本發(fā)明涉及3D物體的快速成型技術(shù)，尤其涉及采用噴墨打印頭進(jìn)行逐層加式制造3D物體的技術(shù)，特別是一種3D物體的打印方法。

背景技術(shù)：

快速成型技術(shù)又稱快速原型制造技術(shù)，是在計算機(jī)控制下基于離散/堆積的原理，將物體的物理形狀通過造型軟件或三維掃描儀轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字立體模型，并用該模型生成STL文件，用分層軟件將此模型在Z軸離散，形成一系列具有相同厚度或不同厚度的薄片，然后利用熔融沉積技術(shù)(FDM技術(shù))、立體光刻技術(shù)(SLA技術(shù))、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS技術(shù))或疊層成型技術(shù)(LOM技術(shù))等將這一系列的薄片逐層加工堆積起來，最后經(jīng)過后處理得到3D圖像。

相較于傳統(tǒng)的SLA、SLS和LOM技術(shù)，多噴立體打印技術(shù)(MJP技術(shù))是根據(jù)噴墨打印機(jī)的工作原理，在數(shù)字信號的激勵下使噴嘴腔室中的液體(成型材料和/或制成材料)在瞬間形成液滴，并以一定的速度和頻率從噴嘴中噴出，按指定路徑逐層固化成型，最終得到3D圖像，使用MJP不需要昂貴的激光系統(tǒng)，因此設(shè)備價格便宜，運(yùn)行和維護(hù)成本也很低；相較于FDM技術(shù)，使用MJP技術(shù)可以在更低的溫度下工作；而且MJP技術(shù)還具有操作簡單、成型速度快、適用的材料種類多、成型件的精度高，可在辦公環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)，因此MJP技術(shù)是目前快速成型技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。

應(yīng)用MJP技術(shù)制造的物體從表面顏色可以分為兩類：一類是單色物體，另一類為彩色物體(至少包含兩種顏色)。隨著人們對物質(zhì)文化需求的增長，人們已不僅僅滿足于視覺上的單一，他們希望充分利用MJP技術(shù)的優(yōu)勢來制造出個性化設(shè)計的任何豐富多彩的物體。

目前市場上現(xiàn)有的3D物體的打印方法為：通過人工將模型文件 不同區(qū)域進(jìn)行上色，接著通過分層軟件對已經(jīng)上好色的模型進(jìn)行分層處理，分層處理后生成的數(shù)據(jù)信息被發(fā)送到打印機(jī)驅(qū)動控制器，由驅(qū)動控制器控制打印頭沿著預(yù)定的路徑噴墨，固化后進(jìn)行逐層疊加，最終打印出彩色物體。

現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于還停留在模塊選擇上色的技術(shù)層面，此時需要人工確定某個模塊需要添加某種顏色，人工選擇費(fèi)時費(fèi)力，且顏色過渡表現(xiàn)力差，而且不同人對顏色的辨別程度不同，最終可能導(dǎo)致所打印的物體與實(shí)際需要的物體顏色存在差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種3D物體的打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.基于目標(biāo)物體的層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN，所述D_M由N_M個像素點(diǎn)的數(shù)值集X_MN組成，其中M表示層圖像的層數(shù)，N表示像素點(diǎn)的個數(shù)；

b.基于所述打印數(shù)據(jù)P_MN進(jìn)行逐層打印，其中，當(dāng)P_MN為0時使用第一打印材料進(jìn)行打??；

c.將所述步驟b中的逐層打印成果疊加形成3D物體。

優(yōu)選地，在步驟b中，當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN為0時，對所述打印數(shù)據(jù)P_MN進(jìn)行補(bǔ)正得到補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′，當(dāng)識別到所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′時即使用第一打印材料進(jìn)行打印。

優(yōu)選地，在所述步驟b中，將所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′與打印啟動指令建立關(guān)聯(lián)，并當(dāng)識別到所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′時即使用第一打印材料進(jìn)行打印。

優(yōu)選地，通過對目標(biāo)物體整體進(jìn)行分層分單元處理得到所述層圖像數(shù)據(jù)D_M。

優(yōu)選地，在所述步驟a中，將所述層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換得到所述打印數(shù)據(jù)P_MN。

優(yōu)選地，所述層圖像數(shù)據(jù)D_M是8位制數(shù)據(jù)，其對應(yīng)的X_MN數(shù)值在0～ 255之間。

優(yōu)選地，所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過如下方式獲得：

a1.將所述數(shù)值集X_MN除以255得到對應(yīng)的擬制數(shù)值集X_MN′，則所述擬制數(shù)值集X_MN′在0～1之間，所述擬制數(shù)值集X_MN′由x₁₁′、x₁₂′、x₂₁′、x₂₂′…x_MN′組成；

a2.設(shè)定閾值S，比較擬制數(shù)值集X_MN′與所述閾值S，若所述x_MN′小于所述S則轉(zhuǎn)換后的p_MN為0，若所述x_MN′大于所述S則轉(zhuǎn)換后的p_MN為1，對應(yīng)形成的所述打印數(shù)據(jù)P_MN由一系列p_MN組成。

