喷墨位置调整方法以及立体打印设备
阅读说明：本技术 喷墨位置调整方法以及立体打印设备 (Ink jet position adjusting method and three-dimensional printing apparatus ) 是由 施可葳 谢欣达 黄郁庭 袁国砚 于 2018-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种喷墨位置调整方法以及立体打印设备。所述喷墨位置调整方法包括：获取立体数字模型,对立体数字模型进行切层处理而产生具有截面轮廓的切层物件；自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的法线方向；当法线方向指向第一轴向的负方向时,获取切层物件所对应的物件表面的表面倾斜程度,并依据表面倾斜程度计算切层物件的喷墨位置的内缩量；依据内缩量与截面轮廓获取切层物件的喷墨范围；以及在控制打印模块打印切层物件之后,依据喷墨范围而控制喷墨模块朝切层物件。(The invention provides an ink jet position adjusting method and a three-dimensional printing device. The ink ejection position adjustment method includes: obtaining a three-dimensional digital model, and performing layer cutting processing on the three-dimensional digital model to generate a layer cutting object with a cross section outline; acquiring the normal direction of the surface of the object corresponding to the layer-cutting object by using the stereo digital model; when the normal direction points to the negative direction of the first axial direction, the surface inclination degree of the surface of the object corresponding to the layer cutting object is obtained, and the retraction amount of the ink jet position of the layer cutting object is calculated according to the surface inclination degree; acquiring the ink jet range of the layer cutting object according to the retraction amount and the section profile; and after controlling the printing module to print the layer cutting object, controlling the ink jet module to face the layer cutting object according to the ink jet range.)
技术领域
本发明涉及一种立体打印的喷墨技术，尤其涉及一种喷墨位置调整方法以及立体打印设备。
背景技术
