206。在示例性实施方案中，打印的部件206包括孔眼元件216以及鞋面204的脚趾区210中的几何打印特征208。这里，孔眼元件216在图像202中用具有深灰色(即70％黑色)阴影级别的像素209表示。相比而言，几何打印特征208包括对应于图像202中不同像素颜色的高度变化的区。例如，几何打印特征208的较薄区230对应于图像202中具有浅灰色阴影级别的像素205的一部分。同样，几何打印特征208的较厚区232对应于图像202中具有较深的灰色阴影级别的像素207的部分。在一些情况下，在灰度图像中使用平滑变化的阴影级别允许在所得到的打印结构中创建大致平滑的3d轮廓。

因此，实施方案包括用于使用来自2d图像的信息将3d结构打印到制品上的设置。这部分是通过指示打印装置在2d图像较深的区中沉积较多的打印材料以及指示打印装置在2d图像较浅的区中沉积较少的打印材料来实现的。此外，如下面进一步详细讨论的，指示打印装置从包含结构打印材料而不是用于形成2d层或图像的油墨或其它常规打印材料的贮存器进行打印。这种方法可用于产生3d打印结构(或部件)，而不需要3d打印文件，例如立体光刻(stl)格式的文件。

图3是打印系统100中的一些部件和系统的示意图。最初，来自图像文件200的信息可以被发送到处理系统300，其也可以被称为打印控制系统。处理系统300可以向打印装置102提供一组打印指令。具体地，处理系统可以包括与生成用于从2d图像信息和/或从3d打印文件产生3d结构的打印指令相关的任何系统、部件、方法、或过程。在一些实施方案中，处理系统300将图像文件200中的图像信息转换成关于应该在沿着打印表面(例如，鞋面或其他制品的表面)的每个打印位置或像素处打印哪些颜色的信息。因此，例如，处理系统300可以将图像的每个像素的rgb(以及可能的色调、饱和度、和亮度)值转换成要在对应于该像素的位置处打印的特定油墨颜色(包括油墨颜色的组合)。在一些情况下，处理系统300可以进一步确定要打印的每种油墨的阴影级别(例如，40％黑色)或数量。例如，为了在衬底的特定位置上打印纯黑色，处理系统300可以发送信息，该信息指示打印装置102在给定位置处打印最大量的油墨(这是预设的)同时在衬底的另一位置处打印灰色，处理系统300可以发送指示打印装置102在另一位置处打印最大量油墨的50％的信息。当使用非结构打印材料(如油墨)时，在给定位置处使用额外的油墨可能会产生更饱满或更丰富的颜色。然而，当使用结构打印材料时，额外的材料可能会导致在衬底的表面上3d结构的形成。如下面更详细讨论的，处理系统300可以向打印装置102发送信息，该信息指定应该从哪个墨盒、贮存器、或喷嘴打印特定“颜色”的打印材料。

图4图示了打印装置102的打印头组件400的放大部分的示意图。在一些实施方案中，打印头组件400可以进一步被安装到某种致动系统。在一些情况下，致动系统(未示出)可以包括用于促进打印头组件400和/或其他部件或装置的移动的各种设置。可以理解的是，可以使用用于将打印头移动到在打印机或类似装置内的不同位置的任何已知系统、装置、或方法。这样的设置可以包括各种类型的电动机、或本领域已知的用于打印机的其它驱动装置。

