CN106466920A - 一种3d物体的打印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D物体的打印方法，包括以下步骤：a.基于目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，所述D_M由N_M个像素点的数值集X_MN组成，其中M表示层图像的层数，N表示像素点的个数；b.基于所述打印数据P_MN进行逐层打印，其中，当P_MN为0时使用第一打印材料进行打印；c.将所述步骤b中的逐层打印成果叠加形成3D物体。使用本发明的所涉及的打印方法打印出的3D物体更有层次感，尤其是在打印彩色3D物体时，还能够呈现丰富的颜色以及不同颜色间的自然过渡，同时本发明方法过程简单，自动化程度高，产品易于实现。

Description

一种3D物体的打印方法及系统

技术领域

本发明涉及3D物体的快速成型技术，尤其涉及采用喷墨打印头进行逐层加式制造3D物体的技术，特别是一种3D物体的打印方法。

背景技术

快速成型技术又称快速原型制造技术，是在计算机控制下基于离散/堆积的原理，将物体的物理形状通过造型软件或三维扫描仪转化为三维数字立体模型，并用该模型生成STL文件，用分层软件将此模型在Z轴离散，形成一系列具有相同厚度或不同厚度的薄片，然后利用熔融沉积技术(FDM技术)、立体光刻技术(SLA技术)、选择性激光烧结技术(SLS技术)或叠层成型技术(LOM技术)等将这一系列的薄片逐层加工堆积起来，最后经过后处理得到3D图像。

相较于传统的SLA、SLS和LOM技术，多喷立体打印技术(MJP技术)是根据喷墨打印机的工作原理，在数字信号的激励下使喷嘴腔室中的液体(成型材料和/或制成材料)在瞬间形成液滴，并以一定的速度和频率从喷嘴中喷出，按指定路径逐层固化成型，最终得到3D图像，使用MJP不需要昂贵的激光系统，因此设备价格便宜，运行和维护成本也很低；相较于FDM技术，使用MJP技术可以在更低的温度下工作；而且MJP技术还具有操作简单、成型速度快、适用的材料种类多、成型件的精度高，可在办公环境下使用等优点，因此MJP技术是目前快速成型技术研究的热点之一。

应用MJP技术制造的物体从表面颜色可以分为两类：一类是单色物体，另一类为彩色物体(至少包含两种颜色)。随着人们对物质文化需求的增长，人们已不仅仅满足于视觉上的单一，他们希望充分利用MJP技术的优势来制造出个性化设计的任何丰富多彩的物体。

目前市场上现有的3D物体的打印方法为：通过人工将模型文件不同区域进行上色，接着通过分层软件对已经上好色的模型进行分层处理，分层处理后生成的数据信息被发送到打印机驱动控制器，由驱动控制器控制打印头沿着预定的路径喷墨，固化后进行逐层叠加，最终打印出彩色物体。

现有技术的缺陷在于还停留在模块选择上色的技术层面，此时需要人工确定某个模块需要添加某种颜色，人工选择费时费力，且颜色过渡表现力差，而且不同人对颜色的辨别程度不同，最终可能导致所打印的物体与实际需要的物体颜色存在差异。

发明内容

针对现有技术的缺陷，根据本发明的一个方面，提供一种3D物体的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.基于目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，所述D_M由N_M个像素点的数值集X_MN组成，其中M表示层图像的层数，N表示像素点的个数；

b.基于所述打印数据P_MN进行逐层打印，其中，当P_MN为0时使用第一打印材料进行打印；

c.将所述步骤b中的逐层打印成果叠加形成3D物体。

优选地，在步骤b中，当所述打印数据P_MN为0时，对所述打印数据P_MN进行补正得到补正打印数据P_MN′，当识别到所述补正打印数据P_MN′时即使用第一打印材料进行打印。

优选地，在所述步骤b中，将所述补正打印数据P_MN′与打印启动指令建立关联，并当识别到所述补正打印数据P_MN′时即使用第一打印材料进行打印。

优选地，通过对目标物体整体进行分层分单元处理得到所述层图像数据D_M。

优选地，在所述步骤a中，将所述层图像数据D_M进行半色调转换得到所述打印数据P_MN。

优选地，所述层图像数据D_M是8位制数据，其对应的X_MN数值在0～255之间。

优选地，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

a1.将所述数值集X_MN除以255得到对应的拟制数值集X_MN′，则所述拟制数值集X_MN′在0～1之间，所述拟制数值集X_MN′由x₁₁′、x₁₂′、x₂₁′、x₂₂′…x_MN′组成；

a2.设定阈值S，比较拟制数值集X_MN′与所述阈值S，若所述x_MN′小于所述S则转换后的p_MN为0，若所述x_MN′大于所述S则转换后的p_MN为1，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

