三维打印方法和三维打印系统与流程

本发明实施例涉及三维喷墨打印技术领域，尤其涉及一种三维打印方法和三维打印系统。

背景技术：

现有的三维喷墨打印机中，由于制作工艺以及设备成本的限制，打印头喷孔列上喷孔的分辨率一般低于目标三维物体的打印分辨率。为了提高打印头喷孔的分辨率，可以通过在行方向上设置多个相互平行的喷孔列，且多个喷孔列上的喷孔在列方向上错位排布来进行三维打印。如此，打印头上的喷孔会在列方向上的不同位置分别沉积墨滴，从而提高了打印头在列方向上的打印分辨率。

然而，在多材料打印中，多个错位排布的喷孔列分别用于喷射不同的打印材料。因此在单个主扫描中，不同喷孔列上的喷孔沉积的不同材料在列方向上依次排列，则就单种材料而言，其在列方向上的分辨率等于打印头喷孔列上的分辨率，为了提高单种材料在列方向上的分辨率，则需要通过多pass打印实现，即在两个主扫描之间在列方向上移动特定距离，则在相邻的两个主扫描中，同一喷孔在列方向上的相邻位置沉积墨滴，从而实现单种材料在列方向上分辨率的提高，

但是在前一扫描中，其他喷孔列上的喷孔已经在该位置处沉积有墨滴，则后一扫描中沉积的墨滴叠加在前一扫描中沉积的墨滴，由于打印头上喷孔列之间存在错位，如此执行多pass打印来提高打印分辨率会导致目标三维物体的两个端面处形成倾斜面，影响目标三维物体表面的成型精度。

技术实现要素：

本发明提供一种三维打印方法和三维打印系统，以解决多pass打印中三维物体两个端面出现倾斜面的问题。

本发明实施例提供一种三维打印方法，使用三维打印系统打印目标三维物体，三维打印系统包括控制器、和控制器电连接的打印头和打印平台，打印头包括多个以行列形式排布的喷孔，至少两个喷孔列在其行方向上错位排布；方法包括：

根据目标三维物体的模型数据生成初始控制数据；

将初始控制数据根据喷孔列错位数据进行偏移生成控制数据，其中，喷孔列错位数据为至少两列错位设置的喷孔中喷孔的错位方向和错位距离；

根据控制数据控制打印头相对于三维物体的每个位置执行n个主扫描操作以打印形成目标三维物体，其中n为打印头在列方向上错位排布的喷孔列的列数的整数倍。

可选的，根据目标三维物体的模型数据生成初始控制数据，具体包括：

根据目标三维物体模型数据生成三维物体的切片数据；

根据切片数据和预设的参数生成初始控制数据。

可选的，预设的参数为喷孔打印材料配置数据和打印参数；

打印参数包括打印头相对于目标三维物体的每个位置执行的主扫描操作数n和/或目标三维物体的打印分辨率。

可选的，根据控制数据控制打印头相对于三维物体的每个位置执行n个主扫描操作以打印形成目标三维物体，具体包括：

根据控制数据控制打印头和打印平台在喷孔行排列方向作相对运动执行主扫描操作；

执行下一个主扫描操作之前，控制打印头和打印平台在喷孔列排列方向上作相对运动；

重复执行多个主扫描操作，以形成目标三维物体的成型层；

控制打印头和打印平台在垂直于喷孔的面方向作相对运动以叠加多个成型层，打印形成目标三维物体。

可选的，在每个位置执行的n个主扫描操作中的相邻两个主扫描之间，控制器控制打印头在喷孔列排列方向上移动一个步进距离加上或减去一个偏移距离。

可选的，偏移距离等于单个喷孔间距除以n，步进距离为数个喷孔间距或等于零。

可选的，当步进距离为零时，每个位置执行的n个主扫描操作执行完毕，控制器控制打印头相对于执行完毕的n个主扫描操作中的第一个主扫描操作中打印头的位置在喷孔列列排列方向上移动一个打印头长度的距离。

可选的，初始控制数据的偏移方向与错位方向相反，初始控制数据的偏移距离与错位距离相等。

可选的，控制数据前n行数据和后n行数据中部分喷孔列不存在控制数据。

本发明实施例还提供一种三维打印系统，包括控制器、和控制器电连接的打印头和打印平台，打印头包括多个以行列形式排布的喷孔，至少两列喷孔在其行方向上错位排布；

还包括控制数据生成模块，控制数据生成模块用于根据目标三维物体的模型数据生成初始控制数据；将初始控制数据根据喷孔列错位数据进行偏移生成控制数据；其中，喷孔列错位数据为至少两列错位设置的喷孔中喷孔的错位方向和错位距离；

控制器用于根据控制数据控制打印头相对于三维物体的每个位置执行n个主扫描操作以打印形成目标三维物体，其中n为打印头在列方向上错位排布的喷孔列的列数的整数倍。

可选的，还包括切片模块，切片模块用于根据打印目标三维物体模型数据生成三维物体的切片数据；

控制数据生成模块还用于根据切片数据和预设的参数生成初始控制数据；

初始控制数据的偏移方向与错位方向相反，初始控制数据的偏移距离与错位距离相等。

可选的，三维打印系统还包括三轴运动机构，打印头和打印平台均与三轴运动机构连接，三轴运动机构包括第一方向驱动器、第二方向驱动器和第三方向驱动器，控制器控制第一方向驱动器驱动打印头和打印平台在喷孔行排列方向作相对运动；

