利用三维物体打印的深度来形成随着观察角度和照明角度而改变的颜色制造技术

本发明专利技术涉及一种三维打印物体，包括一起限定物体的表面区域的多个不同的材料区域。多个不同的材料区域包括第一材料区域和第二材料区域。第一材料区域具有第一颜色，第二材料区域具有不同于第一颜色的第二颜色。不同的材料区域在物体内从不同方向来看彼此重叠不同的量，使得来自多个不同材料区域的不同比例的光对于从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同角度照亮表面区域的照明观察三维打印物体的表面区域的观察者来说是可见的。基于来自对观察者可见的多个不同的材料区域的光的比例改变表面区域的着色。

Using the depth of 3D object printing to form a color changing with viewing angle and illumination angle

The present invention relates to a three-dimensional printing object, including a plurality of different material regions that define the surface area of an object. A plurality of different material regions include the first material region and the second material region. The first material region has a first color, and the second material region has a second color different from the first color. Different material regions in the object from different directions of view overlap with each other in different amounts, the different proportion from different material regions of light is visible from the viewing direction for different observation angles and observe the surface area of 3D printed objects to illuminate the surface area of different angle lighting observer. Change the color of the surface region based on the ratio of light from the different regions of the material visible to the observer.

【技术实现步骤摘要】
利用三维物体打印的深度来形成随着观察角度和照明角度而改变的颜色
本公开大致涉及三维物体打印，并且具体地涉及利用基于观察和照明角度和方向而变化的颜色打印三维物体。
技术介绍
各种技术已被用于形成具有虹彩表面的物体，即看上去随着表面的观察角度或照明角度的改变而变化颜色的表面。在一个示例中，布置在表面上的衍射光栅用于反射或透射入射光的不同部分。不同的光部分被视为随着入射角的改变而变化的图像的视野。在另一个示例中，多个图像在表面上被分成相互交织的条带，并且利用双面凸透镜覆盖。透镜与交织的图像对准，使得来自每个单独图像的光沿同一相应的方向被发出。该结构向观察者展示了在不同观察角度上的不同的图像。在另一个示例中，表面的区域被压花以具有沿相应方向的周期变化。区域利用与周期性变化匹配的变化着色，以使得观察角度的改变能够隐藏、淡化或加亮颜色中的一个或多个。在比如为上述示例的物体上形成虹彩表面的已知技术大致包括仅在单个观察轴线上改变颜色的区域。例如，图像可以随着观察者的目光的左右移动而变化，但当目光上下移动或远近移动或当目光旋转时不发生改变。在另一个示例中，比如为珠母般颜料的虹彩颜料基于视角而改变颜色，但以与观察方向无关的相同方式改变。另外，虹彩表面一般需要构造表面，例如衍射光栅、双面凸透镜或压花脊，或在可获得什么颜色改变方面受到限制。这些构造表面增加了形成虹彩表面的费用和复杂性，并且产生易受破坏的表面，这种破坏能够与表面的预定着色相干扰。另外，这些结构形成在具有沿着一个以上轴线改变颜色的非平面或不规则形状的三维打印物体上是不切实际或不可能的。数字三维物体制造，又被称为数字辅助制造，其为由数字模型制造实际任何形状的三维实体物体的过程。三维物体打印是连续材料层以不同形状形成在基材上的辅助过程。可以通过喷射粘合材料、定向能量沉积、挤压材料、喷射材料、熔融粉末层、层压片材或将液体光聚合物材料暴露于固化辐射形成层。层形成其上的基材支承在可以通过操作地连接至平台的致动器的操作而三维地运动的平台上，或者材料沉积装置操作地连接至一个或更多个致动器，用于控制沉积装置的运动以产生形成物体的层。三维物体打印区别于传统物体成形技术，传统成形技术大多数依靠通过减材处理比如切割或钻削从工件去除材料。还已经研发出用于为三维打印物体的表面着色的技术，包括在物体已被打印之后施加着色，以及由具有不同颜色的不同材料打印物体。然而，三维打印尚未被用于形成虹彩物体。因此，制造具有当以不同角度和方向观察以及利用来自不同角度的光照亮时发生改变的颜色的表面的三维物体的增材制造工艺将是有益的。
技术实现思路