打印装置的一些实施方案可以包括允许彩色打印的设置。在一些实施方案中，打印系统可以使用cmyk打印。在其他实施方案中，可以使用另一种合适的打印方法进行彩色打印。

在使用cmyk打印的那些情况下，可以使用任何合适的装置、协议、标准、和方法来促使彩色打印。如本文所用，“cmyk”可以指彩色打印中使用的四种颜料：青色颜料为“c”，品红色颜料为“m”，黄色颜料为“y”，以及黑色颜料为“k”。在miller的2015年1月1日公布的题为“additivecolorprinting”(2013年6月26日提交的第13/927,551号美国专利申请)的公开号为2015-0002567的美国专利中公开了使用cmyk打印的打印装置的示例，该申请通过引用并入本文，并在下文中称为“彩色打印”申请。在一些实施方案中，打印系统100可以包括在彩色打印申请中公开的系统、部件、装置、和方法的一个或更多个特征，以促使彩色打印。例如，打印装置102可以被构造为通过将包括一种或更多种颜料的打印材料的微滴分配到基底上来打印图像。如本文所使用的，微滴可以指任何合适体积的打印材料。例如，微滴可以是一毫升的打印材料。在其他实施方案中，打印系统100可以使用其他系统、部件、装置、和方法。

在使用cmyk打印的那些情况下，cmyk可以通过打印和混合颜料的各种组合来产生或接近可见光谱中的任何颜色。参考图4，打印头组件400包括用于青色(c)、品红色(m)和黄色(y)的单独墨盒。因此，打印头组件可以针对青色(由喷嘴232分配)、品红色(由喷嘴234分配)和黄色(由喷嘴236分配)分配油墨或其他彩色打印材料。分配的彩色材料的组合可以被混合以产生红色、绿色、和蓝色中的一种或更多种颜色。彩色打印材料的进一步混合可用于产生除红色、绿色、蓝色、青色、品红色、和黄色之外的更多颜色。在示例性实施方案中，打印头组件400还可包括用于分配可由喷嘴238分配的黑色油墨或黑色打印材料(k)的单独的墨盒。在一些实施方案中，打印装置102可以包括用于分配可由喷嘴239分配的白色打印材料(w)的白色墨盒。尽管与一些实施方案一致地在图4中描绘了一个墨盒用于每种打印材料，但打印装置102可以包含一个以上的墨盒用于打印头组件400的一种或更多种打印材料。为了方便起见，术语“喷嘴”、“贮存器”、和“墨盒”可以在说明书和权利要求书中互换使用，以指特定类型打印材料(包括油墨和结构打印材料)的来源。然而，可以认识到的是，在一些情况下，多个喷嘴可以从打印材料的公共贮存器或墨盒中分配油墨。

在使用cmyk打印的情况下，可以使用任何合适的打印材料来促使彩色打印。在一些实施方案中，cmyk打印材料可以是水基的。在其他实施方案中，cmyk打印材料可以是油基的。在一些实施方案中，cmyk打印材料可以包括结构打印材料。

一些实施方案还可以使用结构打印材料，其目的是提供3d结构而不是颜色。在一些实施方案中，cmyk打印材料可以包括透亮(clear)和/或透明结构打印材料。在一些实施方案中，cmyk打印材料可以包括不透明结构打印材料。在一些实施方案中，cmyk打印材料可以包括半透明结构打印材料。在其他实施方案中，结构材料可以具有透明结构材料和/或半透明结构材料的组合。

参考图4，打印头组件400包括至少一个墨盒，该至少一个墨盒分配由喷嘴240分配的透明结构打印材料(cl)。虽然示例性实施方案可以使用透明结构打印材料，但是其他实施方案可以包括具有颜料的结构打印材料。

虽然未在图中示出，但是结合结构打印材料的实施方案可以包括固化装置以帮助固化打印材料。实施方案可以包括用于固化一种或更多种打印材料的设置。一般来说，可以使用任何已知的用于固化可打印物质的方法和/或装置。一些实施方案可以使用紫外线(uv)固化灯。使用uv灯的实施方案可以利用任何类型的uv灯。可以与实施方案一起使用的示例性灯包括但不限于汞蒸气灯(包括h型、d型或v型汞灯)、荧光灯、和/或uvled装置。所使用的灯的类型可以根据打印材料的类型、打印应用的类型、所使用的打印装置的类型、以及包括成本和可用性在内的其他制造考虑因素而变化。其他实施方案可以使用其他形式的固化，例如电子束固化。还有一些实施方案可以省略固化装置。