控制器控制第二方向驱动器驱动打印头和打印平台在喷孔列排列方向上作相对运动；

控制器控制第三方向驱动器驱动打印头和打印平台在垂直于喷孔的面方向作相对运动。

可选的，打印头包括在行方向上依次排列且在列方向上错位排布的多个主材料喷孔列，和在行方向上分别与所述多个主材料喷孔列对齐设置的多个辅助材料喷孔列。

本发明提供的三维打印方法和三维打印系统通过对多pass打印中在列方向上错位排布的喷孔列的控制数据进行偏移，使得控制数据中前n行数据和后n行数据中部分喷孔列不存在控制数据，来避免在成型层两端产生倾斜面，以提高目标三维物体表面的成型精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种打印头的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的三维打印方法的流程图；

图3为本发明实施例一提供的三维打印方法中控制数据生成示意图；

图4为本发明实施例一提供的三维打印方法中目标三维物体进行切片处理的示意图；

图5(a)为本发明实施例一提供的三维打印方法中层s1的初始控制数据的示意图；

图5(b)为本发明实施例一提供的三维打印方法中层s1的控制数据的示意图；

图6为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据生成层s1的一种成型方法示意图；

图7为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据形成的层s1的结构示意图；

图8为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据生成层s1的另一种成型方法示意图；

图9为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据生成层s1的第三种成型方法示意图。

图10为本发明实施例二提供的三维打印系统的结构示意图。

图11为本发明实施例二提供的三维打印系统中喷孔列的具体配置示意图；

图12(a)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的初始控制数据示意图；

图12(b)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的控制数据示意图；

图13为本发明实施例二提供的三维打印系统中打印头上喷孔列的另一种具体配置示意图；

图14(a)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的初始控制数据示意图；

图14(b)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的控制数据示意图。

附图标记说明：

1011：控制器；

1012：打印头；

1013：打印平台；

1014：三轴运动机构；

1021：目标三维物体的模型数据；

1022：切片模块；

1023：切片数据；

1024：控制数据生成模块；

1025：喷孔打印材料配置数据；

1026：喷孔列错位数据；

1027：控制数据；

obj：三维物体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为现有技术中一种打印头的结构示意图，如图1所示，打印头包括多个以行列形式排布的喷孔(在同一个列方向上排列的喷孔定义为一个喷孔列)，打印头沿行方向上依次设置有4个喷孔列，具体的，打印头包括在第一方向x上依次排列的4个喷孔列，且4个喷孔列在第二方向y上错位排布，单个喷孔列中相邻喷孔之间的距离为d，任意一个喷孔列上相邻喷孔之间的距离d被其他三个喷孔列上的喷孔均分为4个等分，例如，第2喷孔列、第3喷孔列和第4喷孔列上的第一个喷孔将所述第1喷孔列上的第一个喷孔和第二个喷孔之间的间距d分割为4个等分，即第1喷孔列上的第一个喷孔和第3喷孔列上的第一个喷孔在第二方向y上的距离为d，第3喷孔列上的第一个喷孔和第2喷孔列上的第一个喷孔在第二方向y上的距离为d，第2喷孔列上的第一个喷孔和第4喷孔列上的第一个喷孔在第二方向y上的距离为d，所述第4喷孔列上的第一个喷孔和第1喷孔列上的第二个喷孔在第二方向y上的距离为d，则d＝d/4，即以第1喷孔列上的喷孔位置为基准，第2、3、4喷孔列相对于第1喷孔列分别沿-y方向错位2d、d和3d，即d/2、d/4、3d/4。则单个主扫描中，打印头不同喷孔列上的喷孔在第二方向y上的不同位置分别沉积墨滴，因此在第二方向y上的打印分辨率为打印头喷孔列上喷孔分辨率的4倍，即对于单材料打印而言，该种打印头可以提高其打印分辨率为喷孔分辨率的4倍。

然而，对于多材料打印而言，例如，多个错位排布的喷孔列用于喷射不同的打印材料，则在单个主扫描中，不同喷孔列上的喷孔沉积的不同材料在列方向上依次排列，但对单种材料而言，其在列方向上的分辨率等于打印头喷孔的分辨率。

为了提高单种材料在列方向上的分辨率，则需要通过多pass打印实现，即在两个主扫描之间在列方向上移动特定距离，则在相邻的两个主扫描中，同一喷孔在列方向上的相邻位置沉积墨滴，从而实现单种材料的列方向上分辨率的提高。

但是在前一扫描中，其他喷孔列上的喷孔已经在该位置处沉积有墨滴，则后一扫描中沉积的墨滴叠加在前一扫描中沉积的墨滴，由于打印头上喷孔列之间存在错位，如此执行多pass打印来提高打印分辨率会导致目标三维物体的两个端面处形成倾斜面，影响目标三维物体表面的成型精度，还会对目标三维物体的性能造成一定的影响。

为了提高三维物体表面的成型精度，消除多pass打印中产生的倾斜面，本发明提供一个新的三维打印方法，通过对多pass打印中在列方向上错位排布的喷孔列的控制数据进行偏移，使得控制数据中前n行数据和后n行数据中部分喷孔列不存在控制数据，来避免在成型层两端产生倾斜面，且能够实现每种材料在列方向上打印分辨率的提高，下面将通过不同的实施例对本发明提供的方法和系统进行详细说明。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的三维打印方法的流程图，图3为本发明实施例一提供的三维打印方法中控制数据生成示意图，如图2和图3所示，本发明实施例提供的三维打印方法，使用三维打印系统打印目标三维物体，其中，三维打印系统包括控制器1011、和控制器电连接的打印头1012和打印平台1013，打印头1012包括多个以行列形式排布的喷孔，至少两个喷孔列在其行方向上错位排布，上述方法包括：

s1：根据目标三维物体的模型数据1021生成初始控制数据。

具体包括：

根据目标三维物体模型数据1021生成三维物体的切片数据1023，再根据切片数据1023和预设的参数生成初始控制数据。

其中，目标三维物体的模型数据1021可以包括目标三维物体的形状数据和属性数据，上述预设的参数为喷孔打印材料配置数据1025和打印参数，打印参数包括打印头1012相对于目标三维物体的每个位置执行的主扫描操作数n和/或所述目标三维物体的打印分辨率。