优选地，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

a1′.将所述数值集X_MN除以255得到对应的所述拟制数值集X_MN′，所述拟制数值集X_MN′根据M层图像的N个像素点的相邻关系的次序依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′…x_MN′组成；

a2′.比较所述阈值S与所述x_M1′，若所述x_M1′小于所述S则p_M1为0，若所述x_M1′大于所述S则p_M1为1；

a3′.计算x_MN′减去p_MN的差值E_MN，计算x_M(N+1)′与所述E_MN的和得出x_M(N+1)″；

a4′.比较所述x_M(N+1)″与所述阈值S，若所述x_M(N+1)″小于所述S则P_M(N+1)为0，若所述x_M(N+1)″大于所述S则p_M(N+1)为1；

a5′.重复步骤a3′和a4′，直至将x_MN全部转换为p_MN，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

优选地，S为如下数值中的任一个：

-0.4；

-0.5；

-0.55；

-0.6；或者

-0.65。

优选地，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

a1″.将所述数值集X_MN除以255得到对应的拟制数值集X_MN′，所述拟制数值集X_MN′对应M层图像的N个像素点进行排序，则所述拟制数值集X_MN′依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′组成；

a2″.设定g个阈值并排序形成阈值集S_Mg′，则所述阈值集S_Mg′依次由s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′组成，其中0＜g≤N；

a3″.以所述阈值集S_Mg′的序列为基准，将拟制数值集X_MN′M层图像的N个数值与所述阈值集S_Mg′的g个阈值一一对应比较，若所述x_MN′小于所述s_Mg′则p_MN为0，若所述x_MN′大于所述s_Mg′则p_MN为1，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

优选地，所述阈值集S_Mg′的取值范围是0.4～0.65之间的任何数值。

优选地，所述层图像数据D_M是16位制数据，其对应的X_MN数值在0～65535之间。

优选地，所述第一打印材料是以下材料的一种：

-透明材料；

-白色材料；或者

-近似白色的材料。

优选地，在所述步骤b中，当所述P_MN为1时使用第二打印材料进行打印。

优选地，所述第二打印材料是以下材料的一种：

-青色材料、品红色材料和黄色材料的组合；或者

-青色材料、品红色材料和黄色材料中的任两种组合。

优选地，所述第一打印材料和第二打印材料为以下材料的一种：

-光固化材料；或者

-温度固化材料。

优选地，所述步骤c中，每个所述逐层打印成果固化后再进行叠加。

优选地，所述步骤c中，每个所述逐层打印成果较平后先进行固化，然后再叠加。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于打印3D物体的系统，包括数据处理器、过程控制器和打印头，其特征在于，：

数据处理器将目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，且将打印数据P_MN中为0的数据进行补正得到补正打印数据P_MN′；

过程控制器基于所述打印数据P_MN和补正打印数据P_MN′控制打印头进行逐层打印叠加形成3D物体，其中，基于所述补正打印数据P_MN′使用第一打印材料进行打印，基于所述打印数据P_MN使用第二打印材料进行打印。

优选地，还包括较平装置，其用于对每个所述逐层打印成果进行较平。

优选地，还包括固化装置，用于对每个所述逐层打印成果进行固化。本发明采用逐层打印的方法，将目标物体整体进行分层分单元处理后得到层图像数据D_M，并将层图像数据D_M进行半色调转换得到打印数据P_MN，当P_MN为0时使用第一打印材料打印，P_MN为1时使用第二打印材料打印，使用本发明的所涉及的打印方法打印出的3D物体更有层次感，尤其是在打印彩色3D物体时，还能够呈现丰富的颜色以及不同颜色间的自然过渡，同时本发明方法过程简单，自动化程度高，产品易于实现。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明的一个具体实施方式的，一种3D物体的打印方法的流程图；

图2示出根据本发明的一个实施例的，对层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN的方法的流程图；

图3示出根据本发明的一个实施例的，对层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN的方法的流程图；以及

图4示出根据本发明的一个实施例的，对层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个具体实施方式的，一种3D物体的打印方法的流程图，具体地，包括以下步骤：