優(yōu)選地，所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過如下方式獲得：

a1′.將所述數(shù)值集X_MN除以255得到對應(yīng)的所述擬制數(shù)值集X_MN′，所述擬制數(shù)值集X_MN′根據(jù)M層圖像的N個像素點(diǎn)的相鄰關(guān)系的次序依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′…x_MN′組成；

a2′.比較所述閾值S與所述x_M1′，若所述x_M1′小于所述S則p_M1為0，若所述x_M1′大于所述S則p_M1為1；

a3′.計算x_MN′減去p_MN的差值E_MN，計算x_M(N+1)′與所述E_MN的和得出x_M(N+1)″；

a4′.比較所述x_M(N+1)″與所述閾值S，若所述x_M(N+1)″小于所述S則P_M(N+1)為0，若所述x_M(N+1)″大于所述S則p_M(N+1)為1；

a5′.重復(fù)步驟a3′和a4′，直至將x_MN全部轉(zhuǎn)換為p_MN，對應(yīng)形成的所述打印數(shù)據(jù)P_MN由一系列p_MN組成。

優(yōu)選地，S為如下數(shù)值中的任一個：

-0.4；

-0.5；

-0.55；

-0.6；或者

-0.65。

優(yōu)選地，所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過如下方式獲得：

a1″.將所述數(shù)值集X_MN除以255得到對應(yīng)的擬制數(shù)值集X_MN′，所述擬制數(shù)值集X_MN′對應(yīng)M層圖像的N個像素點(diǎn)進(jìn)行排序，則所述擬制數(shù)值 集X_MN′依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′組成；

a2″.設(shè)定g個閾值并排序形成閾值集S_Mg′，則所述閾值集S_Mg′依次由s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′組成，其中0＜g≤N；

a3″.以所述閾值集S_Mg′的序列為基準(zhǔn)，將擬制數(shù)值集X_MN′M層圖像的N個數(shù)值與所述閾值集S_Mg′的g個閾值一一對應(yīng)比較，若所述x_MN′小于所述s_Mg′則p_MN為0，若所述x_MN′大于所述s_Mg′則p_MN為1，對應(yīng)形成的所述打印數(shù)據(jù)P_MN由一系列p_MN組成。

優(yōu)選地，所述閾值集S_Mg′的取值范圍是0.4～0.65之間的任何數(shù)值。

優(yōu)選地，所述層圖像數(shù)據(jù)D_M是16位制數(shù)據(jù)，其對應(yīng)的X_MN數(shù)值在0～65535之間。

優(yōu)選地，所述第一打印材料是以下材料的一種：

-透明材料；

-白色材料；或者

-近似白色的材料。

優(yōu)選地，在所述步驟b中，當(dāng)所述P_MN為1時使用第二打印材料進(jìn)行打印。

優(yōu)選地，所述第二打印材料是以下材料的一種：

-青色材料、品紅色材料和黃色材料的組合；或者

-青色材料、品紅色材料和黃色材料中的任兩種組合。

優(yōu)選地，所述第一打印材料和第二打印材料為以下材料的一種：

-光固化材料；或者

-溫度固化材料。

優(yōu)選地，所述步驟c中，每個所述逐層打印成果固化后再進(jìn)行疊加。

優(yōu)選地，所述步驟c中，每個所述逐層打印成果較平后先進(jìn)行固化，然后再疊加。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于打印3D物體的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理器、過程控制器和打印頭，其特征在于，：

數(shù)據(jù)處理器將目標(biāo)物體的層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN，且將打印數(shù)據(jù)P_MN中為0的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)正得到補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′；

過程控制器基于所述打印數(shù)據(jù)P_MN和補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′控制打印頭進(jìn)行逐層打印疊加形成3D物體，其中，基于所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′使用第一打印材料進(jìn)行打印，基于所述打印數(shù)據(jù)P_MN使用第二打印材料進(jìn)行打印。

優(yōu)選地，還包括較平裝置，其用于對每個所述逐層打印成果進(jìn)行較平。

優(yōu)選地，還包括固化裝置，用于對每個所述逐層打印成果進(jìn)行固化。本發(fā)明采用逐層打印的方法，將目標(biāo)物體整體進(jìn)行分層分單元處理后得到層圖像數(shù)據(jù)D_M，并將層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN，當(dāng)P_MN為0時使用第一打印材料打印，P_MN為1時使用第二打印材料打印，使用本發(fā)明的所涉及的打印方法打印出的3D物體更有層次感，尤其是在打印彩色3D物體時，還能夠呈現(xiàn)豐富的顏色以及不同顏色間的自然過渡，同時本發(fā)明方法過程簡單，自動化程度高，產(chǎn)品易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式的，一種3D物體的打印方法的流程圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的，對層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN的方法的流程圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的，對層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN的方法的流程圖；以及