为了便于具有虹彩的物体特别是具有不规则形状和表面的虹彩三维物体的三维打印，根据本公开的三维物体包括一起限定三维打印物体的表面区域的多个不同的材料区域。多个不同的区域包括具有第一颜色的第一材料区域和具有不同于第一颜色的第二颜色的第二材料区域。不同的材料区域从不同方向来看彼此重叠不同的量，以使来自多个不同材料区域的不同比例的光对于从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同角度照亮表面区域的照明观察三维打印物体的表面区域的观察者来说是可见的。多个不同的材料区域的布置还能够基于对观察者可见的来自多个不同的材料区域的光的比例改变三维打印物体的表面区域的着色。根据本公开的示例性系统构造成修改用于打印三维物体的三维数据，使得三维物体具有包括从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同角度照亮表面区域观察表面区域的观察者来说可见的不同的颜色布置的表面区域。系统包括存储器、输入装置、处理器和输出装置。用于操作打印机以打印三维物体的三维数据存储在存储器中。输入装置构造成接收对应于用于三维物体的表面区域的至少两个不同的颜色布置的数据以及对应于指定给每个不同的颜色布置的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者的数据。处理器配置有存储在存储器中的程序指令，这些程序指令使得处理器能够修改三维数据，以便操作三维物体打印机而使三维物体形成有对于从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同角度照亮表面区域的照明观察表面区域的观察者可见的不同的颜色布置。处理器由此构造成根据对应于三维物体的表面区域的几何形状的三维数据的一部分、通过输入装置接收的对应于用于表面区域的至少两个不同的颜色布置的数据以及通过输入装置接收的对应于指定给每个不同的颜色布置的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者的数据生成用于三维物体的表面区域的颜色变化映射图。该处理器产生三维物体的模型，该模型包括对应于一起限定模型的模型表面区域的以及从不同的方向来看重叠不同的量多个不同的材料区域的数据，以便能够识别来自对从不同的观察角度、不同的观察方向以及以不同的角度照亮模型表面区域的照明观察模型表面区域的观察者来说可见的不同的材料区域的不同比例的光。该处理器根据对应于指定给每个不同的颜色布置的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者的数据仿真观察模型表面区域的观察者的视角，并且根据所仿真的观察者的视角识别来自对于从指定给每个不同的颜色布置的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者观察的观察者可见的不同的材料区域的不同比例的光。处理器根据所识别的来自对观察者可见的每个材料区域的光的比例产生模型表面区域的颜色变化映射图，并且将所产生模型表面区域的颜色变化映射图与所产生的用于三维物体的表面区域的颜色变化映射图相比较，以便测量所产生的模型表面区域的颜色变化映射图与所产生的三维物体的表面区域的颜色变化映射图之间的色调和色位中的至少一者的相似度。处理器响应于在指定的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者上测量相似度小于预定阈值产生三维物体的模型，并且继续对观察模型表面区域的观察者进行仿真、对光的比例进行识别、生成模型表面区域的颜色变化映射图、对比模型表面区域的所生产的颜色变化映射图与用于三维物体的表面区域的所产生的颜色变化映射图以及根据测量的相似度生成三维物体的模型，直到所产生的用于三维物体的表面区域的颜色变化映射图与所产生的模型表面区域的颜色变化映射图之间的测量的相似度在指定的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者上大于预定阈值。一旦测量的相似度大于预定阈值，处理器根据所产生的在指定观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者上具有大于预定阈值的测量相似度的三维物体的模型修改用于打印三维物体的三维数据，并且将修改的三维数据传输至三维物体打印机，以使打印机能够生产具有表面区域的三维物体，所述表面区域具有对从指定给每个不同的颜色布置的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者观察表面区域的观察者来说可见的至少两个不同的颜色布置。根据本公开的用于操作三维物体打印机以打印虹彩三维物体的示例性方法包括利用控制器操作三维打印机的多个喷射器，以形成一起限定三维打印物体的表面区域的多个不同的材料区域。操作喷射器以形成多个不同的材料区域包括操作第一子组多个喷射器，第一子组多个喷射器喷射具有第一颜色的材料液滴以形成第一颜色的第一材料区域，以及操作第二子组多个喷射器，第二子组多个喷射器喷射具有不同于第一颜色的第二颜色的材料液滴以形成第二颜色的第二材料区域。多个不同的材料区域从不同方向来看彼此重叠不同的量，以使来自多个不同材料区域的不同比例的光对于从不同的观察方向、不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印物体，包括：多个不同的材料区域，所述多个不同的材料区域一起限定三维打印物体的表面区域，所述多个不同的材料区域包括：第一材料区域，所述第一材料区域具有第一颜色；以及第二材料区域，所述第二材料区域具有不同于所述第一颜色的第二颜色，所述不同的材料区域从不同方向观察彼此重叠不同的量，以使来自多个不同的材料区域的不同比例的光能够对从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同的角度照亮所述表面区域的照明中的至少一者观察所述三维打印物体的所述表面区域的观察者可见，以及使得所述三维打印物体的所述表面区域的着色能够基于来自观察者可见的所述多个不同的材料区域的光的比例而改变。