执行步骤S101，基于目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，所述D_M由N_M个像素点的数值集X_MN组成。本领域技术人员理解，其中D_M由M层的图像数据组成，包括d₁、d₂、d₃…d_M，N_M表示目标物体包括的像素点数量，X_MN由每个像素点的数值组成，包括x₁₁、x₁₂、x₂₁、x₂₂…x_MN，P_MN由每个像素点的数值对应转换后得出的打印数据值组成，包括p₁₁、p₁₂、p₂₁、p₂₂…p_MN，具体地，M表示层图像的层数，N表示像素点的个数

进一步地，所述层图像数据D_M是将目标物体进行分层分单元处理得到的数据，所述层图像数据D_M对应所述目标物体中的N_M个像素点的数值构成的数值集X_MN。所述N_M个像素点的数值包括两个方面的数据：一是所述N_M个像素点所在切面的空间坐标值，二是所述N_M个像素点基于所在切面定义的色彩值。具体地，所述空间坐标值是通过对所述目标物体进行分层得到，其通过向一个方向或者多个方向设置坐标轴进行定义。所述色彩值是可以基于CMY色彩模式的色彩数据，也可以是基于CMYK色彩模式的色彩数据，还可以是基于其他色彩模式的色彩数据，其定义方式基于2D打印的技术。

进一步地，所述打印数据P_MN是在所述层图像数据D_M的基础上进行转换得到的，本领域技术人员理解，转换的方法在2D打印领域已经有了众多的研究，从2D打印图像数据转换的理论出发，在2D打印中进行图像数据转换的目的就是以尽可能小的损失实现图像的获取、传递、复现等，而在3D打印技术中，如果单纯从某一具体层图像数据的转换出发，其基本原理同2D打印中的原理是相似的，但是3D打印进行层图像数据转换时，还需要同时考虑所述层图像数据在3D空间范围中的数据，即空间坐标值信息，以更加完美的复现目标物体。

进一步地，执行步骤S102，基于所述打印数据P_MN进行逐层打印，本领域技术人员理解，在实际的应用中，大多数的打印头驱动控制数据都是二进制的，则经过转换得到的所述打印数据P_MN相对应的值为0或者1。具体地，在现有的打印过程中，当所述打印数据P_MN为0时，打印头并不执行打印动作，只有当所述打印数据P_MN为1时，才执行打印动作。更为具体地，在本发明中，最终需要实现的是一个3D物体，如果当所述打印数据P_MN为0时不喷射打印材料，则在该位置的像素点会被后续其他像素点的打印材料所填充，最终会影响到整个3D物体的形状，因此需要对转换后得到的打印数据P_MN作进一步的处理，以使每个像素点都被打印，即无论所述打印数据P_MN是0或者1，都控制打印头喷射打印材料。更为具体地，由于通常的打印头驱动控制数据是二进制的，因此打印头所接受的打印指令实际上也是0或者1，当打印指令0时不执行打印动作，即所述打印头不控制打印喷嘴喷出打印材料，当打印指令是1时执行打印动作，即所述打印头控制打印喷嘴喷出打印材料，而对所述打印数据P_MN作进一步的处理的过程就是将数值为0打印数据P_MN转换，使得打印头将数值为0打印数据P_MN识别为打印指令1。

进一步地，在执行步骤S102的基础上，当所述打印数据P_MN为0时，执行步骤S103，使用第一打印材料进行打印，当所述打印数据P_MN为1时，执行步骤S104，使用第二打印材料进行打印，即根据所述打印数据P_MN数值的不同控制打印头喷射不同的打印材料，其具体的过程实际上就是将所述打印数据P_MN转换为不同的打印指令的过程。在一个实施例中，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、品红色材料和黄色材料的组合。具体地，当使用第二打印材料打印时，具体选择哪种颜色进行打印，需要结合待打印像素点所在的切面的基色而确定，例如所述待打印像素点所在的切面的基色为青色，则使用青色材料打印，更为具体地，所在的切面的基色的确定在前面步骤中已有叙述，在此不再赘述。作为一种变化，所述第二打印材料还可以青色材料、品红色材料和黄色材料中的任两种组合，还可以加入其他颜色的材料，这需要根据半色调转换后的色彩模式确定。本领域技术人员理解，所述第一打印材料和第二打印材料的颜色可以有多种变化的组合。进一步地，所述第一打印材料和第二打印材料优选地为光固化材料或者温度固化材料。

