一種快速成型領域多材料的表達與轉換方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速成型領域多材料的表達與轉換方法，本發明利用不同的顏色代表不同的材料，實現顏色空間到材料空間的轉換。具體方案是運用彩色打印機的顏色識別原理，由不同的顏色代表不同的材料，由多顏色組成的混合色代表多材料構成的復合材料。運用彩色打印機原理，用不同材料代替打印機的不同顏料，“打印”多材料的“平面”，通過多材料平面逐層累積構成三維實體，實現多材料的快速成型制造。
【專利說明】一種快速成型領域多材料的表達與轉換方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種快速成型領域多材料的表達與轉換方法。
【背景技術】
[0002]快速成形技術￠￡￠1(1簡稱即)是由￠^0模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維物理實體的技術總稱。首先設計出所需零件的計算機三維模型(數字模型、模型)，然后根據工藝要求，按照一定的規律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在2向將其按一定厚度進行離散(通常稱為分層)，把原來的三維模型變成一系列的層片；再根據每個層片的輪廓信息，輸入加工參數，自動生成數控代碼；最后由成形機成形一系列層片，這些層片在不斷在2方向累積，得到一個三維空間物理實體。
[0003]單一材料的快速成型，只需要把成型實體的三維幾何信息傳遞給計算機，計算機按照三維幾何模型，在相對應的三維空間將材料成型，即可完成快速成型。但是在多材料快速成型中，成型件不僅在三維空間各個位置的幾何結構不同，同時在不同的空間點，其成型材料也可能不同，這就不僅需要定義成型點的幾何屬性，同時需要定義成型點的材料屬性。如圖1所示，制作一個圓錐體，如果是單一材料，只需要定義圓錐體空間的幾何參數，計算機輔助快速成型系統即可以通過圓錐體在空間每個點的坐標，完成圓錐體的制備。如果是多材料成型，則需要每個空間點的幾何坐標與對應的材料特征，也即材料空間坐標，這樣快速成型系統才能夠在相應的空間點成型出相應的材料。如圖2所示，三維幾何空間坐標為X、？和2，三維物質空間坐標為和2，物質空間的維數也可以是二維也即兩種材料，也可以是多維的即由多種材料組成。
[0004]目前，快速成型形態多材料表達尚沒有成熟實用的方法，很多研宄通過復雜的算法，將材料信息疊加在幾何信息中。這些方法在多材料表達的設計以及后續的多材料制備等方面，涉及到的軟硬件均極復雜。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種快速成型領域多材料的表達與轉換方法。
[0006]本發明之方法利用不同的顏色代表不同的材料，實現顏色空間到材料空間的轉換；運用彩色打印機的顏色識別原理，由不同的顏色代表不同的材料，由多顏色組成的混合色代表多材料構成的復合材料；運用彩色打印機原理，用不同材料代替打印機的不同顏料，“打印”多材料的“平面”，通過多材料平面逐層累積構成三維實體，實現多材料的快速成型制造。
[0007]顏色空間(1-- 00101-是對色彩的一種描述方式，定義有很多種，區別在于面向不同的應用背景。在計算機中編程和8(紅、綠和藍)三種顏色每一個分量值都用8位表示，可以產生256*256*256 = 16777216種顏色，這就是經常所說的“24位真彩色”。
[0008]利用顏色空間的色彩表達來實現物質空間的材料表達，完成物質空間和顏色空間的轉換。對于一個由多種材料構成的實體，可以將實體不同的材料，變換成不同的顏色來表達，顏色和材料一一對應，這樣就可以由三種不同的顏色來代表不同的材料，如圖3的紅、藍、綠代表圖4中的的鋁、鎂和鋅。