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的，對層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式的，一種3D物體的打印方法的流程圖，具體地，包括以下步驟：

執(zhí)行步驟S101，基于目標(biāo)物體的層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN，所述D_M由N_M個像素點(diǎn)的數(shù)值集X_MN組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，其中D_M由M層的圖像數(shù)據(jù)組成，包括d₁、d₂、d₃…d_M，N_M表示目標(biāo)物體包括的像素點(diǎn)數(shù)量，X_MN由每個像素點(diǎn)的數(shù)值組成，包括x₁₁、x₁₂、x₂₁、x₂₂…x_MN，P_MN由每個像素點(diǎn)的數(shù)值對應(yīng)轉(zhuǎn)換后得出的打印數(shù)據(jù)值組成，包括p₁₁、p₁₂、p₂₁、p₂₂…p_MN，具體地，M表示層圖像的層數(shù)，N表示像素點(diǎn)的個數(shù)

進(jìn)一步地，所述層圖像數(shù)據(jù)D_M是將目標(biāo)物體進(jìn)行分層分單元處理得到的數(shù)據(jù)，所述層圖像數(shù)據(jù)D_M對應(yīng)所述目標(biāo)物體中的N_M個像素點(diǎn)的數(shù)值構(gòu)成的數(shù)值集X_MN。所述N_M個像素點(diǎn)的數(shù)值包括兩個方面的數(shù)據(jù)：一是所述N_M個像素點(diǎn)所在切面的空間坐標(biāo)值，二是所述N_M個像素點(diǎn)基于所在切面定義的色彩值。具體地，所述空間坐標(biāo)值是通過對所述目標(biāo)物體進(jìn)行分層得到，其通過向一個方向或者多個方向設(shè)置坐標(biāo)軸進(jìn)行定義。所述色彩值是可以基于CMY色彩模式的色彩數(shù)據(jù)，也可以是基于CMYK色彩模式的色彩數(shù)據(jù)，還可以是基于其他色彩模式的色彩數(shù)據(jù)，其定義方式基于2D打印的技術(shù)。

進(jìn)一步地，所述打印數(shù)據(jù)P_MN是在所述層圖像數(shù)據(jù)D_M的基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到的，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，轉(zhuǎn)換的方法在2D打印領(lǐng)域已經(jīng)有了眾多的研究，從2D打印圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的理論出發(fā)，在2D打印中進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的目的就是以盡可能小的損失實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、傳遞、復(fù)現(xiàn)等，而在3D打印技術(shù)中，如果單純從某一具體層圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換出發(fā)，其基本原理同2D打印中的原理是相似的，但是3D打印進(jìn)行層圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，還需要同時考慮所述層圖像數(shù)據(jù)在3D空間范圍中的數(shù)據(jù)，即空間坐標(biāo)值信息，以更加完美的復(fù)現(xiàn)目標(biāo)物體。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S102，基于所述打印數(shù)據(jù)P_MN進(jìn)行逐層打印，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在實(shí)際的應(yīng)用中，大多數(shù)的打印頭驅(qū)動控制數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制的，則經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的所述打印數(shù)據(jù)P_MN相對應(yīng)的值為0或者1。具體地，在現(xiàn)有的打印過程中，當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN為0時，打印頭并不執(zhí)行打印動作，只有當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN為1時，才執(zhí)行打印動作。 更為具體地，在本發(fā)明中，最終需要實(shí)現(xiàn)的是一個3D物體，如果當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN為0時不噴射打印材料，則在該位置的像素點(diǎn)會被后續(xù)其他像素點(diǎn)的打印材料所填充，最終會影響到整個3D物體的形狀，因此需要對轉(zhuǎn)換后得到的打印數(shù)據(jù)P_MN作進(jìn)一步的處理，以使每個像素點(diǎn)都被打印，即無論所述打印數(shù)據(jù)P_MN是0或者1，都控制打印頭噴射打印材料。更為具體地，由于通常的打印頭驅(qū)動控制數(shù)據(jù)是二進(jìn)制的，因此打印頭所接受的打印指令實(shí)際上也是0或者1，當(dāng)打印指令0時不執(zhí)行打印動作，即所述打印頭不控制打印噴嘴噴出打印材料，當(dāng)打印指令是1時執(zhí)行打印動作，即所述打印頭控制打印噴嘴噴出打印材料，而對所述打印數(shù)據(jù)P_MN作進(jìn)一步的處理的過程就是將數(shù)值為0打印數(shù)據(jù)P_MN轉(zhuǎn)換，使得打印頭將數(shù)值為0打印數(shù)據(jù)P_MN識別為打印指令1。