在一个实施例中，对所述打印数据P_MN进行进一步处理的方法为，对所述打印数据P_MN进行补正得到补正打印数据P_MN′。具体地，由于通常的打印头驱动控制数据都是二进制的，因此打印头所接受的打印指令实际上也是0或者1，而补正的过程就是将当所述打印数据P_MN数值为0时，经过补正后得到所述补正打印数据P_MN′数值为1，以使所述打印头能够识别并执行打印动作。更为具体地，只要所述打印头识别到所述补正打印数据P_MN′即使用第一打印材料进行打印。在一个具体地实施例中，例如所述打印数据P_MN是基于CMY色彩模式的数据，则所述打印数据P_MN通过四个传输通道传送到所述打印头，所述四个传输通道中的三个通道用于传输CMY色彩模式的数据，剩余的一个传输通道用于传输所述补正打印数据P_MN′，打印头的控制器分别识别所述打印数据P_MN以及所述补正打印数据P_MN′，进而开始使用所述第二打印材料或者第一打印材料打印。作为一种变化，分别为所述打印数据P_MN以及所述补正打印数据P_MN′设置专用的数据通道，并且分别匹配对接一个控制器的数据通道，即有四个控制器分别对应CMY色彩模式的三种数据以及所述补正打印数据P_MN′，此时识别所述打印数据P_MN以及所述补正打印数据P_MN′的过程可以省略，生成所述打印数据P_MN以及所述补正打印数据P_MN′即开始打印。

在一个变化例中，还将所述补正打印数据P_MN′与打印启动指令建立关联，并当识别到所述补正打印数据P_MN′时即使用第一打印材料进行打印。本领域技术人员理解，优选地，本变化例中应用于包括多个打印头的打印过程，在具体的补正过程中，不仅对所述打印数据P_MN的数值进行补正，还将每次补正得到所述补正打印数据P_MN′与不同打印头的打印启动指令关联，以实现多打印头打印，提高打印速度。

进一步地，执行步骤S105，将所述步骤S102中的逐层打印成果叠加形成3D物体。本领域技术人员理解，本步骤是成型步骤，所述步骤S102至步骤S104涉及的是某一具体层的打印，而所述目标物体共有M层，通过步骤S102至步骤S104将所述M层全部并且逐层打印，并叠加形成所述3D物体。更为具体地，本步骤所述的叠加，并非是一个最后才执行的步骤，而是伴随着所述步骤S102至步骤S104而执行的步骤，即所述步骤S102至步骤S104完成一层打印成果即叠加一层，这种叠加的过程是一个累积型的过程。优选地所述步骤S102至步骤S104形成的每个所述逐层打印成果先固化后再进行叠加，这样可以进一步提高所述3D物体的尺寸稳定性，防止各个所述逐层打印成果彼此之间发生渗透现象。作为一种变化，每个所述逐层打印成果较平后先进行固化，然后再叠加，此变化例能够进一步地提高所述3D物体的尺寸稳定性，同时形成的所述3D物体会更加美观。

作为本发明的第一实施例，通过对目标物体整体进行分层分单元处理得到所述层图像数据D_M。本领域技术人员理解，本实施例是对目标物体的整体进行分层分单元处理，这样最能够实现所述目标物体的完美复现，无论是目标物体的形状、颜色都能够实现很好的连续性，特别地，当所述目标物体是具有透视效果时，优选地通过本实施例进行打印。本领域技术人员理解，所述分层分单元具体的过程分为两个部分，第一部分是对目标物体整体进行分层处理得到多个切面，得到所在切面的空间坐标值；第二部分是在每个切面进行分单元处理，确定每个单元的像素点数量，并根据该单元的色彩确定每个像素点的色彩值。

进一步地，对于所述第一部分的分层处理通常采用基于分组排序和对边求交的分层处理算法实现，其基本思想是：根据STL模型的几何连续性进行整体分组排序，建立分层关系矩阵，然后对关系矩阵中的三角面片分别进行对边追踪求交，最终生成切面轮廓数据，具体地，通过以下方式实现：第一步进行分组排序。本领域技术人员理解，快速成形加工的分层厚度与STL模型中三角形面片的尺寸比较起来一般都非常小，一个三角形面片往往与多个相邻分层平面相交。由于STL模型的几何连续性，使得与分层平面相交的三角形面片也是连续排列的，所以除少数分层平面外，与相邻分层平面相交的三角形面片集合是连续的，即与相邻两个分层面相交的面片集合是基本不变的。第二步进行对边求交，获取切面轮廓数据，具体的过程通常是这样的：已知一系列边和一组相互平行的切平面，求各边与这组平面的交点，并将处于同一层的所有交点按照它们之间的连接关系顺序排列，形成各层封闭切面轮廓。在实际的操作过程中，分层步骤通常使用分层软件来实现。具体分层的数量需要根据最终3D物体的空间分辨率确定，当空间分辨率越高，则分层的数量越多，当空间分辨率越小，则分层数量越小。

