大幅面高精度粘結(jié)劑噴射3D打印的基礎(chǔ)軟件：RIP

南極熊導(dǎo)讀：最近我們發(fā)布的連續(xù)幾篇關(guān)于粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)路線的文章《粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)的關(guān)鍵：粘結(jié)劑體系》、《粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)+金屬注射成型=？》等，引起了業(yè)內(nèi)的強(qiáng)烈反響。從3D打印設(shè)備、粘結(jié)劑體系都做了深度分析。下文是國內(nèi)粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)路線的重要力量——武漢易制科技向南極熊的投稿《大幅面高精度粘結(jié)噴射3D打印的基礎(chǔ)軟件：RIP》，分析這個(gè)技術(shù)體系中的軟件部分。

△粘結(jié)劑噴射金屬3D打印零件的紋路（燒結(jié)后）

粘結(jié)劑噴射3D打�。˙JAM）最終打印的是點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，而要打印的3D模型是基于坐標(biāo)的矢量數(shù)據(jù)，三維CAD模型進(jìn)行切片后，必需將切片數(shù)據(jù)進(jìn)行位圖繪圖得到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，才能發(fā)給打印機(jī)進(jìn)行打印。因此對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行位圖繪圖的質(zhì)量，直接關(guān)系到最終打印成品的精度。RIP（光柵圖像處理器，Raster Image Processor）軟件的核心工作就在于此。通俗地講，它的作用就是把計(jì)算機(jī)制作版面中的各類圖像、圖形和文字等解釋運(yùn)算、轉(zhuǎn)變成可供打印設(shè)備接收并控制機(jī)器打印輸出的光柵點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。RIP軟件在3D打印中的工作流程如下：

RIP軟件對(duì)于彩色打印的重要性不言而喻，即使對(duì)于高精度要求的BJ金屬3D打印機(jī)來說也是至關(guān)重要的，它直接影響噴墨的效果和質(zhì)量。當(dāng)然，對(duì)于普通精度要求的BJ砂型打印機(jī)來說，其RIP算法就簡(jiǎn)單得多。對(duì)于高速高精度BJ金屬打印系統(tǒng)，通常需要采用高分辨率(DPI)繪圖算法實(shí)現(xiàn)位圖繪圖，得到更加精細(xì)的點(diǎn)陣位圖，保證矢量到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)有足夠的精度，但是高精度點(diǎn)整數(shù)據(jù)必然占用大量計(jì)算機(jī)內(nèi)存，特別是大幅面打印機(jī)，通常需要在打印過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行RIP數(shù)據(jù)輸出，才能保證在提供大幅面高精度數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)占用較小的計(jì)算機(jī)內(nèi)存�？梢哉J(rèn)為，不具備在線RIP功能的BJ金屬打印機(jī)，就實(shí)現(xiàn)不了大幅面高精度打印，下面簡(jiǎn)單介紹BJ金屬打印與RIP相關(guān)的主要工作。

1.在線實(shí)時(shí)高精度數(shù)據(jù)處理（RIP）
如果不能在線實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并輸出給打印機(jī)進(jìn)行打印，而是采用第三方RIP軟件進(jìn)行圖形處理，通常需要保存為位圖。當(dāng)打印幅面大，位圖分辨率高（如大于720DPI）時(shí)，數(shù)據(jù)占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存很容易超過1G以上，有甚至?xí)�直接造成�?jì)算機(jī)崩潰。因此需要在打印機(jī)工作時(shí)在線實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（RIP），既保證較小的計(jì)算機(jī)內(nèi)存占用，又能輸出高精度打印數(shù)據(jù)。

2.全映射無損布點(diǎn)
根據(jù)CAD模型切片矢量數(shù)據(jù)繪制的高精度位圖，在轉(zhuǎn)換為噴頭能識(shí)別的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)中，必須保證數(shù)據(jù)完全一一對(duì)應(yīng)，否則打印出的實(shí)物就會(huì)發(fā)生尺寸偏差，造成尺寸錯(cuò)誤或精度偏差。需要開發(fā)對(duì)位圖數(shù)據(jù)的全映射無損布點(diǎn)RIP算法，實(shí)現(xiàn)位圖數(shù)據(jù)到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)再到噴孔位置的完全一一對(duì)應(yīng)，在打印數(shù)據(jù)處理層面實(shí)現(xiàn)不因數(shù)據(jù)處理算法處理而丟失精度，為最終高精度打印提供可靠保證。

3.精細(xì)墨量調(diào)節(jié)技術(shù)
在BJ金屬打印工藝中，金屬粉末對(duì)墨水的噴墨量非常敏感，在每層打印中噴墨過多或過少，都會(huì)直接影響打印的質(zhì)量。因此作為工藝參數(shù)的墨量值必須通過實(shí)際打印測(cè)試，才能得到針對(duì)固定打印環(huán)境和基材的最優(yōu)值。在打印過程中調(diào)節(jié)墨量通常的方法是對(duì)點(diǎn)陣進(jìn)行抽點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)0-100%墨量的實(shí)時(shí)精細(xì)調(diào)整。而為了保證打印精度的同時(shí)做到墨量的精細(xì)調(diào)節(jié)，將需要噴墨的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)分成輪廓數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)，墨量調(diào)節(jié)抽點(diǎn)時(shí)只在填充數(shù)據(jù)中進(jìn)行，還需要通過算法實(shí)現(xiàn)均勻調(diào)節(jié)填充數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)，完成整體噴墨量的調(diào)節(jié)。