随着电脑辅助制造(Computer-Aided Manufacturing，CAM)的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping，RP)技术的统称，其基本原理都是于打印平台上叠层制造，由快速原型机在水平平面内经由扫描形式于打印平台上依序打印多层切层物件，以使这些切层物件可堆叠形成立体打印物件。以熔融沉积造型(fused deposition modeling，FDM)技术为例，其将成型材料制作成线材，并将成型材料加热熔融后依据所需形状/轮廓在成型平台上逐层堆叠构成立体物件。
因应彩色立体打印的需求，目前的立体打印技术还包括可对打印中的立体打印物件执行喷墨操作。也就是说，当立体打印装置打印这些切层物件时，立体打印装置可同时针对每一层切层物件进行上色，从而制作出彩色的立体物件。于一种彩色立体打印技术中，立体打印装置系依据预设喷墨宽度对各个切层物件的轮廓边缘进行上色，使立体物件的表面呈现色彩。具体而言，当立体打印装置执行喷墨操作时，喷墨头将涂布墨水于切层物件的上表面的边缘部位。
理想上，喷墨头所喷出的墨水将完全落在切层物件的上表面上。然而，当一切层物件的边缘部位处于悬空状态时，下方无支撑的边缘部位将有轻微垮塌的现象，致使成型后的实际物件边缘与理想中的物件边缘发生落差。在此状况下，由于喷墨头的喷墨范围是基于预设喷墨宽度与切层物件的截面轮廓决定，且物件边缘发生垮塌是处理软件预期外的事件，因此基于未考量垮塌的喷墨范围而喷洒出来的墨水可能不完全落在切层物件上，而有墨水外洒于平台或下方物件上的现象发生。图1示出对切层物件的边缘部位进行喷墨操作的范例。如图1所示，当切层物件L1的边缘部位处于悬空状态时，边缘部位11会有轻微垮塌的现象，使得成型后的实际物件边缘E1与理想中的物件边缘E2发生落差。于是，喷墨头12基于预设喷墨宽度Wk与理想中的物件边缘E2进行喷洒的墨水将外洒而污染打印中的立体物件或平台。据此，如何设计出一种较佳的彩色立体打印方式，便成为相关技术人员所需思考的议题之一。
发明内容
本发明提出一种喷墨位置调整方法以及立体打印设备，可依据切层物件所对应的表面倾斜程度调整喷墨位置，以避免墨水外洒的现象发生。
本发明实施例提供一种喷墨位置调整方法，适用于打印彩色立体物件。所述喷墨位置调整方法包括：获取立体数字模型，对立体数字模型进行切层处理而产生具有截面轮廓的切层物件；自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的法线方向；当法线方向指向第一轴向的负方向时，自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的表面倾斜程度，并依据切层物件所对应的表面倾斜程度计算切层物件的喷墨位置的内缩量；依据内缩量与截面轮廓获取切层物件的喷墨范围；以及在控制打印模块打印切层物件之后，依据喷墨范围而控制喷墨模块朝切层物件且沿截面轮廓进行喷墨。
在本发明的一实施例中，其中自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的法线方向的步骤包括：自立体数字模型获取切层物件所对应的至少一多边形网格单元；以及获取至少一多边形网格单元的法向量，其中法向量指向立体数字模型的外部。
在本发明的一实施例中，其中所述方法还包括：判断法线方向是否指向第一轴向的负方向，其中第一轴向垂直于水平面。
在本发明的一实施例中，其中当法线方向指向第一轴向的负方向时，自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的表面倾斜程度，并依据切层物件所对应的表面倾斜程度计算切层物件的喷墨位置的内缩量的步骤包括：计算至少一多边形网格单元与水平面之间的至少一夹角，以代表表面倾斜程度；以及依据至少一夹角与预设内缩量计算出切层物件的喷墨位置的内缩量。
在本发明的一实施例中，其中依据至少一夹角与预设内缩量计算出切层物件的喷墨位置的内缩量的步骤包括：计算至少一夹角的余弦值、关联于参考角度的预设内缩量与调整参数的乘积，以取得内缩量。