图4为本发明实施例一提供的三维打印方法中目标三维物体进行切片处理的示意图，如图4中所示，三维物体obj的三维模型数据1021经切片模块1022进行切片处理后获得切片数据1023，切片数据1023包括多个切片层s1-sn，每个切片层中包括多个体素q，体素q的大小由目标打印分辨率决定，目标打印分辨率越大，体素越小；本实施例以彩色打印为例进行说明，为了方便描述，本实施例中将目标三维物体obj设置为彩色立方体，而为了实现全彩色打印，一般需要使用c、m、y、k四种材料进行打印，当然也可以利用其他颜色的材料，例如r、g、b等进行打印，此处并不用于限制本发明；相应的，喷孔打印材料配置数据1025用于指定各喷孔列喷射的材料种类，具体的，喷孔打印材料配置数据1025可以是，第1、2、3、4喷孔列分别喷射c、y、m、k四种不同颜色的材料，当然，此处并不用于限定打印头1012上各喷孔列的材料配置方式，还可以是任意其他的配置方式。

s2：将初始控制数据根据喷孔列错位数据1026进行偏移生成控制数据1027。

其中，喷孔列错位数据1026为至少两列错位设置的喷孔中喷孔的错位方向和错位距离。初始控制数据的偏移方向与错位方向相反，初始控制数据的偏移距离与错位距离相等。

通常，喷孔列错位数据1026可以包括如上所述的各喷孔列位置相对于基准位置的方向和距离，如图1所示，以第1喷孔列为基准，第1、2、3、4喷孔列相对于基准分别沿-y方向错位0、2d、d和3d，即0、d/2、d/4、3d/4；需要注意的是，图1中所示喷孔列的数量和各喷孔列上喷孔的数量均只是示意性的表示，不用于限定本发明，另外，所述多个喷孔列的错位方式也不仅限于此，还可以是第2、3、4喷孔列相对于第1喷孔列依次错位d/4、d/2和3d/4。

图5(a)为本发明实施例一提供的三维打印方法中层s1的初始控制数据的示意图，图5(b)为本发明实施例一提供的三维打印方法中层s1的控制数据的示意图，如图5(a)和图5(b)所示，图5(a)为基于单个层s1的切片数据1023、喷孔打印材料配置数据1025和打印参数生成的初始控制数据，图5(b)为基于所述初始控制数据和喷孔列错位数据1026生成的控制数据1027，每个喷孔列示出了三列数据，具体的，所述喷孔列错位数据1026包括：以第1喷孔列c为基准，第2喷孔列y、第3喷孔列m和第4喷孔列k分别沿-y方向依次错位d/2、d/4和3d/4，则初始控制数据可以以第1喷孔列c的控制数据为基准，将第2喷孔列y、第3喷孔列m和第4喷孔列k的控制数据沿y方向依次错位d/2、d/4和3d/4。

在具体实现时，本实施例中，打印头1012上任意三个喷孔列上的喷孔将另一个喷孔列上的喷孔间距d分为4个等分，即在一个喷孔间距的范围内至少可以沉积4个墨滴，则一般可以通过4-pass打印来获得4倍于打印头1012上喷孔列的喷孔分辨率的打印分辨率，或者通过8-pass打印来获得8倍于打印头1012上喷孔列的喷孔分辨率的打印分辨率，如果执行4-pass打印，则可以在一个喷孔间距d的范围内形成四个体素q，则每个体素q在第二方向y上的尺寸为每个喷孔列上相邻喷孔之间距离d的1/4倍，即d/4；如果执行8-pass打印，则可以在一个喷孔间距d的范围内形成8个体素q’，则每个体素q’在第二方向y上的尺寸为每个喷孔列上相邻喷孔之间距离d的1/8倍，即d/8；其中n-pass打印表示打印头1012相对于每个位置执行n个主扫描操作，每个位置包括一个喷孔间距的范围，即，4-pass打印中，打印头1012上每个喷孔相对于包括一个喷孔间距范围的位置执行4个主扫描操作，为了进一步提高打印分辨率，8-pass打印中，打印头1012上每个喷孔相对于包括一个喷孔间距范围的位置执行8个主扫描操作；另外，需要注意的是，所述4-pass打印和8-pass打印可获得的打印分辨率的倍数并不仅限于四倍和八倍，还可以是其他小于所述pass数的打印分辨率倍数，例如：4-pass打印中，可以使得喷孔列上的每个喷孔在一个喷孔间距的范围内仅喷射两个墨滴来形成两个体素，以获得两倍于打印头1012上喷孔列的喷孔分辨率的打印分辨率，具体的，任意一个喷孔在相对于一个喷孔间距范围的位置执行的4个主扫描操作中，仅在第1个主扫描操作和第3个主扫描操作中沉积墨滴或者仅在第2个主扫描操作和第4个主扫描操作中沉积墨滴即可，同理还可以获得其他的打印分辨率倍数。三维打印中，同样的操作过程能够获得的打印分辨率越大越好，因此本发明主要以同样pass数能获得的打印分辨率较高的方案为主进行说明，以下所述的4-pass打印或8-pass打印均为能够获得四倍或八倍于打印头1012上喷孔列的喷孔分辨率的打印分辨率的方案。