如前所述，预期打印系统可以通过指示打印装置从具有结构打印材料的指定墨盒打印打印材料的各种阴影级别来打印2d图像以形成3d结构。在一些情况下，打印类似数量的结构打印材料而不是常规油墨可能会导致3d打印的部件中不同厚度或高度的区。

图5是在图像区(例如，像素)的阴影级别和将被沉积在基底上的对应的区中的对应的量的结构打印材料之间的关系的示意图。在灰度图像中，每个像素可以呈现在“纯白”和“纯黑”之间的任何颜色或阴影，这在此称为“阴影级别”。在使用色彩油墨(例如，黑色)打印灰度图像的情况下，打印系统可以指示打印机在对应于具有不同阴影级别的像素的位置处输送不同体积的油墨。例如，用黑色油墨打印灰度图像可以包括针对纯黑色像素打印最大预定体积或数量的油墨，针对纯白色像素不打印油墨，以及针对中间阴影级别的像素打印在零体积和最大预定体积之间的某个体积范围。

如图5所示，在一些实施方案中，用于打印不同阴影级别的打印指令可用于打印不同高度的结构层，因为每个阴影级别对应于不同体积的打印材料。例如，在打印表面上对应于具有纯白色阴影级别502的图像的区或像素的位置将不接收任何打印材料。相比而言，在打印表面上对应于具有纯黑色阴影级别510的图像的区或像素的位置将接收最大预定体积的打印材料。在这些位置处，结构打印材料可以被形成为具有高度528的部分。此外，在打印表面上对应于具有介于纯白色和纯黑色之间的中间阴影级别的图像的区或像素的位置将接收最大预定体积的打印材料的对应的百分比。例如，比纯白色阴影级别502稍暗的浅灰色阴影级别504可以接收结构打印材料的总体积的25％，从而产生具有高度522的结构，高度522可以是高度528的25％。类似地，中等灰色阴影级别506可以接收结构打印材料的总体积的50％，从而产生具有高度524的结构，高度524可以是高度528的50％。此外，深灰色阴影级别508可以接收结构打印材料的总体积的75％，从而产生具有高度526的结构，高度526可以是高度528的75％。因此，可以看出，可以通过使用阴影级别信息在打印表面上打印体积变化的打印材料来形成3d结构对象。在一些情况下，打印的区的高度和阴影级别之间的关系可以是线性的。例如，在一些情况下，随着阴影级别加倍(例如，从20％黑色到40％黑色)，则高度加倍(例如，从两个打印的层到四个打印的层)。

可以认识到，图5中所示的结构可以通过打印头的单程形成，其中打印材料的体积在每个位置处变化。可替代地，在其他实施方案中，这些结构可以通过针对打印头的每个道次打印固定高度的单层，并且将更多层施加于更高的区来连续构建。还可以认识到，这两种方法都可以通过向打印装置提供不同的阴影级别来实现，因为该装置可以被构造为使用单程利用标准油墨打印不同的阴影级别，或者通过多道次连续地向某些像素施加更多的油墨来实现。

图6是打印系统的操作的示意性方法的实施方案。可以认识到，在一些实施方案中，以下步骤中的一些可以是可选的。其他实施方案可以包括图6中未示出的额外的步骤。此外，在一些实施方案中，这里描述的各种步骤可以由打印系统——包括打印系统的子系统(例如处理系统或打印装置)——完成。在其他实施方案中，一个或更多个步骤可以由打印系统外围的任何其他系统完成。

为了理解下面的过程的目的，图7中示出了利用该过程的打印系统的示例性构造，并参考图6的过程进行了讨论。

在步骤602中，打印系统可以接收具有对应于灰度图像的信息的图像文件。例如，在一些情况下，使用者可以从与打印系统相关联的计算系统上的文件位置导入图像文件。在一些情况下，可以使用图形软件(例如图像编辑软件)来创建和/或修改图像文件。在一些情况下，该软件可以被认为是打印系统的一部分，而在其他情况下，该软件可以被认为是系统外部的。图7描绘了在处理系统300处接收的示例性2d图像702。