進(jìn)一步地，在執(zhí)行步驟S102的基礎(chǔ)上，當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN為0時，執(zhí)行步驟S103，使用第一打印材料進(jìn)行打印，當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN為1時，執(zhí)行步驟S104，使用第二打印材料進(jìn)行打印，即根據(jù)所述打印數(shù)據(jù)P_MN數(shù)值的不同控制打印頭噴射不同的打印材料，其具體的過程實(shí)際上就是將所述打印數(shù)據(jù)P_MN轉(zhuǎn)換為不同的打印指令的過程。在一個實(shí)施例中，所述第一打印材料是透明材料或者白色材料或者近似白色的材料，而所述第二打印材料是青色材料、品紅色材料和黃色材料的組合。具體地，當(dāng)使用第二打印材料打印時，具體選擇哪種顏色進(jìn)行打印，需要結(jié)合待打印像素點(diǎn)所在的切面的基色而確定，例如所述待打印像素點(diǎn)所在的切面的基色為青色，則使用青色材料打印，更為具體地，所在的切面的基色的確定在前面步驟中已有敘述，在此不再贅述。作為一種變化，所述第二打印材料還可以青色材料、品紅色材料和黃色材料中的任兩種組合，還可以加入其他顏色的材料，這需要根據(jù)半色調(diào)轉(zhuǎn)換后的色彩模式確定。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述第一打印材料和第二打印材料的顏色可以有多種變化的組合。進(jìn)一步地，所述第一打印材料和第二打印材料優(yōu)選地為光固化材料或者溫度固化材料。

在一個實(shí)施例中，對所述打印數(shù)據(jù)P_MN進(jìn)行進(jìn)一步處理的方法為，對所述打印數(shù)據(jù)P_MN進(jìn)行補(bǔ)正得到補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′。具體地，由于通常的 打印頭驅(qū)動控制數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制的，因此打印頭所接受的打印指令實(shí)際上也是0或者1，而補(bǔ)正的過程就是將當(dāng)所述打印數(shù)據(jù)P_MN數(shù)值為0時，經(jīng)過補(bǔ)正后得到所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′數(shù)值為1，以使所述打印頭能夠識別并執(zhí)行打印動作。更為具體地，只要所述打印頭識別到所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′即使用第一打印材料進(jìn)行打印。在一個具體地實(shí)施例中，例如所述打印數(shù)據(jù)P_MN是基于CMY色彩模式的數(shù)據(jù)，則所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過四個傳輸通道傳送到所述打印頭，所述四個傳輸通道中的三個通道用于傳輸CMY色彩模式的數(shù)據(jù)，剩余的一個傳輸通道用于傳輸所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′，打印頭的控制器分別識別所述打印數(shù)據(jù)P_MN以及所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′，進(jìn)而開始使用所述第二打印材料或者第一打印材料打印。作為一種變化，分別為所述打印數(shù)據(jù)P_MN以及所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′設(shè)置專用的數(shù)據(jù)通道，并且分別匹配對接一個控制器的數(shù)據(jù)通道，即有四個控制器分別對應(yīng)CMY色彩模式的三種數(shù)據(jù)以及所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′，此時識別所述打印數(shù)據(jù)P_MN以及所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′的過程可以省略，生成所述打印數(shù)據(jù)P_MN以及所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′即開始打印。

在一個變化例中，還將所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′與打印啟動指令建立關(guān)聯(lián)，并當(dāng)識別到所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′時即使用第一打印材料進(jìn)行打印。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，優(yōu)選地，本變化例中應(yīng)用于包括多個打印頭的打印過程，在具體的補(bǔ)正過程中，不僅對所述打印數(shù)據(jù)P_MN的數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)正，還將每次補(bǔ)正得到所述補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′與不同打印頭的打印啟動指令關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)多打印頭打印，提高打印速度。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S105，將所述步驟S102中的逐層打印成果疊加形成3D物體。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本步驟是成型步驟，所述步驟S102至步驟S104涉及的是某一具體層的打印，而所述目標(biāo)物體共有M層，通過步驟S102至步驟S104將所述M層全部并且逐層打印，并疊加形成所述3D物體。更為具體地，本步驟所述的疊加，并非是一個最后才執(zhí)行的步驟，而是伴隨著所述步驟S102至步驟S104而執(zhí)行的步驟，即所述步驟S102至步驟S104完成一層打印成果即疊加一層，這種疊加的過程是一個累積型的過程。優(yōu)選地所述步驟S102至步驟S104形成的 每個所述逐層打印成果先固化后再進(jìn)行疊加，這樣可以進(jìn)一步提高所述3D物體的尺寸穩(wěn)定性，防止各個所述逐層打印成果彼此之間發(fā)生滲透現(xiàn)象。作為一種變化，每個所述逐層打印成果較平后先進(jìn)行固化，然后再疊加，此變化例能夠進(jìn)一步地提高所述3D物體的尺寸穩(wěn)定性，同時形成的所述3D物體會更加美觀。