在本发明的一实施例中，其中所述调整参数为参考角度的余弦值的倒数，而参考角度介于0至90度之间。
在本发明的一实施例中，其中至少一多边形网格单元包括第一多边形网格单元与第二多边形网格单元，而计算至少一多边形网格单元与水平面之间的该至少一夹角的步骤包括：计算第一多边形网格单元与水平面之间的第一夹角，并计算第二多边形网格单元与水平面之间的第二夹角。
在本发明的一实施例中，其中依据至少一夹角与预设内缩量计算出切层物件的喷墨位置的内缩量的步骤包括：依据第一夹角与预设内缩量计算出内缩量中的第一内缩量：以及依据第二夹角与预设内缩量计算出内缩量中的第二内缩量。
在本发明的一实施例中，其中依据内缩量与截面轮廓获取切层物件的喷墨范围包括：依据内缩量、喷墨宽度与截面轮廓产生喷墨图像，其中喷墨图像包括基于内缩量而形成的喷墨范围。
从另一观点来看，本发明实施例提出一种立体打印设备，适用于制作彩色立体物件，其包括打印模块、喷墨模块、存储装置，以及处理装置。打印模块包括打印头，而喷墨模块包括喷墨头。存储装置记录有多个模块，而处理装置耦接存储装置且经配置而执行所述模块以：获取立体数字模型，对立体数字模型进行切层处理而产生具有截面轮廓的切层物件；自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的法线方向；当法线方向指向第一轴向的负方向时，自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的表面倾斜程度，并依据切层物件所对应的表面倾斜程度计算切层物件的喷墨位置的内缩量；依据内缩量与截面轮廓获取切层物件的喷墨范围；以及在控制打印模块打印切层物件之后，依据喷墨范围而控制喷墨模块朝切层物件且沿截面轮廓进行喷墨。
基于上述，本发明实施例的喷墨位置调整方法以及立体打印设备，可依据切层物件所对应的表面倾斜程度来决定喷墨位置的内缩量，并依据内缩量平移原始喷墨位置而产生的新喷墨位置。于是，在打印头打印完切层物件之后，立体打印设备可依据经过调整的喷墨范围控制喷墨模块朝切层物件且沿截面轮廓进行喷墨，此举可避免墨水因为切层物件的边缘垮塌而外洒于位于下方的立体物件上或平台上的情况。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出对切层物件的边缘部位进行喷墨操作的范例；
图2是依照本发明一实施例的立体打印设备的方块图；
图3是依照图2实施例的立体打印设备的示意图；
图4是依照本发明一实施例的喷墨位置调整方法的流程图；
图5A与图5B是本发明一实施例的决定理想喷墨范围的示意图；
图6是本发明一实施例的多边形网格单元与水平面之间的夹角的示意图；
图7是本发明一实施例的喷墨宽度调整方法的流程图。
附图标号说明：
L1、80a、80c、52(1)、52(2)、52(n-1)、52(n)：切层物件
E1：实际物件边缘
E2：理想中的物件边缘
11：边缘部位
12：喷墨头
20：立体打印设备
210：打印模块
220：喷墨模块
230：存储装置
240：处理装置
250：成型平台
210a：打印头
220a：喷墨头
220b：墨水匣
S1：承载面
80：立体物件
F1：成型材
I1：墨水
S401～S405、S701～S708：步骤
51：立体数字模型
T1、T2：表面倾斜程度
F1、F2：原始喷墨范围
F3、F4：新喷墨范围
Img1、Img2：喷墨图像
M1：三角形网格单元
V1、V2、V3：端点
HP：水平面
Ws1、Ws2：内缩量
Ln1：直线
LA、LB：垂线
θ1：夹角
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
图2示出本发明一实施例的立体打印设备的示意图。参考图2，立体打印设备20包括打印模块210、喷墨模块220、存储装置230，以及处理装置240。处理装置240耦接打印模块210、喷墨模块220，以及存储装置230。在本实施例中，处理装置240用以控制打印模块210与喷墨模块220，以执行立体打印操作。
