3D打印领域有三个明显的趋势,一是以美国惠普、日本佳能为首的二维打印机厂商纷纷进入到3D打印设备市场,通常是进入到塑料领域的3D打印;二是以德国德马吉森精机、德国通快为首的传统CNC机床厂商纷纷进入到3D打印领域,通常是进入到金属领域的3D打印;三是颠覆性的高科技创业,尤其是以Carbon、Desktop Metal这类的企业,创始人以学院派为主,并且在产品未正式诞生之处就吸引了上亿美金的投资资金而刷新业界视线。
MIMAKI公司远不是最出名、更不是最大的大幅面打印机生产厂家,总部坐落于日本距东京大约1小时新干线路程的长野县一隅(距东京大约200公里),相对于IT业巨无霸惠普、佳能这样的同行,他至多只能算是一个地方小企业而已。但MIMAKI的技术很特别,在大幅面喷绘机、雕刻机、工业用大平台雕刻机、印染打样机、平台喷绘机等方面独树一帜。如今,MIMAKI又推出了逼真彩色的LED光固化3D打印解决方案。成为二维打印机厂商挺进三维打印领域的又一家特色企业。
MIMAKI声称他们的3DUJ-553 UV LED3D打印解决方案是世界上第一台有超过1000万种颜色的3D打印机,能够生产颜色逼真的标志、原型、零件、产品,从而消除了费时费力地手工绘制3D打印产品的必要。
根据Mimaki,这款设备的推出主要针对市场上色彩和去支撑两大痛点。色彩方面,通常市面上的3D打印设备难以以逼真的色彩生产产品。这通常要求打印完成后通过手绘或机器喷涂的过程,这是耗时而昂贵的。其次,大多数3D打印对象在打印完成后都需要去除稳定的支撑结构。这既需要时间又带来风险。
Mimaki的3DUJ-553 3D打印设备可以以打印照片的色彩来实现3D打印,色彩的选择包括1000万种不同的颜色。此外,水溶性支撑材料可以很容易地被洗掉而不会损坏产品。这使得这款3D打印设备适合用于教育、医疗、制造业、建筑业等领域。
具体来说,Mimaki实现超过1000万种颜色的3D打印要归功其独特的UV LED固化方法。3DUJ-553的彩色打印不仅意味着打印结果的全彩特点,也允许通过开发的模拟配置文件在PC显示器上准确地观看颜色。
3DUJ-553所使用的光敏树脂含有丙烯酸树脂成分,生产的产品硬度相当于ABS树脂。这意味着3D打印的产品不需要额外的保护措施,即便通过螺钉连接零件也不会损坏产品。此外,这种树脂还具有耐候性,表面光滑的特点。
3DUJ-553采用水溶性支撑结构可以很容易地被水冲洗掉。这样对于3D打印非常精细的物体就具备了明显的优势,轻易地就可以去除支撑材料,而不需要像其他3D打印过程那样通过切割或刮除的方法去除支撑材料。
关于彩色3D打印,2015年来自德国Fraunhofer计算机图形研究所的研究人员Alan Brunton及其同事发表了一篇题为《推进3D彩色打印的边界:误差扩散与半透明材质(Pushing the Limits of 3-D Color Printing: Error Diffusion with Translucent Materials)》的论文,描述了一种能够生成高度清晰和相当准确的彩色3D打印对象的算法过程,根据这种算法3D打印出来的对象相当的逼真。
研究人员充分利用了几十年来学术界对于彩色成像、色彩管理和2D彩色打印的知识成果,以最大限度地提高质量和充分挖掘高分辨率多材料3D打印机的功能,并将其变为现实。他们的研究专注于“体素化”的喷墨三维打印。类似于二维图片的像素由一个点所蕴含的颜色来计算,可以将其理解为由单个喷墨液滴来表示的一个3D像素。对于喷墨技术来说,全彩3D打印的难度在于,就算只有1立方厘米大小的一个3D打印对象,也包括了大约1800万滴的树脂。所以对于控制算法来说,这是一个非常巨大的体素数量,因此对于大多数彩色喷墨的3D打印来说,它们的色彩精度并不是最佳的。
科学家们的研究通过非常精准地控制体素的颜色把技术向前推进了一步,他们在这一过程中把树脂的透明度也考虑了进去。这是很有必要的,因为现在大多数的树脂都具有一定程度的透光性。这也意味着,在3D打印时,从对象物体内部的颜色也将对其表面呈现出来的色彩产生重要的影响。他们提出了一种几何自适应性误差扩散半色调算法(geometry-adaptive error diffusion halftoning algorithm):
- 表面体素展现的遍历算法,将各向异性误差扩散过滤器以一个一致化的方式映射在二维表面,而且只需要局部信息即可做到。 - 分层半色调算法,它将遍历算法与任意二维误差扩散算法结合了起来,并能适应的材料的半透明性或通过改变层数来增加色域。
除了Fraunhofer的“体素化”的喷墨三维打印,三星公司也在2015年获得了其彩色3D打印的专利。
三星公司的专利所描述的内容包括一台专有的3D打印机、一种控制打印机的方法、彩色光固化墨水和抗互渗色剂。该打印机有几个水箱包含彩色墨水和防渗剂。每种材料都有一个对应的打印头,在上述打印头上还连接着一种光敏引发器用于在打印过程中固化这些材料。三星的解决方案是一个连续的多色3D打印工艺。
来源:3D科学谷 延伸阅读:
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