作為本發(fā)明的第一實(shí)施例，通過對目標(biāo)物體整體進(jìn)行分層分單元處理得到所述層圖像數(shù)據(jù)D_M。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本實(shí)施例是對目標(biāo)物體的整體進(jìn)行分層分單元處理，這樣最能夠?qū)崿F(xiàn)所述目標(biāo)物體的完美復(fù)現(xiàn)，無論是目標(biāo)物體的形狀、顏色都能夠?qū)崿F(xiàn)很好的連續(xù)性，特別地，當(dāng)所述目標(biāo)物體是具有透視效果時，優(yōu)選地通過本實(shí)施例進(jìn)行打印。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述分層分單元具體的過程分為兩個部分，第一部分是對目標(biāo)物體整體進(jìn)行分層處理得到多個切面，得到所在切面的空間坐標(biāo)值；第二部分是在每個切面進(jìn)行分單元處理，確定每個單元的像素點(diǎn)數(shù)量，并根據(jù)該單元的色彩確定每個像素點(diǎn)的色彩值。

進(jìn)一步地，對于所述第一部分的分層處理通常采用基于分組排序和對邊求交的分層處理算法實(shí)現(xiàn)，其基本思想是：根據(jù)STL模型的幾何連續(xù)性進(jìn)行整體分組排序，建立分層關(guān)系矩陣，然后對關(guān)系矩陣中的三角面片分別進(jìn)行對邊追蹤求交，最終生成切面輪廓數(shù)據(jù)，具體地，通過以下方式實(shí)現(xiàn)：第一步進(jìn)行分組排序。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，快速成形加工的分層厚度與STL模型中三角形面片的尺寸比較起來一般都非常小，一個三角形面片往往與多個相鄰分層平面相交。由于STL模型的幾何連續(xù)性，使得與分層平面相交的三角形面片也是連續(xù)排列的，所以除少數(shù)分層平面外，與相鄰分層平面相交的三角形面片集合是連續(xù)的，即與相鄰兩個分層面相交的面片集合是基本不變的。第二步進(jìn)行對邊求交，獲取切面輪廓數(shù)據(jù)，具體的過程通常是這樣的：已知一系列邊和一組相互平行的切平面，求各邊與這組平面的交點(diǎn)，并將處于同一層的所有交點(diǎn)按照它們之間的連接關(guān)系順序排列，形成各層封閉切面輪廓。在實(shí)際的操作過程中，分層步驟通常使用分層軟件來實(shí)現(xiàn)。具體分層的數(shù)量需要根據(jù)最終3D物體的空間分辨率確定，當(dāng)空間分辨率越高，則分層的數(shù) 量越多，當(dāng)空間分辨率越小，則分層數(shù)量越小。

進(jìn)一步地，對于所述第二部分的分單元處理，首先是確定每個單元的像素點(diǎn)數(shù)量，具體地需要結(jié)合每層切面所需要的分辨率而確定，分辨率高則像素點(diǎn)數(shù)量多，分辨率低則像素點(diǎn)數(shù)量低。更為具體地，是將特定切面分割為多個單元，每個單元就是由像素點(diǎn)構(gòu)成的矩形像素點(diǎn)陣，例如以CMY(即青色、品紅色、黃色)三種基色為例，首先將特定切面分成三種基色的平面，在每種基色的平面中再進(jìn)行單元分割，分割后的形成的每個單元就是由特定基色的像素點(diǎn)組成矩形像素點(diǎn)陣。又例如以CMYK(即青色、品紅色、黃色、黑色)四種基色為例，首先將特定切面分成四種基色的平面，在每種基色的平面中再進(jìn)行單元分割，分割后的形成的每個單元就是由特定基色的像素點(diǎn)組成矩形像素點(diǎn)陣。其次是確定每個像素點(diǎn)的色彩值，這在前面具體實(shí)施方式部分已有敘述，在此不再贅述。