因此，4-pass打印中，基于喷孔列错位数据1026对初始控制数据进行偏移具体包括以所述第1喷孔列c的控制数据为基准，将所述第2喷孔列y、第3喷孔列m和第4喷孔列k的数据沿y方向依次偏移2个体素q的位置、1个体素q的位置和3个体素q的位置；同样，8-pass打印中，对所述初始控制数据进行偏移包括以所述第1喷孔列c的控制数据为基准，将所述第2喷孔列y、第3喷孔列m和第4喷孔列k的数据沿y方向依次偏移4个体素q’的位置、2个体素q’的位置和6个体素q’的位置；图5(a)和图5(b)为执行4-pass打印生成的初始控制数据和控制数据1027，所述控制数据1027中，前4行数据和后4行数据中部分喷孔列不存在控制数据，可以理解执行8-pass打印生成控制数据1027中，前8行数据和后8行数据中部分喷孔列不存在控制数据。

初始控制数据和控制数据1027中，方格表示一个体素位置，方格中的数字“1”或“0”表示打印头1012上相应喷孔列在该体素位置处的控制数据，数字“1”表示在该体素位置执行喷射，数字“0”表示在该体素位置不执行喷射，方格中空白则表示打印头1012在该体素位置不存在控制数据。

具体的，控制数据1027的每一行数据用于控制打印头1012上一个喷孔组在一个主扫描操作中的喷射，因此，如图5(a)所示，4-pass打印中，每个喷孔组对应有4行数据，分别用于在每个主扫描操作中控制对应喷孔组的喷射，其中，在初始控制数据中，用于打印同一体素的控制数据位于同一行数据中，而在控制数据1027中，用于打印同一体素的控制数据位于分布在多行数据中。其中，喷孔组包括各喷孔列上相同位置的喷孔，例如第1喷孔列c、第2喷孔列y、第3喷孔列m和第4喷孔列k上的第一个喷孔为一个喷孔组。

如图5(b)中所示，执行偏移后的控制数据1027中，单个层s1的控制数据1027的前4行数据和后4行数据中部分喷孔列不存在控制数据，即每个层中，用于形成该层s1两端位置处的4个主扫描操作中，对应所述两端位置执行打印的喷孔组中的部分喷孔不存在控制数据，也就是说，在所述4个主扫描中，对应两端位置执行打印的喷孔组中部分喷孔不执行喷射。

s3：根据控制数据1027控制打印头1012相对于三维物体的每个位置执行n个主扫描操作以打印形成目标三维物体，其中n为大于等于1的正整数。

具体的，根据控制数据控制打印头1012和打印平台1013在喷孔行排列方向作相对运动执行主扫描操作。

执行下一个主扫描操作之前，控制打印头1012和打印平台1013在喷孔列排列方向上作相对运动。

重复执行多个主扫描操作，以形成目标三维物体的成型层。

控制打印头1012和打印平台1013在垂直于喷孔的面方向作相对运动以叠加多个成型层，打印形成目标三维物体。

优选的，在每个位置执行的n个主扫描操作中的相邻两个主扫描之间，控制器控制打印头在喷孔列排列方向上移动一个步进距离加上或减去一个偏移距离。偏移距离等于单个喷孔间距除以n。

可选的，所述步进距离为数个喷孔间距或者等于零。

可选的，当所述步进距离为零时，每个位置执行的n个主扫描操作执行完毕，控制器控制打印头相对于执行完毕的n个主扫描操作中的第一个主扫描操作中打印头的位置在喷孔列列排列方向上移动一个打印头长度的距离。

进一步的，本发明以4-pass打印为例对三维物体的成型过程进行说明，包括一个喷孔间距的位置由4个主扫描操作完成打印，相应的，在控制数据1027中，每个喷孔组均对应有4行数据，每行所述数据分别用于在不同的主扫描操作中控制对应喷孔组中喷孔的喷射；下面基于图5(b)中所示控制数据1027说明执行三维打印的具体过程，一般的，多pass打印包括小间距多pass打印和大间距多pass打印。

首先，本实施例一以小间距4-pass打印为例进行说明，图6为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据生成层s1的一种成型方法示意图，如图6所示，为基于控制数据1027形成单个层s1的成型过程，本实施例中，打印头1012上包括4个喷孔组，各喷孔组左侧的数字表示其执行喷射的控制数据行数，例如，1pass打印中，第一个喷嘴组基于第1行数据执行喷射，第二个喷嘴组基于第5行数据执行喷射，层s1的成型过程包括：

第1主扫描操作：打印头1012位于位置1处，第一喷孔组、第二喷孔组、第三喷孔组和第四喷孔组均位于打印区域内，打印头1012上的第一喷孔组基于控制数据1027中的第1行数据进行打印，第1行数据中，第1喷孔列c、第2喷孔列y和第3喷孔列m对应的位置不存在控制数据，即第一喷孔组中第1喷孔列c、第2喷孔列y、第3喷孔列m上的喷孔在其对应体素中不执行喷射，仅第4喷孔列k对应的控制数据为“1”，即第一喷孔组中第4喷孔列k上的喷孔在其对应体素中执行喷射；相应的，第二喷孔组、第三喷孔组和第四喷孔组分别基于控制数据1027中的第5行、第9行和第13行数据执行喷射，即每个喷孔组中喷孔对应的4行控制数据中的第1行；基于第13行数据可知，第四喷孔组中第四喷孔列k上的喷孔不存在控制数据，即在其对应的体素中不执行喷射。