在本实施例中，存储装置230可用以存储数据，其可以是缓冲存储器、内部存储媒体、外接式存储媒体、其他类型存储装置或这些装置的组合。例如，缓冲存储器可包括随机存取存储器、只读存储器或其他类似装置。例如，内部存储媒体可包括硬盘(Hard DiskDrive,HDD)、固态硬盘(Solid State Disk)、快闪(flash)存储装置或其他类似装置。例如，外接式存储媒体可包括外接式硬盘、USB随身盘(USB drive)、云端硬盘或其他类似装置。在一实施例中，存储装置230更可用以存储多个模块，这些模块可以是软件程序，以使处理装置240可读取或执行这些模块，以实现本发明各实施例所述的喷墨位置调整方法。
在本实施例中，处理装置240可包括处理芯片、图像处理芯片，或者例如是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable Logic Device,PLD)、其他类似处理电路或这些装置的组合。
在本实施例中，处理装置240可基于立体数字模型控制打印模块210与喷墨模块220进行立体打印操作以及喷墨操作。举例而言，立体打印操作包括通过打印模块210馈出成型材料于成型平台上。另一方面，喷墨模块220可对成型平台上已固化或固化中的成型材料进行喷墨操作。此外，所属本领域技术人员应当知晓立体打印设备20还可以包括其余用以与打印模块210与喷墨模块220共同完成立体打印操作与喷墨操作的构件(例如，成型平台、供料管线、喷墨管线、打印头连动机构、驱动马达等等)。
值得一提的是，在一实施例中，立体打印设备20可包括电脑主机与具备打印模块210与喷墨模块220的立体打印机，而处理装置240可实施为电脑主机的处理器与立体打印机的处理器和/或控制器。例如，立体打印设备20可以是由笔记本电脑或桌上型电脑与立体打印机而构成，本发明不在此设限。在另一实施例中，立体打印设备20也可以是具备处理立体数字模型的能力的立体打印机，而处理装置240可实施为立体打印机的处理器和/或控制器，本发明不在此设限。
图3是依照图2实施例的立体打印设备的示意图。请参照图3，打印模块210可包括打印头210a，而喷墨模块220可包括喷墨头220a，在此同时提供直角坐标系以便于描述相关构件及其运动状态。成型平台250包括一承载面S1，用以承载打印中的彩色立体物件80。成型平台250设置于打印头210a与喷墨头220a的下方。
详细而言，在本实施例中，处理装置240可获取一立体数字模型，其中立体数字模型符合多边形档案(Polygon File Format，PLY)、STL档案或OBJ档案等等的三维档案格式。在上述三维档案格式中的立体模型是由多个多边形网格单元(Mesh)所组成，并且每一个多边形网格单元是由多个端点而构成，其中这些端点各别具有不同坐标。在本实施例中，处理装置240可用以对立体数字模型进行切层处理而获取多个切层物件，以取得各个切层物件的切层信息。上述切层信息包括切层物件的截面轮廓与喷墨范围等等。处理装置240可依据上述切层信息来控制立体打印设备20，以使立体打印设备20逐层产生多个切层物件并逐层上色这些切层物件。
在本实施例中，立体打印设备20以熔融沉积造型(FDM)技术来打印立体物件80。亦即，打印头210a经配置以沿着XY面移动并沿着XY面的法线方向(Z轴向)移动，成型材F1经由供料管线进入打印头210a而受热熔融，再经由打印头210a挤出而逐层成型于成型平台250的承载面S1上而形成多个切层物件(图3系以切层物件80a、80c为例)。如此，逐层成型的切层物件80a、80c在承载面S1上彼此堆叠而形成立体物件80。具体而言，成型材F1可由适用于熔丝制造式(Fused Filament Fabrication,FFF)、熔化压模式(Melted and ExtrusionModeling)等制作方法的热熔性材料所构成，本发明对此不限制。