作為本發(fā)明的第二實(shí)施例，所述步驟S102中所述打印數(shù)據(jù)P_MN，是將所述層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換得到的。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本實(shí)施例是對所述N_M個像素點(diǎn)基于所在切面定義的色彩值進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換。具體地，所述半色調(diào)轉(zhuǎn)化的過程實(shí)際上就是將特定像素點(diǎn)的數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的打印數(shù)據(jù)。更為具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在3D打印中，進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換時不僅要考慮特定切面的平面色彩分辨率，同時還要考慮整個目標(biāo)物體的空間色彩分辨率，因?yàn)樽罱K形成的3D物體是由很多層切面疊加形成，每層切面的色彩分辨率會彼此疊加并最終影響到所述3D物體的空間色彩分辨率。具體地，每層切面進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換時，其色彩分辨率標(biāo)準(zhǔn)可以是一致的，也可以是不一致，這需要考慮到所述3D物體的空間色彩復(fù)雜程度。例如在所述3D物體中心部分的切面的色彩分辨率可以較低，而靠近所述3D物體表層部分的切面的色彩分辨率可以較高；又例如在遠(yuǎn)離所述3D物體透明部分的切面的色彩分辨率可以較低，而在靠近所述3D物體透明部分的切面的色彩分辨率可以較高。

在一個實(shí)施例中，以所述層圖像數(shù)據(jù)D_M是8位制數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，當(dāng)所述層圖像數(shù)據(jù)D_M是8位制數(shù)據(jù)時，其對應(yīng)的 X_MN數(shù)值在0～255之間。如圖2所示，所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過如下方式獲得：

執(zhí)行步驟S201，將所述數(shù)值集X_MN除以255得到對應(yīng)的擬制數(shù)值集X_MN′，則所述擬制數(shù)值集X_MN′在0～1之間，具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述數(shù)值集X_MN由N_M個像素點(diǎn)的數(shù)值組成，包括x₁₁、x₁₂、x₂₁、x₂₂…x_MN，而所述擬制數(shù)值集X_MN′是對應(yīng)所述數(shù)值集X_MN形成，即所述擬制數(shù)值集X_MN′是由N_M個像素點(diǎn)的擬制數(shù)值組成，即所述擬制數(shù)值集X_MN′由x₁₁′、x₁₂′、x₂₁′、x₂₂′…x_MN′組成。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S202，設(shè)定閾值S，若所述x_MN′小于所述S則轉(zhuǎn)換后的p_MN為0，若所述x_MN′大于所述S則轉(zhuǎn)換后的p_MN為1，對應(yīng)形成的所述打印數(shù)據(jù)P_MN由一系列p_MN組成，優(yōu)選地，所述閾值S為0.4～0.65之間的數(shù)值，具體地，所述S取值為0.4、0.5、0.55、0.6、0.65。

作為本發(fā)明的第三實(shí)施例，如圖3所示，所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過如下方式獲得：

執(zhí)行步驟S301，將所述數(shù)值集X_MN除以255得到對應(yīng)的所述擬制數(shù)值集X_MN′，所述擬制數(shù)值集X_MN′根據(jù)M層圖像的N個像素點(diǎn)的相鄰關(guān)系的次序依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′…x_MN′組成。具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述相鄰關(guān)系優(yōu)選地為處于同一切面層的N個像素點(diǎn)的相鄰關(guān)系，例如第1層圖像的擬制數(shù)值集X_1N′則由x₁₁′、x₁₂′、x₁₃′…x_1N′組成，第2層圖像的擬制數(shù)值集X_2N′則由x₂₁′、x₂₂′、x₂₃′…x_2N′組成，以此類推。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S302，比較所述閾值S與所述x_M1′，若所述x_M1′小于所述S則p_M1為0，若所述x_M1′大于所述S則p_M1為1。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，步驟S302是本實(shí)施例的一個基礎(chǔ)步驟，也可以說是一個起點(diǎn)步驟，以下的步驟都是在步驟S302的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，有可能所述步驟S302對應(yīng)的擬制數(shù)值x_M1′的位置是隨機(jī)產(chǎn)生的，也可以是指定產(chǎn)生，但無論如何，只要產(chǎn)生所述擬制數(shù)值x_M1′，就以所述擬制數(shù)值x_M1′所對應(yīng)的像素點(diǎn)位置為中心，對相鄰的未處理的像素點(diǎn)進(jìn)行處理，即按照此順序依次對相應(yīng)的像素點(diǎn)的擬制數(shù)值進(jìn)行處 理。具體地，只要當(dāng)所述擬制數(shù)值x_M1′對應(yīng)的像素點(diǎn)的位置產(chǎn)生，則后續(xù)的其他擬制數(shù)值對應(yīng)的像素點(diǎn)的位置則并不是隨機(jī)產(chǎn)生的，而是以一定序列，以相鄰關(guān)系為基準(zhǔn)產(chǎn)生，最終形成一個像素點(diǎn)序列，所述像素點(diǎn)序列對應(yīng)的擬制數(shù)值序列即為x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′。例如所述x_M1′對應(yīng)的像素點(diǎn)的位置產(chǎn)生后，向右方和下方依次產(chǎn)生后續(xù)像素點(diǎn)的位置。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S303，計算x_MN′減去p_MN的差值E_MN，計算x_M(N+1)′與所述E_MN的和得出x_M(N+1)″。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，步驟S303實(shí)際上是一個誤差處理的過程，這也是本實(shí)施例區(qū)別第二實(shí)施例的所在，這樣做的目的在于，在進(jìn)行半色調(diào)轉(zhuǎn)換的過程中，容易出現(xiàn)誤差，執(zhí)行誤差處理能夠使轉(zhuǎn)換后的所述打印數(shù)據(jù)P_MN色彩還原度高。具體地，本步驟是在所述步驟S302的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所述差值E_MN會根據(jù)所述步驟S302中的像素點(diǎn)的序列順序進(jìn)行擴(kuò)散，即從所述x_M2′開始會接受相鄰點(diǎn)的誤差，例如所述差值E_M1是x_M1′減去p_M1得出，所述x_M2′接受所述x_M1′的誤差的方式就是通過將x_M2′與所述E_M1相加得出x_M2″，并將所述x_M2″作為處理對象，同樣的原理依次使x_M3′、x_M4′…x_MN′接受相鄰擬制數(shù)值的誤差。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S304，比較所述x_M(N+1)″與所述閾值S，若所述x_M(N+1)″小于所述S則p_M(N+1)為0，若所述x_M(N+1)″大于所述S則P_M(N+1)為1。具體地，如圖3所示，步驟S303以及步驟S304是循環(huán)進(jìn)行的，循環(huán)的次數(shù)根據(jù)N的數(shù)值而定，直至將x_MN′全部轉(zhuǎn)換為p_MN，即x₁₁′轉(zhuǎn)換為p₁₁，x₁₂′轉(zhuǎn)換為p₁₂，x₂₁′轉(zhuǎn)換為p₂₁，x₂₂′轉(zhuǎn)換為p₂₂，…直至x_MN′轉(zhuǎn)換為p_MN，對應(yīng)形成的所述打印數(shù)據(jù)P_MN由一系列p_MN組成。