第2主扫描操作：打印头1012在第二方向y上偏移一个体素q的距离(d/4)到位置2处，即打印头沿-y方向移动d/4，此时第一喷孔组中第2喷孔列y上的喷孔移动到1pass打印过程中第一喷孔组中第4喷孔列k上的喷孔所在的位置，此时，第一喷孔组、第二喷孔组、第三喷孔组和第四喷孔组仍然位于打印区域内，则第一喷孔组中各喷孔列上的喷孔基于第2行数据进行打印，所述第2行数据中，第2喷孔列y和第4喷孔列k对应的控制数据为“1”，第1喷孔列c和第3喷孔列m不存在控制数据，即第一喷孔组中第2喷孔列y和第4喷孔列k上的喷孔在其对应体素中执行喷射，而第一喷孔组中第1喷孔列c和第3喷孔列m上的喷孔其对应体素中不执行喷射；相应的，第二喷孔组、第三喷孔组和第四喷孔组分别基于第6行数据、第10行数据和第14行数据执行打印，即位于打印区域的每个喷孔组对应的4行控制数据中的第2行；基于第14行数据可知，第四喷孔组中第2喷孔列y和第4喷孔列k上的喷孔不存在控制数据，即在其对应的体素中不执行喷射。

随后，打印头1012在第二方向y上依次偏移一个体素的距离(d/4)到位置3和位置4处执行第3主扫描操作和第4主扫描操作，打印头1012上位于打印区域中的第一喷孔组、第二喷孔组、第三喷孔组和第四喷孔组分别基于控制数据1027中的第3行、第7行、第11行和第15行数据执行第3主扫描操作，即位于打印区域中的每个喷孔组对应的4行控制数据中的第3行，以及位于打印区域中的第一喷孔组、第二喷孔组和第三喷孔组分别基于第4行、第8行和第12行数据执行第4主扫描操作，即位于打印区域中的每个喷孔组对应的4行数据中的第4行；其中，第三主扫描操作中，第3行数据中，第一喷孔组中第1喷孔列c上的喷孔不存在控制数据，即在其对应的体素中不执行喷射，而第4主扫描操作中，所述打印头1012上的第四喷孔组超出了打印区域，所有喷孔列上的喷孔均不存在控制数据，即不执行喷射。

图7为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据形成的层s1的结构示意图，如图7所示，第1、2、3、4主扫描操作中形成的图案在第三方向上叠加形成层s1，基于所述控制数据1027形成的层s1的两端不存在倾斜面，且每种材料的打印分辨率都等于打印头1012喷孔列上喷孔分辨率的4倍。

另外，如上所述的打印方法中，打印头1012在第二方向y上偏移的方向为-y方向，本发明中打印头1012在第二方向y上偏移的方向还可以是y方向，图8为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据生成层s1的另一种成型方法示意图，如图8所示，则具体的成型过程和上述成型过程的区别在于，第1主扫描操作基于位于打印区域中的每个喷孔组对应的4行数据中的第4行数据进行打印，第2主扫描操作则基于位于打印区域中的每个喷孔组对应的4行数据中的第3行数据进行打印，依次类推完成4个主扫描操作；如此形成的层s1和上述成型过程中一样，两端不存在倾斜面，且每种材料的打印分辨率都等于打印头1012喷孔列上喷孔分辨率的4倍。

需要注意的是，在实际打印中，打印头1012各喷孔列上的喷孔数远远大于如上所述打印头1012上各喷孔列的喷孔数，实际打印的三维物体obj也远远大于如上三维物体obj的大小，因此，控制数据1027中所述数据的行数和列数也远远多于如上所述控制数据1027中各数据的行数和列数，但是，无论三维物体obj的大小如何，喷孔列上喷孔数量如何，在如上所述的4-pass打印中，偏移后的控制数据1027的前4行和后4行数据(第四喷孔组对应的4行数据中的第4行，即第16行数据，不存在控制数据，图中未示出)始终存在空白，即不存在控制数据；具体的，在前4行数据中的第1行数据中，第1喷孔列c、第二喷孔列y和第三喷孔列m不存在控制数据，在后4行数据中的第1行数据中，第4喷孔列k不存在控制数据；在前4行数据中的第2行数据中，第1喷孔列c和第3喷孔列m不存在控制数据，在后4行数据中的第2行数据中，第2喷孔列y和第4喷孔列k不存在控制数据，其余不存在控制数据的位置此处不再赘述。

进一步的，如果三维物体obj在第二方向y上的尺寸超出了所述打印头1012在第二方向上的尺寸，相应的，控制数据1027的行数随着目标三维物体obj大小的变化而变化，但是，在控制数据1027的前4行和后4行数据中(第四喷孔组对应的4行数据中的第4行，即第16行数据，不存在控制数据，图中未示出)同样存在空白，即不存在控制数据；其中，打印头1012相对于单个区域执行完4个主扫描，即完成所述层s1的一个区域的打印，所述区域为打印头在第二方向y上覆盖的区域，则所述打印头1012需要相对于4个主扫描中的第1个主扫描中打印头1012的位置在第二方向y上步进一个打印头1012的距离，并继续基于剩余控制数据打印所述层s1的另一区域，直至完成层s1的打印，则如上所述的前4行数据和后4行数据分别在不同的区域成型过程中执行打印。

基于控制数据1027执行三维打印并不仅限于如上所述的打印方式，还可以是大间距多pass打印，本实施例以大间距4-pass打印为例进行说明，该打印方式中需要将打印头1012上的喷孔沿第二方向y分为四个等分，并沿打印头1012在第二方向y上移动的方向的后方侧在每个喷孔列上预留一个喷孔，图9为本发明实施例一提供的三维打印方法中基于控制数据生成层s1的第三种成型方法示意图，如图9所示，打印头1012上每个方格表示一个等分，以打印头1012在第二方向y上移动的方向为-y方向为例，同样的，为了便于描述，各喷孔列上相同位置的喷孔为一个喷孔组，各喷孔列上预留的喷孔为预留喷孔组，每个等分可以包括多个喷孔组，为了便于描述，本实施例中，每个等分仅包括一个喷孔组，如所述打印头1012上沿-y方向依次为预留喷孔组、第一喷孔组、第二喷孔组……。