进一步地，对于所述第二部分的分单元处理，首先是确定每个单元的像素点数量，具体地需要结合每层切面所需要的分辨率而确定，分辨率高则像素点数量多，分辨率低则像素点数量低。更为具体地，是将特定切面分割为多个单元，每个单元就是由像素点构成的矩形像素点阵，例如以CMY(即青色、品红色、黄色)三种基色为例，首先将特定切面分成三种基色的平面，在每种基色的平面中再进行单元分割，分割后的形成的每个单元就是由特定基色的像素点组成矩形像素点阵。又例如以CMYK(即青色、品红色、黄色、黑色)四种基色为例，首先将特定切面分成四种基色的平面，在每种基色的平面中再进行单元分割，分割后的形成的每个单元就是由特定基色的像素点组成矩形像素点阵。其次是确定每个像素点的色彩值，这在前面具体实施方式部分已有叙述，在此不再赘述。

作为本发明的第二实施例，所述步骤S102中所述打印数据P_MN，是将所述层图像数据D_M进行半色调转换得到的。本领域技术人员理解，本实施例是对所述N_M个像素点基于所在切面定义的色彩值进行半色调转换。具体地，所述半色调转化的过程实际上就是将特定像素点的数值转换为相应的打印数据。更为具体地，本领域技术人员理解，在3D打印中，进行半色调转换时不仅要考虑特定切面的平面色彩分辨率，同时还要考虑整个目标物体的空间色彩分辨率，因为最终形成的3D物体是由很多层切面叠加形成，每层切面的色彩分辨率会彼此叠加并最终影响到所述3D物体的空间色彩分辨率。具体地，每层切面进行半色调转换时，其色彩分辨率标准可以是一致的，也可以是不一致，这需要考虑到所述3D物体的空间色彩复杂程度。例如在所述3D物体中心部分的切面的色彩分辨率可以较低，而靠近所述3D物体表层部分的切面的色彩分辨率可以较高；又例如在远离所述3D物体透明部分的切面的色彩分辨率可以较低，而在靠近所述3D物体透明部分的切面的色彩分辨率可以较高。

在一个实施例中，以所述层图像数据D_M是8位制数据为例进行说明。本领域技术人员理解，当所述层图像数据D_M是8位制数据时，其对应的X_MN数值在0～255之间。如图2所示，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

执行步骤S201，将所述数值集X_MN除以255得到对应的拟制数值集X_MN′，则所述拟制数值集X_MN′在0～1之间，具体地，本领域技术人员理解，所述数值集X_MN由N_M个像素点的数值组成，包括x₁₁、x₁₂、x₂₁、x₂₂…x_MN，而所述拟制数值集X_MN′是对应所述数值集X_MN形成，即所述拟制数值集X_MN′是由N_M个像素点的拟制数值组成，即所述拟制数值集X_MN′由x₁₁′、x₁₂′、x₂₁′、x₂₂′…x_MN′组成。

进一步地，执行步骤S202，设定阈值S，若所述x_MN′小于所述S则转换后的p_MN为0，若所述x_MN′大于所述S则转换后的p_MN为1，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成，优选地，所述阈值S为0.4～0.65之间的数值，具体地，所述S取值为0.4、0.5、0.55、0.6、0.65。

作为本发明的第三实施例，如图3所示，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

执行步骤S301，将所述数值集X_MN除以255得到对应的所述拟制数值集X_MN′，所述拟制数值集X_MN′根据M层图像的N个像素点的相邻关系的次序依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′…x_MN′组成。具体地，本领域技术人员理解，所述相邻关系优选地为处于同一切面层的N个像素点的相邻关系，例如第1层图像的拟制数值集X_1N′则由x₁₁′、x₁₂′、x₁₃′…x_1N′组成，第2层图像的拟制数值集X_2N′则由x₂₁′、x₂₂′、x₂₃′…x_2N′组成，以此类推。

