3D打印机制作彩色物体的方法

摘要

本发明提供一种3D打印机制作彩色物体的方法，该方法具有如下特征：对于彩色物体的每一层横截面，设计一个内轮廓线，按下方式得到：将一个固定的假想点光源投射到横截面外轮廓线上，记各投射光线与外轮廓线的交角为θ；将各投射光线向外轮廓线内层延伸一段距离，形成延长光线，该段距离为kθ+b；连接各延长光线的端部，形成内轮廓线；在3D打印机打印时，对于各层横截面，使外轮廓线和内轮廓线之间的那段延长光线所经过的路径具有相同的颜色；对于未被假想点光源照射到的外轮廓线部分，其表面各点的颜色沿法线向内侧深入距离b。该方法制作出的彩色物体，具有自然连续的光影效果，并且具有通透之感，更具真实感，大幅提升其表现力。

权利要求

1.一种3D打印机制作彩色物体的方法，该3D打印机制作彩色物体的方法具有如下特征：对于彩色物体的每一层横截面，设计一个内轮廓线（C2），所述内轮廓线（C2）按如下方式得到：将一个固定的假想点光源（P）投射到所述横截面的外轮廓线（C1）上，记各投射光线与所述外轮廓线（C1）的交角为θ，其中0≤θ≤π/2；将各所述投射光线向外轮廓线内层延伸一段距离L，形成延长光线，该段距离为kθ+b，其中k、b为正数；连接各延长光线的端部，形成一条连接曲线，构成所述内轮廓线（C2）；在3D打印机打印时，对于彩色物体的各层横截面，使外轮廓线（C1）和内轮廓线（C2）之间的那段延长光线所经过的路径具有相同的颜色，该相同的颜色即为该段延长光线所经过的外轮廓线上的点的颜色；对于未被所述假想点光源（P）照射到的外轮廓线（C1）部分，其表面各点的颜色沿法线向内侧深入距离b。

2.根据权利要求1所述的3D打印机制作彩色物体的方法，其特征在于：所述彩色物体的基材为透明树脂，颜色由液体颜料掺入透明树脂形成；制作时，在彩色物体（1）的内部打印出空腔（10）；所述空腔内设置白色光源（2）。

3.根据权利要求2所述的3D打印机制作彩色物体的方法，其特征在于：所述白色光源（2）由白色荧光体构成，所述彩色物体（1）上至少设有一处通光部分，使外界的光照可以照射到所述荧光体。

4.根据权利要求3所述的3D打印机制作彩色物体的方法，其特征在于：所述白色荧光体为荧光球，且其半个球面镀制一层镜面膜（21）；所述荧光球的重心处于所述镜面膜（21）的中心与球心的连线上；所述荧光球设于一个透明球壳（3）内，且该透明球壳（3）内注满水体，使该荧光球可在透明球壳内自由旋转；所述彩色物体（1）上的通光部分朝下；且所述空腔（10）的顶部制有可将荧光球的出射光射向空腔侧壁的反射面（4）。

说明书

3D打印机制作彩色物体的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及机械加工领域，特别地，是一种3D打印机制作彩色物体的方法。

背景技术

[0002] 目前，对于各种实体艺术模型，由于曲面复杂，制作时，3D打印机为首选；而在制作彩色物体时，无论是否采用3D打印机，目前采用的方法是，直接在模型表面着色，如要表现出光影效果，则需要调制明暗渐变的色彩，制作于模型表面；该方式制作彩色物体时，不仅需要种类较多的颜料，并且调色过程麻烦，色彩效果较为有限，所成的颜色对于明暗渐变的表现力类似油画，过渡较为粗犷；另一方面，模型表面的色彩完全无法展现物体的内蕴，对于一些需要展现丰盈通透的表面，完全难以胜任，如，人偶的肌肤部分，无法表现出真实感。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种3D打印机制作彩色物体的方法，该方法制作出的彩色物体模型，具有自然连续的光影效果，并且可以使表面色彩表现出通透之感，使物体具有真实感，大幅提升其表现力。

[0004] 本发明实现技术目的所采用的技术方案是：该3D打印机制作彩色物体的方法具有如下特征：对于彩色物体的每一层横截面，设计一个内轮廓线，所述内轮廓线按如下方式得到：将一个固定的假想点光源投射到所述横截面的外轮廓线上，记各投射光线与所述外轮廓线的交角为θ（0≤θ≤π/2）； 将各所述投射光线向外轮廓线内层延伸一段距离，形成延长光线，该段距离为kθ+b（k、b为正数）；连接各延长光线的端部，形成一条连接曲线，构成所述内轮廓线；在3D打印机打印时，对于彩色物体的各层横截面，使外轮廓线和内轮廓线之间的那段延长光线所经过的路径具有相同的颜色，该相同的颜色即为该段延长光线所经过的外轮廓线上的点的颜色；对于未被所述假想点光源照射到的外轮廓线部分，其表面各点的颜色沿法线向内侧深入距离b。