具体的，第一主扫描操作：打印头1012位于位置1处时，打印头1012上第四喷孔组进入打印区域，则该四喷孔组为位于打印区域中的第一喷孔组，则打印头1012上第四喷孔组中的喷孔基于第1行数据进行打印，即位于打印区域中的第一喷孔组对应的4行数据中的第1行，此时，第四喷孔组中第1喷孔列c、第二喷孔列y和第3喷孔列m不存在控制数据，第4喷孔列k对应的控制数据为“1”，即第四喷孔组中第4喷孔列k上的喷孔在其对应的体素中执行喷射，而第四喷孔组中第1喷孔列c、第2喷孔列y和第3喷孔列m上的喷孔在其对应的体素位置不执行喷射。

第2主扫描操作：打印头1012在第二方向y上沿同一方向步进一个喷孔间距d并偏移一个体素q的距离(d+d/4)，位于位置2处，所述打印头1012上第四喷孔组和第三喷孔组进入所述打印区域，则第三喷孔组为位于打印区域中的第一喷孔组，第三喷孔组为位于打印区域中的第二喷孔组，则打印头1012上的第三喷孔组基于第2行数据进行打印，即位于打印区域中第一喷孔组对应的4行数据中的第2行，其中，第2行数据中，第1喷孔列c和第3喷孔列m不存在控制数据，仅第2喷孔列y和第4喷孔列k存在控制数据“1”，即所述第三喷孔组上第2喷孔列y和第4喷孔列上的喷孔在其对应的体素中执行喷射；相应的，打印头1012的第四喷孔组则基于第6行数据进行打印，即位于打印区域中的第二喷孔组对应的4行数据中的第2行。

第3主扫描操作：打印头1012继续在第二方向y上沿同一方向步进一个喷孔间距d并偏移一个体素q的距离(d+d/4)，位于位置3处，打印头1012上的第四喷孔组、第三喷孔组和第二喷孔组进入打印区域，则第二喷孔组为位于打印区域中的第一喷孔组，第三喷孔组为位于打印区域中的第二喷孔组，第四喷孔组为位于打印区域中的第三喷孔组，则打印头1012的第二喷孔组基于第3行数据进行打印，即位于打印区域中的第一喷孔组对应的4行控制数据中的第3行；相应的，打印头1012上的第三喷孔组则基于第7行数据进行打印，即位于打印区域中的第二喷孔组对应的4行数据中的第3行；打印头1012上第四喷孔组则基于第11行数据进行打印，即位于打印区域中的第三喷孔组对应的4行控制数据中的第3行；同样的，第3行数据中，第1喷孔列c不存在控制数据，即第一喷孔组中第1喷孔列c上的喷孔在其对应的体素位置不执行喷射。

第4主扫描操作：打印头1012继续在第二方向y上沿同一方向步进一个喷孔间距d并偏移一个体素q的距离(d+d/4)，位于位置4处，打印头1012上各喷孔列的第三喷孔组、第二喷孔组和第一喷孔组进入打印区域，而第四喷孔组超出了打印区域，即第一喷孔组为位于打印区域中的第一喷孔组，第二喷孔组为位于打印区域中的第二喷孔组，第三喷孔组为位于打印区域中的第三喷孔组，则打印头1012上的第一喷孔组基于第4行数据进行打印，即位于打印区域中第一喷孔组对应的4行数据中的第4行；相应的，打印头1012上的第二喷孔组基于第8行数据进行打印，即位于打印区域中的第二喷孔组对应的4行数据中的第4行；打印头1012上的第三喷孔组基于第12行数据进行打印，即位于打印区域中第三喷孔组对应的4行数据中的第4行；打印头1012上的第四喷孔组超出了打印区域，位于打印区域中的第四喷孔组对应的4行数据中的第4行不存在控制数据，因此第四喷孔组各喷孔列上的喷孔在其对应的体素位置中不执行喷射。

至此，位于打印区域的第一喷孔组对应的4行数据均完成打印，即第1主扫描操作到第4主扫描操作形成所述层s1的第一区域，即第1行体素q。

第5主扫描操作：打印头1012继续在第二方向y上沿同一方向步进一个喷孔间距d并偏移一个体素q的距离(d+d/4)，到位置5处继续执行打印，此时，打印头1012上的预留喷孔组、第一喷孔组和第二喷孔组位于打印区域，第三喷孔组和第四喷孔组超出了打印区域，而由于位于打印区域中第一喷孔组对应的4行数据均已执行喷射，则预留喷孔组为位于打印区域中的第二喷孔组，第一喷孔组为位于打印区域中的第三喷孔组，第二喷孔组为位于打印区域中的第四喷孔组，则打印头1012上的预留喷孔组基于第5行数据执行打印，即位于打印区域中的第二喷孔组对应的4行数据中的第1行数据；相应的，打印头1012上的第一喷孔组基于第9行数据执行打印，即打印区域中第三喷孔组对应的第1行数据；打印头1012上的第二喷孔组则基于第13行数据执行打印，即打印区域中第四喷孔组对应的4行数据中的第1行；而各喷孔列上的第三喷孔组和第四喷孔组由于超出了打印区域，因此第三喷孔组和第四喷孔组上的喷孔在其对应的体素位置中不执行喷射。