接下来，在步骤604中，打印系统可以获取关于喷嘴和用于与打印装置的一个或更多个打印头相关联的每个喷嘴的对应的打印材料的信息。具体地，在一些情况下，打印系统可以确定哪些打印喷嘴具有色彩油墨，包括哪些喷嘴具有黑色油墨，以及哪些喷嘴可以具有结构打印材料。在一些情况下，该信息可以在打印之前被存储在打印系统的数据库中。在其他情况下，打印系统可以提示用户提供这些信息。在一些情况下，该信息可以作为关于打印材料的一个或更多个贮存器(一个或更多个喷嘴或墨盒)的识别信息来被提供。因此，例如，在使用某个id号识别不同贮存器的实施方案中，打印系统可以确定对应于具有结构打印材料的贮存器的id号。

可以认识到，在一些情况下，打印装置可能不具有关于每个打印墨盒中的打印材料的类型的信息。例如，在被修改以打印结构打印材料的打印机中，结构打印材料可以被设置在通常用于保持色彩油墨的贮存器中。因此，由例如处理系统提交给打印装置的打印指令可以包括关于每个喷嘴的id信息以及关于使用哪个喷嘴进行打印的明确指令。因此，当系统将2d灰度图像打印为平坦的2d层时，可以指示打印装置从包含黑色油墨的喷嘴进行打印，并且当系统打印3d结构时，可以指示打印装置从包含结构打印材料的喷嘴进行打印。在任一种情况下，打印装置根据目标阴影级别提供给定体积的打印材料。

作为步骤604的示例，图7中所示的实施方案包括也在处理系统300处接收的贮存器信息704。具体地，贮存器信息704指示打印装置102中的打印头组件710的贮存器#5包括透明结构打印材料。因此，为了说明的目的，可以看到处理系统300具有示例性打印头的每个贮存器中的打印材料的知识(在图7中以内部过程表示)。

在步骤606期间，打印系统向打印装置提供指令，以使用具有结构打印材料的一组喷嘴打印图像文件信息。在一些情况下，在步骤606期间，打印系统提供包括要从其进行打印的贮存器的id以及颜色和/或阴影级别(例如50％黑色)的指令。如图7所图示的，打印装置102如同贮存器#5包括黑色油墨一样地操作，其可以包括基于灰度阴影级别计算要被沉积在每个位置处的打印材料的量。

在图7中，图示了示例性打印指令集706。在该示例中，示例性打印指令集706包括用于在给定位置(例如，“x1，y1”、“x1，y2”等)处打印特定阴影级别的指令。在一些情况下，阴影级别可以作为绝对颜色的百分比被给出(例如，“30％黑色”、“35％黑色”等)。另外，示例性打印指令集706可以指定包含所指示的油墨颜色的贮存器的位置。在这种情况下，当打印装置从所指示的贮存器进行打印时，沉积结构打印材料而不是黑色油墨，这形成了最终的3d结构。

这种构造可以允许打印装置打印3d结构，而不要求打印装置具有用于使用3d打印文件或3d打印驱动程序的设置。相反，3d打印是通过向打印装置提供打印的2d图像所需的指令但是使用允许创建3d轮廓的结构打印材料来完成的。

一些实施方案可以包括允许打印系统知道灰度图像何时应该被打印为2d灰度设计与使用图像信息来打印3d结构的设置。在一些情况下，打印系统可以在指示打印装置之前确定图像文件信息是否打算被用于进行3d打印。换句话说，打印系统(即，图3的处理系统300)确定图像文件信息是否应该被用于打印3d结构。在不同的实施方案中，系统可以以多种不同的方式进行这种确定。在一些情况下，系统的使用者例如通过与打印系统的gui或命令行接口向系统提供明确的指令，该指令通知系统该图像文件信息应该被用于打印3d结构。在其他情况下，打印系统可以具有用于自动确定给定文件是否打算被用于打印3d结构的能力。例如，在一些情况下，图像文件可以包括指示其用于3d打印的意图的头部信息或其他元数据。