[0005] 作为优选，所述彩色物体的基材为透明树脂，颜色由液体颜料掺入透明树脂形成；制作时，在彩色物体的内部打印出空腔；所述空腔内设置白色光源。进一步地，所述白色光源由白色荧光体构成，所述彩色物体上至少设有一处通光部分，使外界的光照可以照射到所述荧光体。更进一步地，所述白色荧光体为荧光球，且其半个球面镀制一层镜面膜；所述荧光球的重心处于所述镜面膜的中心与球心的连线上；所述荧光球设于一个透明球壳内，且该透明球壳内注满水体，使该荧光球可在透明球壳内自由旋转；所述彩色物体上的通光部分朝下；且所述空腔的顶部制有可将荧光球的出射光射向空腔侧壁的反射面。

[0006] 本发明的有益效果在于：该方法在制作彩色物体时，设计了一个假想点光源，使彩色物体表面与该假想点光源的投影光线越接近于正交（θ接近于π/2）的地方，颜色具有越深的深度，而彩色物体表面与该假想点光源的投影光线越接近于相切（θ接近于0）的地方，颜色具有越浅的深度；则成型后的彩色物体，从外观效果看，各部分颜色具有连续变化的深度，不仅具有由外而内的丰盈通透之感，并且可以表现出受点光源照射的自然光影效果，其真实感十分强烈，具有优越的表现力。

附图说明

[0007] 图1是采用本3D打印机制作彩色物体的方法打印一个彩色物体的横截面的示意图。

[0008] 图2是由本3D打印机制作彩色物体的方法制作的一个彩色物体的内部实施例示意图。

具体实施方式

[0009] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

[0010] 本3D打印机制作彩色物体的方法具有如下特征：对于彩色物体的每一层横截面，如图1所示，设计一个内轮廓线C2，所述内轮廓线C2按如下方式得到：将一个固定的假想点光源P投射到所述横截面的外轮廓线C1上，记各虚线所示的投射光线与所述外轮廓线C1的交角为θ，所述交角指投影光线与外轮廓线的切线的交角，0≤θ≤π/2； 将各所述投射光线向外轮廓线内层延伸一段距离L，形成延长光线，该段距离为kθ+b，k、b为正数，且均为长度纲量；连接各延长光线的端部，形成一条连接曲线，构成所述内轮廓线C2；在3D打印机打印时，对于彩色物体的各层横截面，使外轮廓线C1和内轮廓线C2之间的那段延长光线所经过的路径具有相同的颜色，亦即距离L所对应的路径具有相同的颜色，该相同的颜色即为该段延长光线所经过的外轮廓线C1上的点PX的颜色；对于未被所述假想点光源P照射到的外轮廓线C1部分，其表面各点的颜色沿法线向内侧深入距离b；即，如图1所示，直线l1为外轮廓线C1上点PX1的法线，该法线与内外轮廓线分别交于点PX1、点PX2，则线段PX1-PX2所对应的路径具有相同的颜色，即同为点PX1的颜色。

[0011] 为了使光线可以半透于彩色物体内外，所述彩色物体的基材采用透明树脂，颜色由液体颜料掺入透明树脂形成。另外，还在彩色物体的内部打印出空腔10；所述空腔10内设置白色光源2。

[0012] 对于彩色物体的一个具体内部实施例，如图2所示，所述白色光源2由白色荧光体构成，所述彩色物体1上设有一处朝下的通光部分，本实施例中，通光部分即为空腔10，其下方可以由透明树脂填充（图2中未示出），使外界的光照可以照射到所述荧光体。所述白色荧光体为荧光球，且其半个球面镀制一层镜面膜21；所述荧光球的重心处于所述镜面膜21的中心与球心的连线上；所述荧光球设于一个透明球壳3内，且该透明球壳3内注满水体，使该荧光球可在透明球壳3内自由旋转；且所述空腔10的顶部制有可将荧光球的出射光射向空腔侧壁的反射面4。对于图2所示的实施例，将彩色物体1翻过来，使通光部分朝上时，所述荧光球在重力作用下，使其没有镜面膜21的一面朝上，从而可以采用外部光源对荧光球储能；储能完毕后，将彩色物体1正常摆设于桌面，则荧光球又在重力作用下使镜面膜21朝下，恰将下方的通光部分挡住，从而使荧光球的光能只能照向所述反射面4，再由反射面4射向所述空腔10的侧壁；从而使荧光球所存储的光能可以长时间地为彩色物体1的内部提供照明。
在彩色物体1的内部实现照明的情形下，物体可呈现内外通透之感，且可以充分表现出物体各部分颜色的深浅，即形成连续的光影效果，使彩色物体的真实感显著提高。

[0013] 本方法在制作彩色物体时，设计了一个假想点光源P，使彩色物体表面与该假想点光源P的投影光线越接近于正交（θ接近于π/2）的地方，颜色具有越深的深度，而彩色物体表面与该假想点光源的投影光线越接近于相切（θ接近于0）的地方，颜色具有越浅的深度；这正符合光线照射到人体皮肤表面时所表现的效果，即光照越强（光照越正），则可以看到的内部血色越深，光照越弱（光照越偏），则只能看到表面颜色。考虑到在正常光照条件下，彩色物体各部分所受到的光照强度相当，因此，通过设计颜色的深度，即可表现出具有假想点光源照射的光影效果，从而提高物体的艺术表现力。

[0014] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。