【技术特征摘要】
2016.04.18 US 15/1318191.一种三维打印物体，包括：多个不同的材料区域，所述多个不同的材料区域一起限定三维打印物体的表面区域，所述多个不同的材料区域包括：第一材料区域，所述第一材料区域具有第一颜色；以及第二材料区域，所述第二材料区域具有不同于所述第一颜色的第二颜色，所述不同的材料区域从不同方向观察彼此重叠不同的量，以使来自多个不同的材料区域的不同比例的光能够对从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同的角度照亮所述表面区域的照明中的至少一者观察所述三维打印物体的所述表面区域的观察者可见，以及使得所述三维打印物体的所述表面区域的着色能够基于来自观察者可见的所述多个不同的材料区域的光的比例而改变。2.根据权利要求1所述的三维打印物体，其中，所述第二材料区域和所述第一材料区域处于与所述表面区域的表面不同的距离处。3.根据权利要求1所述的三维打印物体，还包括：基体，所述多个不同的材料区域由所述基体支承；以及另一组多个不同的材料区域，所述另一组多个不同的材料区域一起限定所述三维打印物体的背对所述表面区域的表面的另一个表面区域，使得所述多个材料区域和另一组多个不同的材料区域通过所述基体分离，所述另一组多个不同的材料区域包括：第八材料区域，所述第八材料区域具有第五颜色；和第九材料区域，所述第九材料区域具有不同于所述第五颜色的第六颜色，所述不同的材料区域从不同方向观察彼此重叠不同的量，以使来自另一组多个不同的材料区域的不同比例的光对于从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同角度照亮所述表面照明中的至少一个观察所述三维打印物体的另一个表面区域的观察者是可见的，以及所述三维打印物体的另一个表面区域的着色，所述着色基于对所述观察者可见的来自另一组多个不同的材料区域的光的比例改变。4.根据权利要求1所述的三维打印物体，所述多个不同的材料区域还包括：第三材料区域，所述第三材料区域至少局部透明，所述第三区域封装所述多个不同的材料区域的其余区域。5.一种操作打印机以产生三维打印物体的方法，包括：利用控制器操作多个喷射器以形成多个不同的材料区域，所述多个不同的材料区域一起限定所述三维打印物体的表面区域，操作所述喷射器以形成所述多个不同的材料区域包括：操作第一子组多个喷射器，所述第一子组多个喷射器喷射具有第一颜色的材料液滴以形成第一颜色的第一材料区域；以及操作第二子组多个喷射器，所述第二子组多个喷射器喷射具有不同于所述第一颜色的第二颜色的材料液滴，以形成所述第二颜色的第二材料区域，所述多个不同的材料区域从不同方向观察彼此重叠不同的量，以使来自多个不同的材料区域的不同比例的光能够对从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同的角度照亮所述表面区域的照明中的至少一者观察所述三维打印物体的所述表面区域的观察者可见，以及使得所述三维打印物体的所述表面区域的着色能够基于来自对观察者可见的所述第一材料区域和第二材料区域的光的比例而改变。6.根据权利要求5所述的方法，其中，第二着色材料区域和第一着色材料区域处于与所述表面区域的表面不同的距离处。7.一种操作三维物体打印机以生产三维打印物体的方法，所述三维打印物体具有包括对从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同的角度照亮所述表面区域的照明观察所述表面区域的观察者可见的不同的颜色布置的表面区域，所述方法包括：提供三维数据，所述三维数据限定所述三维打印物体的表面区域的几何形状、用于所述表面区域的至少两个不同的颜色布置以及指定给每个不同的颜色布置的观察方向、观察角度和照射角度中的至少一者；生成所述三维打印物体的模型，所述模型包括对应于多个不同的材料区域的数据，多个不同的材料区域一起限定所述模型的模型表面区域以及从不同的方向观察重叠不同的量，以使来自所述多个不同的材料区域的不同比例的光对于从不同的观察方向、不同的观察角度以及以不同的角度照亮所述表面区域的照明中的至少一者观察所述模型表面区域的观察者可见，使得从由所述三维数据限定的所述观察方向、观察角度以及照射角度观察的所述模型表面区域的着色对应于所述观察方向、观察角度和照射角度所指定的所述至少两...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·曼特尔，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US