4.無外偏筆寬輪廓繪圖技術(shù)
上面已經(jīng)介紹，為了保證打印精度同時(shí)提供精細(xì)墨量調(diào)節(jié)，需要將噴墨的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)分成輪廓數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)，墨量調(diào)節(jié)抽點(diǎn)時(shí)只在填充數(shù)據(jù)中進(jìn)行，而輪廓的寬度多是向輪廓線兩邊擴(kuò)展，會(huì)造成墨水滲透增多，墨水滲透出圖形邊界過多之后，會(huì)造成實(shí)際零件實(shí)體部分尺寸偏大。這方面與激光3D打印技術(shù)類似，通常采用光斑補(bǔ)償來解決。但是大半徑的光斑補(bǔ)償也會(huì)存在細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)丟失，造成圖形中一些細(xì)微區(qū)域無法打印出來。為了減小墨水滲透的影響，繪圖時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)偏筆寬，是輪廓線寬度只往實(shí)體內(nèi)部區(qū)域偏置，解決了位圖繪圖因筆寬外偏造成的尺寸精度問題，也避免了傳統(tǒng)繪圖算法最后還需對(duì)筆寬進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯栴}。對(duì)于BJ金屬打印，采用內(nèi)偏筆寬技術(shù)之后的光斑補(bǔ)償半徑可以做到小于0.05mm，提高了打印精度，增強(qiáng)了打印對(duì)細(xì)節(jié)的描述。

5.多材質(zhì)噴射的數(shù)據(jù)處理技術(shù)
實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)噴射多種不同粘結(jié)劑材料完成打印的要求（比如固化劑與粘結(jié)劑分開打�。�，而不同粘結(jié)劑材料需噴射到同一點(diǎn)上，或均勻噴射到不同的點(diǎn)了。多材質(zhì)噴射的數(shù)據(jù)處理技術(shù)需要通過RIP軟件來實(shí)現(xiàn)不同噴頭（噴孔）根據(jù)打印數(shù)據(jù)噴射不同的墨水，通過關(guān)聯(lián)噴頭噴孔位置進(jìn)行布點(diǎn)，匹配噴頭并聯(lián)、串聯(lián)和串并結(jié)合的打印方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)多種粘結(jié)劑材料噴射打印的要求。

6.容堵打印控制方法
噴頭的噴孔堵塞一直是粘結(jié)噴射3D打印極為頭痛的問題,堵塞的噴孔造成打印缺陷在零件Z向的積累，直接造成打印零件斷裂。如果能夠把少數(shù)堵塞噴孔造成的打印缺陷分散在零件內(nèi)部，而不是聚集在某一位置，零件的性能是可以容許那些缺陷存在的。容堵打印控制技術(shù)通過RIP算法調(diào)整每個(gè)噴頭每PASS的打印數(shù)據(jù)，在打印中實(shí)現(xiàn)當(dāng)前層和上下層噴孔隨機(jī)換位，使噴孔堵塞點(diǎn)在每層打印的位置不定。容堵打印控制技術(shù)會(huì)避免因噴孔堵塞造成固定位噴墨不佳而出現(xiàn)成品斷裂的情況出現(xiàn)，經(jīng)過測(cè)試，對(duì)于砂型3D打印，即便噴頭有40%的堵塞也可能打出合格成品。

△缺陷孔的分散示意圖

△容堵3D打印測(cè)試，明顯有堵塞情況下的線條

△堵塞3D打印的合格零件

國內(nèi)由于過去從事BJAM商業(yè)化的企業(yè)主要集中砂型3D打印方面，而砂型打印精度要求一般，很多企業(yè)都采用了傳統(tǒng)噴繪行業(yè)的第三方簡(jiǎn)單RIP算法來實(shí)現(xiàn)砂型打印，而國內(nèi)從事彩色和金屬BJ技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)較少，國外從事BJ技術(shù)生產(chǎn)的企業(yè)內(nèi)置的RIP算法也讓用戶感受不到RIP軟件的存在，很多人因此忽視了RIP數(shù)據(jù)處理對(duì)BJ技術(shù)的重要性，作者希望通過此篇文章的發(fā)表，呼吁從事BJ技術(shù)研發(fā)的機(jī)構(gòu)或個(gè)人（特別是專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)）多重視數(shù)據(jù)軟件開發(fā)。由于BJ金屬打印技術(shù)絕不是集成了3D打印切片軟件、機(jī)架和傳統(tǒng)噴繪行業(yè)的控制系統(tǒng)就夠了，要做好BJAM打印機(jī)，必須重視RIP等數(shù)據(jù)處理軟件，這可能是最終限制產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。文/武漢易制科技