图8-9图示了打印系统800的另一实施方案的示意图。图8-9的实施方案可以共享先前实施方案的许多特征，并且还可以包括一些新特征以及省略其他特征。例如，在图8-9中，打印系统800被构造为接收关于三个不同图像的信息。这些图像包括第一彩色图像802、灰度图像804、和第二彩色图像806。类似于前述实施方案，灰度图像804包括可由打印系统800用来形成三维结构810的信息。另外，第一彩色图像802和第二彩色图像806可以分别应用于部件810的顶部表面812和底部表面814。此外，第二彩色图像806可以是被设置在部件810和下面的基底801(即，本实施方案中的鞋面)之间的内部彩色层。

在不同的实施方案中，传递给打印系统的图像信息可以采取各种形式。例如，在一些实施方案中，每个图像可以作为单独的文件发送到打印系统(例如，每个图像可以是单独的jpeg、png、tiff、或其他类型的图形文件)。例如，在图9中，每个图像作为单独的文件(即，图像文件820、图像文件830、和图像文件840)进行发送。在其他实施方案中，多个图像可以作为单个文件的一部分进行发送。另外的其他实施方案可以包括用于发送具有附加信息(例如各种参数)的图像信息的设置，该附加信息可以作为头部的一部分(例如，作为支持头部信息的tiff文件中的头部的一部分)进行提供。

还可以认识到，其他实施方案可以仅使用顶部彩色图像或底部彩色图像。例如，在一些实施方案中，仅可以使用底部彩色图像，并且所得打印的制品将包括具有重叠3d结构的底部彩色层。在其他实施方案中，仅可以使用顶部彩色图像，并且所得打印的制品将包括被直接打印到制品上的3d结构(没有中间彩色层)，并且还将包括被打印到结构上的顶部彩色层。

图10是打印系统的示意性操作方法的实施方案。可以认识到，在一些实施方案中，以下步骤中的一些可以是可选的。其他实施方案可以包括图10中未示出的附加步骤。此外，在一些实施方案中，这里描述的各种步骤可以由打印系统——包括打印系统的子系统(例如处理系统或打印装置)——完成。在其他实施方案中，一个或更多个步骤可以由打印系统外围的任何其他系统完成。

在步骤1002中，打印系统可以接收图像文件信息。例如，在一些情况下，使用者可以从与打印系统相关联的计算系统上的文件位置导入图像文件。在一些情况下，可以使用图形软件(例如图像编辑软件)来创建和/或修改图像文件。在一些情况下，该软件可以被认为是打印系统的一部分，而在其他情况下，该软件可以被认为是系统外部的。

在本实施方案中，可以接收关于多个图像的信息。例如，也可以接收关于灰度图像的信息以及关于一个、两个、或更多个彩色图像的信息。在一些情况下，不同的图像可以作为单独的文件被接收。在其他情况下，图像可以由单个文件中的数据来表示。

在步骤1004中，打印系统选择关于多个图像中的一个图像的信息。在可以接收单个文件的情况下，打印系统提取与文件中的多个图像中的一个图像相对应的信息。在其他情况下，打印系统从多个文件中选择对应于图像的文件。

在步骤1006中，打印系统确定图像是否用于3d打印。这可以以各种方式来确定，该方式包括通过检查指示图像是用于2d打印还是3d打印的与图像信息一起接收的参数或其他元数据。在其他情况下，打印系统可以根据图像信息本身自动确定图像是否将用于3d打印。例如，在一些情况下，打印系统被构造为使得任何纯灰度文件总是被假定用于3d打印。