作為本發(fā)明的第四實(shí)施例，如圖4所示，所述打印數(shù)據(jù)P_MN通過如下方式獲得：

執(zhí)行步驟S401，將所述數(shù)值集X_MN除以255得到對應(yīng)的擬制數(shù)值集X_MN′，則所述擬制數(shù)值集X_MN′由一系列x_MN′組成。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S402，所述擬制數(shù)值集X_MN′對應(yīng)M層圖像的N個像素點(diǎn)進(jìn)行排序，則所述擬制數(shù)值集X_MN′依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′… x_MN′組成。具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述排序方式優(yōu)選地以處于同一切面層的N個像素點(diǎn)為基礎(chǔ)，例如第1層圖像的擬制數(shù)值集X_1N′排序后由x₁₁′、x₁₂′、x₁₃′…x_1N′組成，第2層圖像的擬制數(shù)值集X_2N′則由x₂₁′、x₂₂′、x₂₃′…x_2N′組成，以此類推。具體地，在每個切面層中，可以單個單元的像素點(diǎn)集合為基礎(chǔ)進(jìn)行排序，也可以多個單元的像素點(diǎn)集合為基礎(chǔ)進(jìn)行排序。具體的排序方式是多變的，可以是隨機(jī)排序，也可以是以一定的序列進(jìn)行排序。

進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟S403，設(shè)定g個閾值并排序形成閾值集S_Mg′，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，設(shè)定所述閾值集S_Mg′是為了與所述擬制數(shù)值集X_MN′進(jìn)行比較，所述閾值集S_Mg′包括g個閾值，即所述閾值集S_Mg′依次由s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′組成，具體地，_g表示所述閾值集S_Mg′包括的閾值的數(shù)量，g的數(shù)值可以等于所述步驟S402中像素點(diǎn)的數(shù)量N，也可以小于所述步驟S402中像素點(diǎn)的數(shù)量N。