进一步地，执行步骤S302，比较所述阈值S与所述x_M1′，若所述x_M1′小于所述S则p_M1为0，若所述x_M1′大于所述S则p_M1为1。本领域技术人员理解，步骤S302是本实施例的一个基础步骤，也可以说是一个起点步骤，以下的步骤都是在步骤S302的基础上进行的。在实际的应用过程中，有可能所述步骤S302对应的拟制数值x_M1′的位置是随机产生的，也可以是指定产生，但无论如何，只要产生所述拟制数值x_M1′，就以所述拟制数值x_M1′所对应的像素点位置为中心，对相邻的未处理的像素点进行处理，即按照此顺序依次对相应的像素点的拟制数值进行处理。具体地，只要当所述拟制数值x_M1′对应的像素点的位置产生，则后续的其他拟制数值对应的像素点的位置则并不是随机产生的，而是以一定序列，以相邻关系为基准产生，最终形成一个像素点序列，所述像素点序列对应的拟制数值序列即为x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′。例如所述x_M1′对应的像素点的位置产生后，向右方和下方依次产生后续像素点的位置。

进一步地，执行步骤S303，计算x_MN′减去p_MN的差值E_MN，计算x_M(N+1)′与所述E_MN的和得出x_M(N+1)″。本领域技术人员理解，步骤S303实际上是一个误差处理的过程，这也是本实施例区别第二实施例的所在，这样做的目的在于，在进行半色调转换的过程中，容易出现误差，执行误差处理能够使转换后的所述打印数据P_MN色彩还原度高。具体地，本步骤是在所述步骤S302的基础上进行的，所述差值E_MN会根据所述步骤S302中的像素点的序列顺序进行扩散，即从所述x_M2′开始会接受相邻点的误差，例如所述差值E_M1是x_M1′减去p_M1得出，所述x_M2′接受所述x_M1′的误差的方式就是通过将x_M2′与所述E_M1相加得出x_M2″，并将所述x_M2″作为处理对象，同样的原理依次使x_M3′、x_M4′…x_MN′接受相邻拟制数值的误差。

进一步地，执行步骤S304，比较所述x_M(N+1)″与所述阈值S，若所述x_M(N+1)″小于所述S则p_M(N+1)为0，若所述x_M(N+1)″大于所述S则P_M(N+1)为1。具体地，如图3所示，步骤S303以及步骤S304是循环进行的，循环的次数根据N的数值而定，直至将x_MN′全部转换为p_MN，即x₁₁′转换为p₁₁，x₁₂′转换为p₁₂，x₂₁′转换为p₂₁，x₂₂′转换为p₂₂，…直至x_MN′转换为p_MN，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

作为本发明的第四实施例，如图4所示，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

执行步骤S401，将所述数值集X_MN除以255得到对应的拟制数值集X_MN′，则所述拟制数值集X_MN′由一系列x_MN′组成。

进一步地，执行步骤S402，所述拟制数值集X_MN′对应M层图像的N个像素点进行排序，则所述拟制数值集X_MN′依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′组成。具体地，本领域技术人员理解，所述排序方式优选地以处于同一切面层的N个像素点为基础，例如第1层图像的拟制数值集X_1N′排序后由x₁₁′、x₁₂′、x₁₃′…x_1N′组成，第2层图像的拟制数值集X_2N′则由x₂₁′、x₂₂′、x₂₃′…x_2N′组成，以此类推。具体地，在每个切面层中，可以单个单元的像素点集合为基础进行排序，也可以多个单元的像素点集合为基础进行排序。具体的排序方式是多变的，可以是随机排序，也可以是以一定的序列进行排序。

进一步地，执行步骤S403，设定g个阈值并排序形成阈值集S_Mg′，本领域技术人员理解，设定所述阈值集S_Mg′是为了与所述拟制数值集X_MN′进行比较，所述阈值集S_Mg′包括g个阈值，即所述阈值集S_Mg′依次由s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′组成，具体地，_g表示所述阈值集S_Mg′包括的阈值的数量，g的数值可以等于所述步骤S402中像素点的数量N，也可以小于所述步骤S402中像素点的数量N。

执行步骤S404，以所述阈值集S_Mg′的序列为基准，将所述拟制数值集X_MN′的M层图像的N个数值x_MN′与所述阈值集S_Mg′的g个阈值一一对应比较，若所述x_MN′小于所述s_Mg′则p_MN为0，若所述x_MN′大于所述s_Mg′则p_MN为1，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。具体地，本步骤也是一个误差处理的过程，这也是本实施例区别第二实施例的所在，即所述拟制数值集X_MN′并不是仅仅与一个固定的阈值S进行比较，而是与一个阈值集S_Mg′进行比较，这样能够实现比较的多元化，通过设定阈值集S_Mg′人为的减少误差。这样做的目的与所述实施例三的目的相同，在此不再赘述。根据所述步骤S403中的描述，当g等于N时，则按照所述阈值集S_Mg′的序列，即按照s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′的顺序依次与对应的x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′进行一一比较，进而得出所述p_MN的值。当g小于N时，仍然按照所述阈值集S_Mg′的序列进行一一比较，不同的是，由于g小于N，一个比较过程并不能将所述拟制数值集X_MN′的M层图像的N个数值全部比较完毕，此时需要以所述阈值集S_Mg′的序列为基准进行循环比较，即包括多次比较过程，具体地，首先完成第一次比较过程，比较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，再开始第二次比较过程，比较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，则继续第三次比较过程，比较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)；然后再进行第四次比较过程，将剩余的拟制数值x_MN′按照相似的方法一一比较完毕。本领域技术人员理解，N可以大于g的数倍，因此在实际的应用过程中，还可能包括第五次比较过程、第六次比较过程等等，其比较方式都是相似的，在此不再赘述。更为具体地，优选地，所述阈值集S_Mg′的取值范围是0.4～0.65之间的任何数值。