如果图像不是用于3d打印，则打印系统前进到步骤1008。打印系统将发送用于打印2d彩色层(或2d黑/白层)的正常打印指令。

然而，如果系统在步骤1006期间确定图像打算被用于3d打印，则打印系统前进到步骤1010。打印系统然后可以生成并提交修改后的打印指令，以用于使用图像信息打印3d结构。在一些实施方案中，打印系统可以遵循类似于图6的步骤602、步骤604、和步骤606的步骤来生成和提交使用图像信息打印3d结构的指令。

如贯穿本详细描述和权利要求中所使用的，术语“正常打印指令”通常可以指在打印2d层时生成并发送到打印装置的指令。相比而言，“修改后的打印指令”被生成并发送到打印装置，以用于打印3d对象或层。在不同的实施方案中，这两种类型的指令之间的区别可以不同。在一个实施方案中，修改后的打印指令包括从具有结构打印材料(透明或不透明)的贮存器进行打印的指令，而正常打印指令包括从具有用于2d打印的“常规打印材料”(例如不能用于形成3d波状外形的结构或对象的油墨或染料)的贮存器进行打印的指令。

图11是与打印系统一起使用的文件1100的实施方案的示意图。在一些实施方案中，文件1100可以包括图像信息以及其他参数和/或元数据。如图11所示，文件1100可以包括包含图像信息或图像数据的图像部分1102。另外，文件1100可以包括头部部分1104，其包含关于元数据的信息，例如3d结构的最大高度。在一些情况下，头部部分1104还可以指示结构是否应该被打印成具有固定或可变数量的层。头部信息可用于确定在每个点或位置处打印多少层(在打印可变数量的层的情况下)或在每个点或位置处打印的层有多厚(在打印固定数量的层的情况下)。

图12-13图示了一个实施方案的示意图，其中打印系统打印结构打印材料的可变数量的层，以便在结构的给定位置处获得特定厚度。具体地，图12图示了3d结构的两个打印位置的示意图。在第一位置1202处，如通过灰度文件中对应的像素处的阴影级别1210确定地，打印固定高度1250的四个打印的层1204。在第二位置1206处，如通过在相同灰度文件中对应的像素处的阴影级别1212确定地，仅打印固定高度1250的两个打印层1204。因此，可以清楚地看到，在一些情况下，打印系统通过根据灰度文件中表示该位置的阴影级别堆叠不同数量的恒定厚度的层来打印具有不同高度的部分。

图13图示了用于使用可变数量的层进行打印来形成三维结构的过程的实施方案。在步骤1302中，打印系统接收结构的最大高度。该值可以由系统的操作者手动输入，或者可以作为数据与灰度图像的图像信息一起进行提供。最大高度可以是灰度图像的对应的像素为100％黑色(或最大阴影级别)的任何区的打印高度。接下来，在步骤1304中，打印系统可以确定或以其他方式接收恒定的层厚度。这可以是要打印的每一层的厚度。在一些情况下，可以根据最大高度并使用约束厚度的其他参数来计算或以其他方式确定该值。在其他情况下，恒定的层厚度被给定作为打印系统的输入。

接下来，在步骤1306中，打印系统可以接收具有不同阴影级别的梯度数据。在一些情况下，梯度数据是灰度信息。然而，可以认识到，在其他实施方案中，梯度数据可以作为非灰色的不同阴影(诸如蓝色的阴影或红色的阴影)被提供。为了形成3d打印的结构的目的，可以以类似于灰度数据的方式处理这种梯度数据。

最后，在步骤1308中，打印系统可以根据阴影级别确定要在每个位置处打印的层数。因此，具有100％黑色阴影级别的区可以被打印成具有3d结构的最大厚度或高度，而具有小于100％黑色阴影级别的区在被打印时将具有更小的厚度或高度。此外，使用这种构造，最大厚度的区相比于具有小于最大厚度的厚度的区将具有更大数量的层。