執(zhí)行步驟S404，以所述閾值集S_Mg′的序列為基準(zhǔn)，將所述擬制數(shù)值集X_MN′的M層圖像的N個數(shù)值x_MN′與所述閾值集S_Mg′的g個閾值一一對應(yīng)比較，若所述x_MN′小于所述s_Mg′則p_MN為0，若所述x_MN′大于所述s_Mg′則p_MN為1，對應(yīng)形成的所述打印數(shù)據(jù)P_MN由一系列p_MN組成。具體地，本步驟也是一個誤差處理的過程，這也是本實(shí)施例區(qū)別第二實(shí)施例的所在，即所述擬制數(shù)值集X_MN′并不是僅僅與一個固定的閾值S進(jìn)行比較，而是與一個閾值集S_Mg′進(jìn)行比較，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)比較的多元化，通過設(shè)定閾值集S_Mg′人為的減少誤差。這樣做的目的與所述實(shí)施例三的目的相同，在此不再贅述。根據(jù)所述步驟S403中的描述，當(dāng)g等于N時，則按照所述閾值集S_Mg′的序列，即按照s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′的順序依次與對應(yīng)的x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′進(jìn)行一一比較，進(jìn)而得出所述p_MN的值。當(dāng)g小于N時，仍然按照所述閾值集S_Mg′的序列進(jìn)行一一比較，不同的是，由于g小于N，一個比較過程并不能將所述擬制數(shù)值集X_MN′的M層圖像的N個數(shù)值全部比較完畢，此時需要以所述閾值集S_Mg′的序列為基準(zhǔn)進(jìn)行循環(huán)比較，即包括多次比較過程，具體地，首先完成第一次比較過程，比較s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′和x_M1′、x_M2′、 x_M3′、x_M4′…x_Mg′；若2*g＜N，再開始第二次比較過程，比較s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′和x_M(g+1)′、x_M(g+2)′、X_M(g+3)′、x_M(g+4)′…x_MN；若所述2*g＞N，則繼續(xù)第三次比較過程，比較s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…x_Mg′和x_M(g+1)′、x_M(g+2)′、x_M(g+3)′、x_M(g+4)′…x_M(2+g)；然后再進(jìn)行第四次比較過程，將剩余的擬制數(shù)值x_MN′按照相似的方法一一比較完畢。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，N可以大于g的數(shù)倍，因此在實(shí)際的應(yīng)用過程中，還可能包括第五次比較過程、第六次比較過程等等，其比較方式都是相似的，在此不再贅述。更為具體地，優(yōu)選地，所述閾值集S_Mg′的取值范圍是0.4～0.65之間的任何數(shù)值。

進(jìn)一步地，在實(shí)施例三和實(shí)施例四中，所述層圖像數(shù)據(jù)D_M還可以16位制數(shù)據(jù)，則其對應(yīng)的XN數(shù)值在0～65535之間，具體的實(shí)施過程與所述實(shí)施例三和實(shí)施例四是相似的，在此不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于打印3D物體的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理器、過程控制器和打印頭，數(shù)據(jù)處理器將目標(biāo)物體的層圖像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到打印數(shù)據(jù)P_MN，且將打印數(shù)據(jù)P_MN中為0的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)正得到補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′，所述D_M由N_M個像素點(diǎn)的數(shù)值集X_MN組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述數(shù)據(jù)處理器通常包括中央處理器，主存儲器，輸入-輸出接口，其用于處理數(shù)據(jù)，并按照程序規(guī)定的步驟執(zhí)行指令的部件，一般的工作過程為，中央處理器通過輸入接口讀取主存儲器中的層圖像數(shù)據(jù)D_M，并根據(jù)特定程序?qū)訄D像數(shù)據(jù)D_M進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后得到的所述打印數(shù)據(jù)P_MN以及補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′并通過輸出接口輸出。

進(jìn)一步地，所述過程控制器通常包括中央處理器，主存儲器，輸入-輸出接口，其用于將特定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行操作指令并存儲在主存儲器中，運(yùn)行時能夠讀出所述操作指令形成控制信號分給各部分執(zhí)行。一般的工作過程為，中央處理器通過輸入接口接收所述打印數(shù)據(jù)P_MN以及補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′，并根據(jù)所述打印數(shù)據(jù)P_MN和補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′產(chǎn)生特定的打印指令存儲在主存儲器中，其中，根據(jù)補(bǔ)正打印數(shù)據(jù)P_MN′產(chǎn)生使用第一打印材料進(jìn)行打印的打印指令，根據(jù)打印數(shù)據(jù)P_MN產(chǎn)生使用第二打印材料進(jìn)行打印的打印指令，最后再將打印指令轉(zhuǎn)換為控制信號通過輸出接 口輸出到所述打印頭，所述打印頭根據(jù)所述控制信號進(jìn)行逐層打印疊加形成3D物體。在另一個變化例中，所述過程控制器并不將打印指令轉(zhuǎn)換為控制信號，而是直接將產(chǎn)生的打印指令通過輸出接口輸出到所述打印頭，此時所述打印頭將接收的所述打印指令與打印頭自身的內(nèi)置指令進(jìn)行匹配，如果匹配成功則執(zhí)行打印動作，如果匹配失敗則不執(zhí)行打印動作。

在一個優(yōu)選地實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括較平裝置以及固化裝置，所述較平裝置其用于對每個所述逐層打印成果進(jìn)行較平，優(yōu)選地所述較平裝置由傳動裝置和功能裝置組成，所述功能裝置可以是較平輥或者刮刀，所述傳動裝置可以是機(jī)械臂。所述固化裝置用于對每個所述逐層打印成果進(jìn)行固化，根據(jù)所述第一打印材料和第二打印材料的材質(zhì)的不同，所述固化裝置可以是熱固化裝置，也可以是光固化裝置。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。