进一步地，在实施例三和实施例四中，所述层图像数据D_M还可以16位制数据，则其对应的XN数值在0～65535之间，具体的实施过程与所述实施例三和实施例四是相似的，在此不再赘述。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于打印3D物体的系统，包括数据处理器、过程控制器和打印头，数据处理器将目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，且将打印数据P_MN中为0的数据进行补正得到补正打印数据P_MN′，所述D_M由N_M个像素点的数值集X_MN组成。本领域技术人员理解，所述数据处理器通常包括中央处理器，主存储器，输入-输出接口，其用于处理数据，并按照程序规定的步骤执行指令的部件，一般的工作过程为，中央处理器通过输入接口读取主存储器中的层图像数据D_M，并根据特定程序对层图像数据D_M进行转换，转换后得到的所述打印数据P_MN以及补正打印数据P_MN′并通过输出接口输出。

进一步地，所述过程控制器通常包括中央处理器，主存储器，输入-输出接口，其用于将特定数据转换为执行操作指令并存储在主存储器中，运行时能够读出所述操作指令形成控制信号分给各部分执行。一般的工作过程为，中央处理器通过输入接口接收所述打印数据P_MN以及补正打印数据P_MN′，并根据所述打印数据P_MN和补正打印数据P_MN′产生特定的打印指令存储在主存储器中，其中，根据补正打印数据P_MN′产生使用第一打印材料进行打印的打印指令，根据打印数据P_MN产生使用第二打印材料进行打印的打印指令，最后再将打印指令转换为控制信号通过输出接口输出到所述打印头，所述打印头根据所述控制信号进行逐层打印叠加形成3D物体。在另一个变化例中，所述过程控制器并不将打印指令转换为控制信号，而是直接将产生的打印指令通过输出接口输出到所述打印头，此时所述打印头将接收的所述打印指令与打印头自身的内置指令进行匹配，如果匹配成功则执行打印动作，如果匹配失败则不执行打印动作。

在一个优选地实施例中，所述系统还包括较平装置以及固化装置，所述较平装置其用于对每个所述逐层打印成果进行较平，优选地所述较平装置由传动装置和功能装置组成，所述功能装置可以是较平辊或者刮刀，所述传动装置可以是机械臂。所述固化装置用于对每个所述逐层打印成果进行固化，根据所述第一打印材料和第二打印材料的材质的不同，所述固化装置可以是热固化装置，也可以是光固化装置。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (21)

1.一种3D物体的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.基于目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，所述D_M由N_M个像素点的数值集X_MN组成，其中M表示层图像的层数，N表示像素点的个数；

b.基于所述打印数据P_MN进行逐层打印，其中，当所述打印数据P_MN为0时使用第一打印材料进行打印；

c.将所述步骤b中的逐层打印成果叠加形成3D物体。

2.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，在所述步骤b中，当所述打印数据P_MN为0时，对所述打印数据P_MN进行补正得到补正打印数据P_MN′，当识别到所述补正打印数据P_MN′时即使用第一打印材料进行打印。

3.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，在所述步骤b中，将所述补正打印数据P_MN′与打印启动指令建立关联，并当识别到所述补正打印数据P_MN′时即使用第一打印材料进行打印。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的打印方法，其特征在于，通过对所述目标物体整体进行分层分单元处理得到所述层图像数据D_M。