在本实施例中，喷墨头220a将墨水I1逐层喷涂于各切层物件80a、80c的轮廓边缘部位上，以让墨水I1叠覆于切层物件80a、80c的上表面。因此，喷墨头220a可包括墨水匣220b，其中墨水匣220b用以盛装墨水I1，而喷墨头220a依据处理装置240的控制将墨水匣220b内的墨水I1喷涂至切层物件80a、80c上，以对切层物件80a、80c的边缘部位进行上色。虽然图3仅示出一个墨水匣220b，但本发明并不限制墨水匣的数量与墨水的颜色数量。举例而言，喷墨模块220可包括4个分别呈装不同颜色(例如，黄色(Y)、洋红色(M)、青色(C)、黑色(K))的墨水匣，与对应的4个喷墨头。
如此配置，在打印头210a于成型平台250上方打印切层物件80a后可通过喷墨头220a喷涂墨水于切层物件80a的上表面，以对切层物件80a的边缘部位进行上色。之后，打印头210a于成型平台250上方打印另一层切层物件80c后可通过喷墨头220a喷涂墨水于切层物件80c的上表面，以对切层物件80c的边缘部位进行上色。可知的，通过重复交互执行立体打印操作与喷墨操作，被上色的多个切层物件将依序堆叠而构成彩色立体物件。
需说明的是，于本发明的实施例中，立体打印设备20可依据一预设喷墨宽度对各个切层物件的轮廓边缘进行喷墨操作，使立体物件的表面呈现色彩。详言之，当喷墨模块220对切层物件进行上色时，喷墨模块220是沿着切层物件的截面轮廓而于XY面上移动，以将墨水I1涂布于切层物件的截面外缘。通过对各个切层物件的截面外缘进行上色，使得最终成型的彩色立体物件的外表面可呈现出多样化的色彩。亦即，针对各个切层物件的喷墨范围是基于切层物件的截面轮廓与喷墨宽度而决定。更详细而言，处理装置240可依据切层物件的截面轮廓而预先产生对应至各个切层物件的喷墨图像，以依据这些喷墨图像控制喷墨模块220于XY平面上进行喷墨操作。特别的是，于本发明的实施例中，基于各切层物件的截面轮廓而定的喷墨位置可依据切层物件所对应的表面倾斜程度而平移，且用以平移喷墨位置的内缩量是依据切层物件所对应的表面倾斜程度而决定。
图4是依据本发明一实施例的彩色立体打印方法的流程图。本实施例的方法适用于图2与图3的立体打印设备20，以下即搭配立体打印设备20中的各构件说明本实施例喷墨位置调整方法的详细步骤。
于步骤S401，处理装置240获取立体数字模型，对立体数字模型进行切层处理而产生具有截面轮廓的切层物件。具体而言，立体数字模型(例如STL档案)将经过进一步的编译与计算而转档为用以执行彩色立体打印功能的相关信息。首先，处理装置240对立体数字模型进行切层处理而产生多个切层物件。一般来说，立体数字模型用固定间隔的多个切层平面切割立体数字模型，以提取这些切层物件的截面轮廓。于此，用以切割立体数字模型的切割间隔可视为切层物件的切层厚度。
接着，于步骤S402，处理装置240自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的法线方向。于一实施例中，依据立体数字模型的多边形网格单元的法向量，处理装置240可获取物件表面的法线方向。更进一步而言，处理装置240可自立体数字模型获取切层物件所对应的至少一多边形网格单元，并获取此切层物件所通过的至少一多边形网格单元的法向量。基于STL档的多边形网格单元的定义，多边形网格单元的法向量指向立体数字模型的外部，且多边形网格单元的法向量依据右手定则而定义。
具体而言，在执行切层处理而获取多个切层物件之后，处理装置240可进一步取得此切层物件所对应的多个多边形网格单元，亦即取得与此切层物件的切层平面相交的多边形网格单元，并接着取得切层物件所对应的多边形网格单元的法向量。可知的，当物体表面的法线方向朝下(朝负Z轴方向)时，代表物体表面朝下，而切层物件的边缘部位将处于悬空状态。换言之，为了产生物体表面向下的形状，上层切层物件的边缘将超出下层切层物件的边缘。