图14-15图示了一个实施方案的示意图，其中打印系统打印结构打印材料的固定数量的层(n层)，并且其中这些层可以具有不同的厚度，以便在结构的给定位置处获得特定的厚度。具体地，图14图示了3d结构的两个打印位置的示意图。在第一位置1402处，如通过在灰度文件中对应的像素处的阴影级别1410确定地，打印第一高度1450的五个打印的层1404。在第二位置1406处，如通过在相同灰度文件中的对应的像素处的阴影级别1412确定地，打印第二高度1452的五个打印的层1408。因此，可以清楚地看到，打印系统通过打印恒定数量的层来打印具有变化的高度的部分，其中每个层的厚度与该位置的阴影级别成比例。

图15图示了在每个位置处使用固定数量的层并改变这些层的厚度以形成三维结构的打印过程的实施方案。在步骤1502中，打印系统接收结构的最大高度。该值可以由系统的操作者手动输入，或者可以作为数据与灰度图像的图像信息一起被提供。接下来，在步骤1504中，打印系统可以确定或以其他方式接收层的固定数量。在一些情况下，可以根据最大高度并使用约束厚度的其他参数来计算或以其他方式确定该值。在其他情况下，层的固定数量被给定作为打印系统的输入。

接下来，在步骤1506中，打印系统可以接收具有不同阴影级别的梯度数据。在一些情况下，梯度数据是灰度信息。然而，可以认识到，在其他实施方案中，梯度数据可以作为非灰色的不同阴影(诸如蓝色的阴影或红色的阴影)被提供。为了形成3d打印的结构的目的，可以以类似于灰度数据的方式处理这种梯度数据。

最后，在步骤1508中，打印系统可以根据阴影级别确定要在每个位置处打印的层数。因此，具有100％黑色阴影级别的区可以被打印成具有3d结构的最大厚度或高度，而具有小于100％黑色阴影级别的区在被打印时将具有更小的厚度或高度。此外，这是通过在较深的区中打印具有第一厚度的每一层并且在较浅的区中打印具有小于第一厚度的第二厚度的每一层来实现的。

一些实施方案可以包括用于提高打印平滑轮廓的3d表面的精度的设置。在一些实施方案中，打印系统可以包括用于将给定油墨的专色百分比与期望的油墨层高度相关联的设置。这里，术语“专色(spotcolor)”可以指使用标准油墨或打印材料，关于该标准油墨或打印材料的各种性质(例如给定量油墨的颜色密度)是已知的。换句话说，专色也可以称为标准颜色。在下面实施方案中讨论的上下文中，“专色”也可以指透明结构油墨。在一些情况下，已知的灰度专色范围(0-100％)可用于透明结构油墨。然而，打印系统可以使用专色来控制一个或更多个结构层的厚度，而不是使用专色百分比的变化来控制层中的颜色密度。

图16图示了给定透明结构油墨的透明(clr)专色百分比(列1602)和所得打印层厚度(列1604)之间的示意关系。如果提供了包含在这种表格中的数据，打印系统可以通过选择用于打印的相关专色百分比来打印各种范围厚度的层，以达到期望的厚度(可替代地，设计者和/或图形程序可以向打印系统提供具有期望专色百分比的数据，以达到所得到的打印对象中的期望厚度)。这可以允许创建非常平滑的轮廓和高度梯度，因为打印系统对层厚度具有非常精细和精确的控制。

例如，图17和图18图示了具有平滑变化的高度的打印结构的实施方案的两个示意图，其中平滑变化的高度是通过根据逐渐变化的颜色百分比来打印层实现的。在图17中，打印对象1702具有最大高度1704的位置1703，其对应于使用为透明结构油墨指定的100％专色进行的打印。通过使用99.5％专色进行打印，紧邻位置1703的位置1705具有稍微小于最大高度1704的高度。在图18中，打印对象1802具有是图17中的最大高度1704的两倍的最大高度1804的位置1803。为了达到这个厚度，在位置1803处打印具有100％专色的两层。