[0009]打印機要將彩色圖像打印出來，還需要進行色彩轉換。色彩轉換是彩色圖像數據與設備獨立的色彩空間的橋梁，軟件驅動程序首先把計算機的圖5所示的1 6和8表示轉換成打印機所使用的圖6所示的匕1和V洋紅、青和黃色)表示，這個轉換過程確定了打印所要得到的顏色時每一種原色墨水的相對使用量。隨后，軟件驅動程序使用一個叫做半色調(他丨代如丨叩)的過程，把和V表示轉換成一系列彩色打印頭噴嘴的開/關命令(每一種顏色有一組噴嘴)，通過在平面噴出各種顏色，形成單一的色彩或者由三種基本顏色混合形成的新的色彩。最終將含有多種色彩的彩色圖像打印出來。這樣就實現了幾何空間和顏色空間的識別、轉換與實施，在平面上打印出包括幾何構型與顏色組合的彩色圖像。
[0010]完成了這種轉換，我們就可以仿照彩色打印機打印色彩原理，在二維平面“打印”由多種材料組成的平面“圖像”。這種“圖像”實際上是具有一定厚度的涂層，將這種具有一定厚度的薄層一層層累積起來，將會形成一個三維實體。在多材料快速成型系統中，彩色打印機的三種顏色，由三種不同的材料代替，如圖7所示。三維快速成型時，在幾何空間的不同位置，施加不同的材料，即可完成多材料的三維實體打印。
[0011]快速成型中多材料表達的設計:
[0012]假設多材料成型系統由三種材料組成，分別以八、8和表示，要成型的實體的某一個切面的材料組成如圖8所示，圖中的區域1，由材料4構成；區域2由30 %材料4和70 %材料8復合構成；區域3由20 %材料八、30 %材料8及50 %材料0組成。
[0013]以紅色代表材料八，以綠色代表材料8，以藍色代表材料0。
[0014]區域1由單一的材料八組成，轉換成顏色空間也就是由單一的紅色組成。打開圖形軟件的顏色編輯器，將紅色數值設置為255 (顏色由8位二進制數值表示，最大值為255對應百分制的100% ),綠色和藍色設置為0，即可形成純紅色，如圖9所示。
[0015]區域2由30%材料八和70%材料8組成，轉換成顏色空間就是由30%的紅色和70%的綠色組成。打開圖形軟件的顏色編輯器，將紅色數值設置為76(30% ),綠色設置為179(70% ),藍色數值設置為0，即可形成30%紅色與70%綠色組成的復合色，如圖10所不0
[0016]區域3由20%材料八、30%材料8及50%的材料組成，轉換成顏色空間就是由20%的紅色、30%的綠色及50%的藍色組成。打開圖形軟件(如微軟畫圖軟件)的顏色編輯器，將紅色數值設置為51 (20% )，綠色設置為76 (30% ),藍色數值設置為128 (50% )，即可形成20 %紅色、30 %綠色及50 %藍色組成的復合色，如圖11所示。將區域1、2和3分貝填充以圖9、圖10和圖11的顏色，即完成了材料空間到色彩空間的轉換，即由色彩信息來表達材料信息，如圖12所示。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是三維幾何空間和單一材料圖。
[0018]圖2是三維幾何空間與三維材料空間圖。
[0019]圖3是三基色及其合成色圖。
[0020]圖4是三種材料及其復合材料圖。
[0021]圖5是計算機圖形使用的紅綠藍三基色118。
[0022]圖6是打印機將三基色轉換后形成的洋紅、黃和青三原色0、1、X。
[0023]圖7是由三種材料組成的噴頭示意圖。1材料八，2材料8，3材料0
[0024]圖8是多材料的表達與設計示意圖。由八、8和三種材料構成的復合材料，分別以紅綠藍三種顏色代表八8(:三種材料，進行多材料表達設計。
[0025]圖9是100%紅色的顏色設計。
[0026]圖10為30%紅色與70%綠色組成的復合色設計。
[0027]圖11為20%紅色、30%綠色及50%藍色組成的復合色設計。
[0028]圖12為由色彩信息來表達材料信息圖。
【具體實施方式】
[0029]本發明之方法利用不同的顏色代表不同的材料，實現顏色空間到材料空間的轉換；運用彩色打印機的顏色識別原理，由不同的顏色代表不同的材料，由多顏色組成的混合色代表多材料構成的復合材料；運用彩色打印機原理，用不同材料代替打印機的不同顏料，“打印”多材料的“平面”，通過多材料平面逐層累積構成三維實體，實現多材料的快速成型制造。