因此，于本发明的实施例中，处理装置240更判断物体表面的法线方向是否指向第一轴向(亦即Z轴)的负方向，其中第一轴向垂直于水平面(亦即XY平面)。具体而言，通过判断切层物件所对应的多边形网格单元的法向量的Z轴分量是正或负，处理装置240可判断出物体表面的法线方向是否指向Z轴的负方向。若切层物件所对应的多边形网格单元的法向量的Z轴分量是负，则处理装置240可判断出物体表面的法线方向指向Z轴的负方向。以一个三角型网格单元为例，其三的端点的坐标分别为(-10,10,10)、(10,10,10)、(0,0,0)，则此三角型网格单元的法向量为(0,1,-1)。由于法向量为(0,1,-1)的Z轴分量为负，则处理装置240可判断此三角型网格单元对应的物体表面的法线方向指向Z轴的负方向。
接着，于步骤S403，当法线方向指向第一轴向的负方向时，处理装置240自立体数字模型获取切层物件所对应的物件表面的表面倾斜程度，并依据切层物件所对应的表面倾斜程度计算切层物件的喷墨位置的内缩量。于步骤S404，处理装置240依据内缩量与截面轮廓获取切层物件的喷墨范围。具体而言，处理装置240依据内缩量、喷墨宽度与截面轮廓产生喷墨图像，其中喷墨图像包括基于内缩量而形成的喷墨范围。详细而言，于本发明的实施例中，处理装置240可依据切层物件的截面轮廓与预设喷墨宽度决定原始喷墨范围，此原始喷墨范围将贴合切层处理所产生的切层物件的截面轮廓。当法线方向指向第一轴向的负方向时，在决定切层物件的喷墨位置的内缩量之后，处理装置240依据内缩量调整原始喷墨范围而产生新原始喷墨范围，其中新原始喷墨范围将不再贴合切层处理所产生的切层物件的截面轮廓。
举例而言，请一并参照图5A与图5B，图5A与图5B是本发明一实施例的决定理想喷墨范围的示意图。假设处理装置240获取立体数字模型51，且立体数字模型51为一个球面向下的半球体。处理装置240可先依据同一切层厚度对立体数字模型51进行切层处理而获取多个切层物件52(1)、52(2)、…、52(n-1)、52(n)，其中n为大于0的整数。于是，处理装置240可通过切层处理而获取切层物件52(1)～52(n)的截面轮廓。于本范例中，由于立体数字模型51为一个半球体，因此切层物件52(1)～52(n)的截面轮廓分别为半径不同的圆形轮廓，且同一切层物件的多边型网格单元所对应的表面倾斜程度为一致的。
以切层物件52(2)为例。由于切层物件52(2)所对应的物件表面的法线方向指向第一轴向(Z轴)的负方向，处理装置240将自立体数字模型获取切层物件52(2)所对应的物件表面的表面倾斜程度T1。之后，如图5B所示，处理装置240可依据切层物件52(2)的物件表面所对应的表面倾斜程度T1计算内缩量Ws1。处理装置240依据内缩量Ws1将原始喷墨范围F1(其由各多边型网格单元所对应的原始喷墨分段组成)内移而产生新喷墨范围F2。
另以切层物件52(n-1)为例。由于切层物件52(n-1)所对应的物件表面的法线方向指向第一轴向(Z轴)的负方向，处理装置240将自立体数字模型获取切层物件52(n-1)所对应的物件表面的表面倾斜程度T2。之后，如图5B所示，处理装置240可依据切层物件52(n-1)的物件表面所对应的表面倾斜程度T2计算内缩量Ws2。处理装置240依据内缩量Ws2将原始喷墨范围F3(其由各多边型网格单元所对应的原始喷墨分段组成)内移而产生新喷墨范围F4。
需说明的是，由于切层物件52(2)的物体表面所对应的表面倾斜程度T1与切层物件52(n-1)的物体表面所对应的表面倾斜程度T2彼此相异，因此内缩量Ws1相异于内缩量Ws2。于此，由于切层物件52(n-1)的物体表面所对应的表面倾斜程度T2相较于切层物件52(2)的物体表面所对应的表面倾斜程度T1更为陡峭，因此内缩量Ws2小于内缩量Ws1。亦即，于一实施例中，对于每一层切层物件而言，喷墨位置是否内缩与对应的内缩量是可以个别决定的。