5.根据权利要求4所述的打印方法，其特征在于，在所述步骤a中，将所述层图像数据D_M进行半色调转换得到所述打印数据P_MN。

6.根据权利要求5所述的打印方法，其特征在于，所述层图像数据D_M是8位制数据，其对应的X_MN数值在0～255之间。

7.根据权利要求6所述的打印方法，其特征在于，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

a1.将所述数值集X_MN除以255得到对应的拟制数值集X_MN′，则所述拟制数值集X_MN′在0～1之间，所述拟制数值集X_MN′由x₁₁′、x₁₂′、x₂₁′、x₂₂′…x_MN′组成；

a2.设定阈值S，比较所述拟制数值集X_MN′与所述阈值S，若所述x_MN′小于所述S则转换后的p_MN为0，若所述x_MN′大于所述S则转换后的p_MN为1，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

8.根据权利要求6所述的打印方法，其特征在于，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

a1′.将所述数值集X_MN除以255得到对应的所述拟制数值集X_MN′，所述拟制数值集X_MN′根据M层图像的N个像素点的相邻关系的次序依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′…x_MN′组成；

a2′.比较所述阈值S与所述x_M1′，若所述x_M1′小于所述S则p_M1为0，若所述x_M1′大于所述S则p_M1为1；

a3′.计算x_MN′减去p_MN的差值E_MN，计算x_M(N+1)′与所述E_MN的和得出x_M(N+1)″；

a4′.比较所述x_M(N+1)″与所述阈值S，若所述x_M(N+1)″小于所述S则p_M(N+1)为0，若所述x_M(N+1)″大于所述S则p_M(N+1)为1；

a5′.重复步骤a3′和a4′，直至将x_MN′全部转换为p_MN，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

9.根据权利要求7或8所述的打印方法，其特征在于，S为如下数值中的任一个：

-0.4；

-0.5；

-0.55；

-0.6；或者

-0.65。

10.根据权利要求6所述的打印方法，其特征在于，所述打印数据P_MN通过如下方式获得：

a1″.将所述数值集X_MN除以255得到对应的拟制数值集X_MN′，所述拟制数值集X_MN′对应M层图像的N个像素点进行排序，则所述拟制数值集X_MN′依次由x_M1′、x_M2′、x_M3′、x_M4′…x_MN′组成；

a2″.设定g个阈值并排序形成阈值集S_Mg′，则所述阈值集S_Mg′依次由s_M1′、s_M2′、s_M3′、s_M4′…s_Mg′组成，其中0＜g≤N；

a3″.以所述阈值集S_Mg′的序列为基准，将所述拟制数值集X_MN′的M层图像的N个数值x_MN′与所述阈值集S_Mg′的g个阈值s_Mg′一一对应比较，若所述x_MN′小于所述s_Mg′则p_MN为0，若所述x_MN′大于所述s_Mg′则p_MN为1，对应形成的所述打印数据P_MN由一系列p_MN组成。

11.根据权利要求10所述的打印方法，其特征在于，所述阈值集S_Mg′的取值范围是0.4～0.65之间的任何数值。

12.根据权利要求5所述的打印方法，其特征在于，所述层图像数据D_M是16位制数据，其对应的所述数值集X_MN在0～65535之间。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的打印方法，其特征在于，当所述打印数据P_MN为1时使用第二打印材料进行打印。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的打印方法，其特征在于，所述第一打印材料是以下材料的一种：

-透明材料；

-白色材料；或者

-近似白色的材料。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的打印方法，其特征在于，所述第二打印材料是以下材料的一种：

-青色材料、品红色材料和黄色材料的组合；或者

-青色材料、品红色材料和黄色材料中的任两种组合。

16.根据权利要求15所述的打印方法，其特征在于，所述第一打印材料和第二打印材料为以下材料的一种：

-光固化材料；或者

-温度固化材料。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的打印方法，其特征在于，所述步骤c中，每个所述逐层打印成果固化后再进行叠加。

18.根据权利要求17所述的打印方法，其特征在于，在所述步骤c中，每个所述逐层打印成果较平后先进行固化，然后再叠加。

19.一种用于打印3D物体的系统，包括数据处理器、过程控制器和打印头，其特征在于：

数据处理器将目标物体的层图像数据D_M进行转换得到打印数据P_MN，且将打印数据P_MN中为0的数据进行补正得到补正打印数据P_MN′；

过程控制器基于所述打印数据P_MN和补正打印数据P_MN′控制打印头进行逐层打印叠加形成3D物体，其中，基于所述补正打印数据P_MN′使用第一打印材料进行打印，基于所述打印数据P_MN使用第二打印材料进行打印。

20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括较平装置，其用于对每个所述逐层打印成果进行较平。

21.根据权利要求19或20中任一项所述的系统，其特征在于，还包括固化装置，用于对每个所述逐层打印成果进行固化。