至此，位于打印区域的第二喷孔组对应的4行数据也已完成打印，第2主扫描操作到第5主扫描操作形成所述层s1的第二区域，即第2-6行体素。

随后，打印头1012继续在第二方向y上沿同一方向步进一个喷孔间距d并偏移一个体素q的距离(d+d/4)，到位置6处执行第6主扫描操作，此时，打印头1012上的预留喷孔组和第一喷孔组位于打印区域，而第二喷孔组、第三喷孔组和第四喷孔组超出了打印区域，由于位于打印区域中的第一喷孔组和第二喷孔组对应的数据均已执行喷射，则预留喷孔组为位于打印区域中的第三喷孔组，第一喷孔组为位于打印区域中的第四喷孔组，则打印头1012上的预留喷孔组基于第10行数据进行打印，即位于打印区域中的第三喷孔组对应的第4行数据中的第2行；而第一喷孔组则基于第14行数据进行打印，即位于打印区域中的第四喷孔组对应的4行数据中的第2行；其中，第14行数据中，位于打印区域中的第四喷孔组的第2喷孔列和第4喷孔列不存在控制数据，即打印头1012上第一喷孔组的第2喷孔列和第4喷孔列上的喷孔在其对应的体素位置中不执行喷射。

至此，位于所述打印区域的第三喷孔组对应的4行数据也已完成打印，第3主扫描操作到第6主扫描操作形成所述层s1的第三区域，即第7-11行体素。

随后，打印头1012继续在第二方向y上沿同一方向步进一个喷孔间距d并偏移一个体素q的距离(d+d/4)，到第7位置处执行第7主扫描操作，此时，打印头1012上仅预留喷孔组位于打印区域，其他喷孔组则超出了打印区域，由于位于打印区域中第一喷孔组、第二喷孔组和第三喷孔组对应的数据均已完成打印，则预留喷孔组为位于打印区域中的第四喷孔组，则打印头1012上的预留喷孔组基于第15行数据执行打印，即位于打印区域中的第四喷孔组对应的4行数据中的第3行，而所述第15行数据仅第1喷孔列c存在控制数据“1”，即所述打印头1012上的预留喷孔组中仅第1喷孔列c上的喷孔在该位置处执行喷射，第2喷空列y、第3喷孔列m和第4喷孔列k上的喷孔在其对应的体素位置不执行喷射。

至此，位于所述打印区域中的第四喷孔组对应的4行数据也已完成打印，第4主扫描操作到第7主扫描操作形成所述层s1的第四区域，即第12行体素。

上述成型过程中，每个区域均是通过4个主扫描操作完成打印，其中，相邻两个主扫描操作之间，打印头1012在第二方向y沿同一方向步进一个等分的打印头距离并偏移1/4个喷孔间距，一个等分的打印头距离为数个喷孔间距kd，所述k为一个等分中喷孔组的数量，即打印头1012在第二方向y上移动的距离为kd+d/4，本实施例中k＝1，即打印头1012在第二方向y上移动的距离为d+d/4。

相应的，大间距4-pass打印也可以是打印头1012在相邻两个主扫描操作之间在第二方向y上分别沿不同的方向步进一个等分的打印头距离并偏移1/4个喷孔间距，即移动kd-d/4，只是相应的，和小间距4-pass打印中一样，各喷孔组对应的4行数据执行打印的顺序和上述顺序相反。

同样的，三维物体obj的尺寸同样可以大于打印头1012的长度，基于控制数据1027依照上述方法依次执行打印即可，在此不予赘述。

如此形成的层s1的两端同样不存在倾斜面，且每种材料的打印分辨率为打印头1021喷孔列上喷孔分辨率的4倍。

实施例二

本发明实施例还提供一种三维打印系统，包括控制器1011、和控制器1011电连接的打印头1012和打印平台1013，打印头1012包括多个以行列形式排布的喷孔，至少两列喷孔在其行方向上错位排布。

还包括控制数据生成模块1024，控制数据生成模块1024用于根据目标三维物体的模型数据1021生成初始控制数据；将初始控制数据根据喷孔列错位数据1026进行偏移生成控制数据1027；其中，喷孔列错位数据1026为至少两列错位设置的喷孔中喷孔的错位方向和错位距离。

可选的，控制数据生成模块1024可以包括半色调模块，半色调模块用于提供半色调数据并对切片数据1023执行半色调操作以生成初始控制数据。

控制器1011用于根据控制数据1027控制打印头1012相对于三维物体的每个位置执行n个主扫描操作以打印形成目标三维物体，其中n为大于等于1的正整数。

本实施例提供的三维打印系统通过将初始控制数据根据喷孔列错位数据进行偏移生成的控制数据，来控制生成目标三维物体，消除了成型层两端的倾斜面，提高了目标三维物体表面的成型精度。

可选的，上述三维打印系统还包括切片模块1022，切片模块1022用于根据打印目标三维物体模型数据1021生成三维物体的切片数据1023，控制数据生成模块1024还用于根据切片数据1024和预设的参数生成初始控制数据。

其中，初始控制数据的偏移方向与错位方向相反，初始控制数据的偏移距离与错位距离相等。

可选的，所述n的数量为在错位设置的所述喷孔的列数整数倍。

图10为本发明实施例二提供的三维打印系统的结构示意图，如图10所示，三维打印系统还包括三轴运动机构1014，打印头1012和打印平台1013均与三轴运动机构连接，三轴运动机构1014包括第一方向驱动器、第二方向驱动器和第三方向驱动器，控制器1011控制第一方向驱动器驱动打印头1012和打印平台1013在喷孔行排列方向作相对运动；控制器1011控制第二方向驱动器驱动打印头1012和打印平台1013在喷孔列排列方向上作相对运动；控制器1011控制第三方向驱动器驱动打印头1012和打印平台1013在垂直于喷孔的面方向作相对运动以形成目标三维物体。