之后，于步骤S405，在控制打印模块210打印切层物件之后，处理装置240依据喷墨范围而控制喷墨模块220朝切层物件且沿截面轮廓进行喷墨。请参照图5B，处理装置240依据内缩量Ws1产生喷墨图像Img1，因此喷墨模块220可依据喷墨图像Img1所记录的喷墨范围F2的像素位置与颜色特征值，而将墨水I1喷涂于切层物件52(2)上。处理装置240依据内缩量Ws2产生喷墨图像Img2，因此喷墨模块220可依据喷墨图像Img2所记录的喷墨范围F4的像素位置与颜色特征值，而将墨水I1喷涂于切层物件52(n-1)上。
然而，图5A与图5B仅为用以示范性说明，并非用以限定本发明。本领域技术人员在参照图5A与图5B的说明之后，而可获致足够的教示、建议推知如何针对其他形状的立体数字模型进行相似的处理。
以下将列举实施例以示范性说明如何取得切层物件所对应的物件表面的表面倾斜程度。于一实施例中，立体数字模型是由多个多边形网格单元(Mesh)所组成，并且每一个多边形网格单元具有多个端点，其中这些端点各别具有不同坐标。举例而言，这些多边形网格单元一般为三角网格单元，其可视为由三个端点而形成的三角面。当执行切层处理时，用以进行切层处理的某一切层平面将通过立体数字模型的部份多边形网格单元，从而提取出切层物件的截面轮廓。于是，于一实施例中，处理装置240可自立体数字模型获取切层物件所对应的至少一多边形网格单元。之后，处理装置240可计算至少一多边形网格单元与水平面之间的至少一夹角，以代表切层物件所对应的表面倾斜程度。具体而言，依据多边形网格单元的端点的坐标，处理装置240可计算出多边形网格单元与水平面之间的夹角。
请参照图6，图6是本发明一实施例的多边形网格单元与水平面之间的夹角的示意图。假设切层物件对应至由端点V1、V2、V3所构成的三角形网格单元M1，处理装置240将计算此三角形网格单元M1与水平面HP之间的夹角，以获取代表物体表面的表面倾斜程度的夹角。水平面HP可视为XY平面。进一步而言，当利用水平面HP进行切层处理时，水平面HP与三角形网格单元M1相交于交点V7与交点V8，而交点V7与交点V8之间的直线Ln1可构成截面轮廓的一部分。三角形网格单元M1与水平面HP之间的夹角θ1即为由顶点V1至两交点V7、V8所构成的三角平面与水平面HP的夹角。三角形网格单元M1与水平面HP之间的夹角θ1可由以下方式求得。过端点V1取得一条与直线Ln1(交点V7与交点V8之间的连线)垂直的垂线LA，而此垂线LA与直线Ln1交于垂足点V9。接着，过垂足点V9取得一条与直线Ln1垂直且位于水平面HP上的另一垂线LB，则夹角θ1可由垂线LA与垂线LB之间的夹角求得。然而，两垂线之间的夹角可包括介于0～90度的第一夹角与介于90～180度的第二夹角，于本发明实施例是皆以介于0～90度的第一夹角作为三角形网格单元M1与水平面HP之间的夹角。需注意的是，处理装置240也可针对同一切层物件计算另一个三角形网格单元与水平面HP之间的夹角，以获取代表物体表面的表面倾斜程度的另一个夹角。亦即，对于同一切层物件而言，此切层物件可对应至多个不同的夹角。换言之，对于同一切层物件而言，由于立体数字模型的形状是不规则的，因此单一切层物件将可能对应至多个不同的表面倾斜程度。
如同前述，当利用水平面HP进行切层处理时，水平面HP与三角形网格单元M1相交于交点V7与交点V8，而交点V7与交点V8之间的直线Ln1为截面轮廓的部分区段。基此，处理装置240可针对对应至三角形网格单元M1的截面轮廓的部分区段计算出内缩量。亦即，由于同一切层平面可通过不同的多个三角形网格单元，因此针对同一切层物件，处理装置240可据以计算出对应至截面轮廓的不同轮廓区段的多个内缩量。
于一实施例中，在获取用以代表表面倾斜程度的至少一夹角之后，处理装置240可依据多边形网格单元与水平面之间的至少一夹角与预设内缩量计算出切层物件的喷墨位置的内缩量。在一实施例中，处理装置240可依据下列公式(1)而计算出切层物件的喷墨位置的内缩量。
Wsiedal＝Wd×cosθxR1 公式(1)