[0030]顏色空間(1-- 00101-是對色彩的一種描述方式，定義有很多種，區別在于面向不同的應用背景。在計算機中編程和8(紅、綠和藍)三種顏色每一個分量值都用8位表示，可以產生256*256*256 = 16777216種顏色，這就是經常所說的“24位真彩色”。
[0031〕 利用顏色空間的色彩表達來實現物質空間的材料表達，完成物質空間和顏色空間的轉換。對于一個由多種材料構成的實體，可以將實體不同的材料，變換成不同的顏色來表達，顏色和材料一一對應，這樣就可以由三種不同的顏色來代表不同的材料，如圖3的紅、藍、綠代表圖4中的的鋁、鎂和鋅。
[0032]打印機要將彩色圖像打印出來，還需要進行色彩轉換。色彩轉換是彩色圖像數據與設備獨立的色彩空間的橋梁，軟件驅動程序首先把計算機的圖5所示的1 6和8表示轉換成打印機所使用的圖6所示的匕1和V洋紅、青和黃色)表示，這個轉換過程確定了打印所要得到的顏色時每一種原色墨水的相對使用量。隨后，軟件驅動程序使用一個叫做半色調(他丨代如丨叩)的過程，把和V表示轉換成一系列彩色打印頭噴嘴的開/關命令(每一種顏色有一組噴嘴)，通過在平面噴出各種顏色，形成單一的色彩或者由三種基本顏色混合形成的新的色彩。最終將含有多種色彩的彩色圖像打印出來。這樣就實現了幾何空間和顏色空間的識別、轉換與實施，在平面上打印出包括幾何構型與顏色組合的彩色圖像。
[0033]完成了這種轉換，我們就可以仿照彩色打印機打印色彩原理，在二維平面“打印”由多種材料組成的平面“圖像”。這種“圖像”實際上是具有一定厚度的涂層，將這種具有一定厚度的薄層一層層累積起來，將會形成一個三維實體。在多材料快速成型系統中，彩色打印機的三種顏色，由三種不同的材料代替，如圖7所示。三維快速成型時，在幾何空間的不同位置，施加不同的材料，即可完成多材料的三維實體打印。
[0034]快速成型中多材料表達的設計:
[0035]假設多材料成型系統由三種材料組成，分別以八、8和表示，要成型的實體的某一個切面的材料組成如圖8所示，圖中的區域1，由材料4構成；區域2由30 %材料4和70 %材料8復合構成；區域3由20 %材料八、30 %材料8及50 %材料0組成。
[0036]以紅色代表材料八，以綠色代表材料8，以藍色代表材料0。
[0037]區域1由單一的材料八組成，轉換成顏色空間也就是由單一的紅色組成。打開圖形軟件的顏色編輯器，將紅色數值設置為255 (顏色由8位二進制數值表示，最大值為255對應百分制的100% ),綠色和藍色設置為0，即可形成純紅色，如圖9所示。
[0038]區域2由30%材料八和70%材料8組成，轉換成顏色空間就是由30%的紅色和70%的綠色組成。打開圖形軟件的顏色編輯器，將紅色數值設置為76(30% ),綠色設置為179(70% ),藍色數值設置為0，即可形成30%紅色與70%綠色組成的復合色，如圖10所不0
[0039]區域3由20%材料八、30%材料8及50%的材料組成，轉換成顏色空間就是由20%的紅色、30%的綠色及50%的藍色組成。打開圖形軟件(如微軟畫圖軟件)的顏色編輯器，將紅色數值設置為51 (20% )，綠色設置為76 (30% ),藍色數值設置為128 (50% )，即可形成20 %紅色、30 %綠色及50 %藍色組成的復合色，如圖11所示。將區域1、2和3分貝填充以圖9、圖10和圖11的顏色，即完成了材料空間到色彩空間的轉換，即由色彩信息來表達材料信息，如圖12所示。
【權利要求】
1.一種快速成型領域多材料的表達與轉換方法，該方法是:利用不同的顏色代表不同的材料，實現顏色空間到材料空間的轉換；運用彩色打印機的顏色識別原理，由不同的顏色代表不同的材料，由多顏色組成的混合色代表多材料構成的復合材料；運用彩色打印機原理，用不同材料代替打印機的不同顏料，“打印”多材料的“平面”，通過多材料平面逐層累積構成三維實體，實現多材料的快速成型制造。
【文檔編號】B29C67/00GK104494148SQ201410673787
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】王京春, 劉慶萍, 吳悅, 趙徹, 劉海潮, 任露泉 申請人:吉林大學