在图16-18的实施方案中，对应的打印层厚度在专色百分比中是线性的。在一些应用中，根据所使用的油墨类型和/或打印系统的其他性质，打印层厚度在专色百分比中可能不是线性的。这可能是因为线性改变颜色密度(其确定专色百分比)所需的油墨量可能导致打印的油墨层的高度或厚度的非线性变化而出现的。为了允许设计者创建以小而规则的间隔(层高度)改变的平滑变化的轮廓，可能希望的是找到与一组规则间隔的厚度相对应的一组修改后的专色百分比值。

图19图示了用于找到产生规则间隔的层厚度的一组修改后的(或“线性化的”)专色百分比的过程。以下步骤中的至少一些可以由打印系统的操作者或其他系统技术人员执行。在一些情况下，一个或更多个步骤可以由打印系统和/或由单独的计算系统执行。

在步骤1902中，操作者可以将一定范围的专色百分比打印到衬底的不同区上。例如，操作者可以打印对应于规则增加的专色百分比(例如，5％、10％、15％等)的20个油墨点。接下来，在步骤1904中，操作者可以测量包含使用不同专色百分比施加的油墨的每个区的厚度。用于进行这种精确测量的示例性工具和技术可以包括但不限于：磁拉力计(magneticpull-offgauge)、涡流技术(eddycurrenttechnique)、超声波技术以及本领域已知的其他工具和技术。

接下来，在步骤1906中，操作者可以例如使用电子表格将测量的厚度与预定的目标厚度进行比较。在一些情况下，预定的目标厚度可以根据以下假设来确定：厚度将根据专色百分比而在高度上线性变化。在步骤1908中，操作者可以生成用于实现预定的目标厚度的专色百分比的校正的表格(例如，使用电子表格)。

最后，在步骤1910中，操作者可以确保在打印期间使用校正的或修改后的表格。在一些实施方案中，在将图形数据发送到打印系统之前，可以在图形数据上使用修改的表格。例如，输出供打印系统使用的图形数据的图形程序可以使用修改后的表格自动选择用于打印的专色百分比。在其他实施方案中，修改后的专色百分比可以被合并到打印系统的软件中(例如，作为逻辑或者作为存储在数据库中的查找表)。

图20图示了提供在目标厚度和“调整后的专色百分比”之间的相关性的修改后的表格的示例。在表格的最左边的列2002中是专色百分比从0％到100％的规则间隔。在接下来的两列(列2004和列2006)中，分别是这些专色百分比的测量的层厚度和目标(预期)厚度。因为测量的厚度和目标厚度不同，所以该表格包括具有调整后的专色百分比的最终列2008。应该使用调整后的专色百分比来实现相同行中的期望目标厚度，而不是第一列2002中的专色百分比。例如，使用图20的表格，为了打印目标厚度为0.34mm的层(来自列2006)，应该指示系统打印15.1％的专色(来自列2008中的相同行)。

使用本文描述的方法，制造商可以允许设计者使用专色百分比来获得期望的厚度，并以高精度产生期望的轮廓。这可以通过根据已知专色百分比提供打印指令来以有效的方式实现，对于已知的专色百分比，打印系统或其他软件已经具有已知数据(即，对于实现给定专色的期望百分比所需的油墨或打印材料的量)。例如，图形程序可以被配置成输出在每个像素处具有给定专色百分比的灰度图像，该给定专色百分比将在与该像素相对应的3d对象中实现期望的层高度。

尽管已经描述了各种实施方案，但是本描述旨在是示例性的而不是限制性的，并且对于本领域普通技术人员来说将明显的是，在实施方案的范围内的更多的实施方案和实现方式是可能的。任何实施方案的任何特征可以与任何其他实施方案中的任何其他特征或元件组合地使用或者取代任何其他实施方案中的任何其他特征或元件来使用，除非特别限制。因此，除了根据所附权利要求及其等同物之外，实施方案不受限制。另外，在所附的权利要求的范围内可以做出各种修改和变化。