其中，Wsideal代表内缩量，θ代表多边形网格单元与水平面之间的夹角，Wd代表预设内缩量，R1代表调整参数。参照公式(1)，处理装置240计算至少一夹角的余弦值、预设内缩量与调整参数的乘积以取得内缩量。此预设内缩量与调整参数可依据实际需求而设计之。可知的，内缩量将随着多边形网格单元与水平面之间的夹角的减少而增加，内缩量将随着多边形网格单元与水平面之间的夹角的增加而减少。换言之，处理装置240系依据多边形网格单元与水平面之间的夹角来决定对应的内缩量。
此外，于一实施例中，预设内缩量可经配置以对应至一个参考角度，而调整参数可为参考角度的余弦值的倒数，而此参考角度介于0至90度之间。举例而言，假设参考角度为45度，且预设内缩量是对应至45度的参考量，例如是0.5厘米，则公式(1)可进一步设置为公式(2)。
其中，Wsideal代表内缩量，θ代表多边形网格单元与水平面之间的夹角(例如是图6所示的夹角θ1)，Wd代表预设内缩量，θr代表参考角度。在此情况下，依据公式(2)可知，当多边形网格单元与水平面之间的夹角θ等于参考角度(45度)时，处理装置240计算出来的内缩量Wsideal等于预设内缩量Wd。
需说明的是，公式(1)与公式(2)的计算方式仅为本发明的一种实施方式。于其他实施例中，处理装置240例如可基于代表表面倾斜程度的夹角而利用预设的查找表进行查表动作，进而获取对应的内缩量。举例而言，若代表表面倾斜程度的夹角位于一第一预设角度范围内，则处理装置可依据查找表而直接获取对应至第一预设角度范围的内缩量。若代表表面倾斜程度的夹角位于一第二预设角度范围内，则处理装置可依据查找表而直接获取对应至第二预设角度范围的内缩量。于此，第一预设角度范围相异于第二预设角度范围。
此外，基于前述可知，对于形状不规则的立体数字模型而言，同一切层物件也可能对应至不同的表面倾斜程度。亦即，切层物件所对应的多个多边形网格单元与水平面之间的角度并不相同。在此情况下，切层物件所对应的多边形网格单元可包括第一多边形网格单元与第二多边形网格单元。于一实施例中，处理装置240将计算第一多边形网格单元与水平面之间的第一夹角，并计算第二多边形网格单与水平面之间的第二夹角。接着，处理装置240依据第一夹角与预设内缩量计算出内缩量中的第一内缩量，并依据第二夹角与预设内缩量计算出内缩量中的第二内缩量。亦即，对于同一切层物件而言，可能对应至多种不同的内缩量。一般来说，类似体积大小的两立体数字模型，其中较复杂或较不规则的模型会较另一模型具有较多但较小面积的多边形网格单元，即可对应至较多的不同内缩量。
图7是本发明一实施例的喷墨位置调整方法的流程图，其详细实施细节可参照前述图2至图6实施例的说明。请参照图7，于步骤S701，获取立体数字模型，对立体数字模型进行切层处理而产生具有截面轮廓的切层物件。于步骤S702，自立体数字模型获取切层物件所对应的至少一多边形网格单元。于步骤S703，获取至少一多边形网格单元的法向量。于步骤S704，依据至少一多边形网格单元的法向量，判断法线方向是否指向第一轴向的负方向。于步骤S705，当法线方向是否指向第一轴向的负方向，计算至少一多边形网格单元与水平面之间的至少一夹角，以代表表面倾斜程度。于步骤S706，依据至少一夹角与预设内缩量计算出切层物件的喷墨位置的内缩量。于步骤S707，依据内缩量、喷墨宽度与截面轮廓产生喷墨图像，其中喷墨图像包括基于内缩量而形成的喷墨范围。于步骤S708，在控制打印模块打印切层物件之后，依据喷墨范围而控制喷墨模块朝切层物件且沿截面轮廓进行喷墨。
综上所述，本发明实施例的喷墨位置调整方法以及立体打印设备，可依据切层物件所对应的表面倾斜程度来决定喷墨位置的内缩量，并依据内缩量平移原始喷墨位置而产生的新喷墨位置。于是，在打印头打印完切层物件之后，立体打印设备可依据经过调整的喷墨范围控制喷墨模块朝切层物件且沿截面轮廓进行喷墨，此举可避免墨水因为切层物件的边缘垮塌而外洒于位于下方的立体物件上或平台上的情况。因此，本发明的立体打印设备可明显提升彩色立体打印的打印品质。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。