可选的，预设的参数为喷孔打印材料配置数据1025及打印参数；

可选的，打印参数包括打印头1012相对于目标三维物体的每个位置执行的主扫描操作数n和/或目标三维物体的打印分辨率。

更进一步的，本发明中，打印头1012上依次排列的多个喷孔列通常还可以包括用于喷射辅助材料、模型材料和/或支撑材料的喷孔列，例如，彩色打印中，通常还设置有透明材料喷孔列和/或白色材料喷孔列，为了节省打印成本还可以设置有模型材料喷孔列等；打印悬臂结构时需要支撑结构支撑三维物体的打印，则需要设置支撑材料喷孔列；辅助材料喷孔列和/或支撑材料喷孔列均可包括一个或多个在第一方向x上依次排列的多个喷孔列，辅助材料喷孔列和/或支撑材料喷孔列的具体排列顺序以及在第二方向上的排布位置均可根据实际需求设定。

具体的，图11为本发明实施例二提供的三维打印系统中喷孔列的具体配置示意图，如图11所示，在第一方向x上依次排列且在第二方向y上错位排布的4个喷孔列c、y、m、k，在第一方向x上依次设置4个分别与喷孔列c、y、m、k对齐的辅助材料喷孔列w、w、w、w和4个分别与喷孔列c、y、m、k对齐的支撑材料喷孔列s、s、s、s。

具体的，喷孔列c、m、y、k和4个喷孔列w中的任意四个喷孔列可在同一个像素点执行打印以形成一个体素，例如当喷孔列c上的喷孔对应特定体素的控制数据为“0”，即喷孔列c上该喷孔在所述特定体素中不执行喷墨，此时与喷孔列c对齐设置的辅助材料喷孔列w上与该喷孔对齐的喷孔对应所述特定体素的控制数据为“1”，即在该特定体素中执行喷射，则所述8个喷孔列的控制数据1027可以依照如上所述的数据处理步骤中所述的方法获得；而同样在第一方向x上依次排列且与所述喷孔列c、y、m、k一一对齐的4个喷孔列s的控制数据也可依照如上所述的数据处理步骤中所述的方法获得；其中，为了简化打印过程，所述喷孔列c、m、y、k、w和s的控制数据1027可以基于同一基准进行偏移。

更为具体的，图12(a)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的初始控制数据示意图，图12(b)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的控制数据示意图，如图12(a)和图12(b)所示，图12(a)和图12(b)分别示出了基于所述打印头1012的喷孔列配置数据生成的初始控制数据和基于喷孔列错位数据生成的控制数据1027，需要注意的是，图12(a)和图12(b)与图5(a)和图5(b)的区别在于，由于图12(a)和图12(b)中打印头1012上喷孔列数量较多，图12(a)和图12(b)中每个喷孔列仅示出了一列数据，同样的，方格表示一个体素，方格中的数字“1”表示对应喷孔列在该位置处执行喷射，方格中的数字“0”表示对应喷孔列在该位置处不执行喷射，如上所述，喷孔列c、y、m、k中的控制数据和四个辅助材料喷孔列w中的数据互补，即c、y、m、k喷孔列上控制数据为“1”，则与其对齐设置的辅助材料喷孔列上控制数据则为“0”；如图10中所示，喷孔列错位数据1026包括以喷孔列c为基准，沿第一方向x依次排列的12个喷孔列沿-y方向依次错位：0，d/2,d/4，3d/4，0，d/2,d/4，3d/4，0，d/2,d/4，3d/4，则4-pass打印中，所述执行偏移后获得的控制数据1027中，各喷孔列的控制数据以喷孔列c的控制数据为基准，沿y方向依次错位0个体素q的位置，2个体素q的位置，1个体素q的位置，3个体素q的位置，0个体素q的位置，2个体素q的位置，1个体素q的位置，3个体素q的位置，0个体素q的位置，2个体素q的位置，1个体素q的位置，3个体素q的位置。具体成型过程和前述实施例一中所述一致，在此不予赘述。

此外，图13为本发明实施例二提供的三维打印系统中打印头上喷孔列的另一种具体配置示意图，如图13所示，在第一方向x上依次排列且在第二方向y上错位排布的3个喷孔列c、m、y，在第一方向x上分别与喷孔列c、m、y对齐设置3个辅助材料喷孔列w、w、w，并与喷孔列c、m、y错位设置一个或多个支撑材料通道s，其中，在第一方向x上依次排列且在第二方向y上错位排布的喷孔列c、m、y和3个喷孔列w中的任意三个喷孔列可在同一个像素点执行打印，则六个喷孔列的控制数据依照上述数据处理方法获得控制数据；而2个喷孔列s与喷孔列c、m、y之间也存在错位，可同样基于上述数据处理方法获得相应的控制数据，从而生成各喷孔列的控制数据1027。

具体的，图14(a)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的初始控制数据示意图，图14(b)为本发明实施例二提供的三维打印系统中基于打印头配置生成的控制数据示意图，如图14(a)和图14(b)所示，喷孔列错位数据1026包括以喷孔列c为基准，沿第一方向x依次排列的8个喷孔列沿-y方向依次错位：0，d/2,d/4，3d/4，0，d/2,d/4，3d/4，则4-pass打印中，执行偏移后获得的控制数据1027中，各喷孔列的控制数据以喷孔列c的控制数据为基准，沿y方向依次错位0个体素q的位置，2个体素q的位置，1个体素q的位置，3个体素q的位置，0个体素q的位置，2个体素q的位置，1个体素q的位置，3个体素q的位置；具体成型过程和前述实施例一和二中所述一致，在此不予赘述。

本发明通过对多pass打印中在第二方向上错位排布的喷孔列的控制数据进行偏移，使得控制数据中前n行数据和后n行数据中部分喷孔列不存在控制数据，来避免在成型层两端产生倾斜面，提高了目标三维物体表面的成型精度。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。